燃料电池空气循环系统及车辆的制作方法

本公开涉及燃料电池领域，具体地，涉及一种燃料电池空气循环系统及车辆。

背景技术：

燃料电池技术作为新能源汽车的最新技术，成为汽车发展的重要方向。但是，燃料电池中使用的催化剂极易受到空气中的硫化物、氮氧化物等有害物质的污染而失效，并且空气中的粉尘也会造成燃料电池中的流场堵塞，使空气不能顺畅流通，减低燃料电池的性能，因此对进入燃料电池的空气的质量要求很高。

现有技术中，车用燃料电池都配有专用的可过滤有害气体和粉尘的空气滤清器。但是由于国内道路上的空气质量差，尤其在冬天空气中的PM2.5经常超标，增加了现有的空气滤清器的过滤负担，致使其频繁堵塞或更换，增加使用成本和维护成本。另外特殊的专用车如环卫车在清扫中，粉尘颗粒更多，仅靠空气滤清器难以满足燃料电池的空气过滤要求。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种燃料电池空气循环系统及车辆，该燃料电池空气循环系统能够提升空气的过滤效果。

为了实现上述目的，本公开提供一种燃料电池空气循环系统，所述燃料电池空气循环系统包括除尘器、空气滤清器、空压机、以及电堆，所述除尘器的出口与所述空气滤清器的入口相连，所述空气滤清器的出口与所述空压机的入口相连，所述空压机的出口与所述电堆的空气入口相连。

可选地，所述除尘器为静电除尘器。

可选地，所述静电除尘器包括电源、第一极板、第二极板、以及电晕线，所述第一极板和所述第二极板相对设置，所述第一极板和所述第二极板均与所述电源正极相连，所述电晕线的一端与所述电源负极相连，另一端延伸至所述第一极板和所述第二极板之间。

可选地，所述燃料电池空气循环系统还包括中冷器，所述空压机的出口与所述中冷器的入口相连，所述中冷器的出口与所述电堆的空气入口相连。

可选地，所述燃料电池空气循环系统还包括加湿器，从所述中冷器流出的气体经过所述加湿器加湿后供应至所述电堆。

可选地，所述加湿器具有相互连通的第一端口、第二端口、第三端口、第四端口，所述第一端口与所述中冷器的出口相连，所述第二端口与所述电堆的空气入口相连，所述第三端口与所述电堆的空气出口相连。

可选地，所述燃料电池空气循环系统还包括背压阀，所述第四端口与所述背压阀相连。

可选地，所述除尘器用于去除空气中直径为0.01μm-50μm的粉尘。

可选地，所述燃料电池空气循环系统还包括氢气系统，所述氢气系统用于为所述电堆提供氢气。

本公开的另一方面还提供一种车辆，所述车辆包括如上所述的燃料电池空气循环系统。

通过上述技术方案，本公开提供的燃料电池空气循环系统能够提升空气的过滤效果。具体地，通过在空气滤清器前方设置除尘器，利用除尘器去除空气中大量的粉尘、微生物和有害气体，以减少空气滤清器上的粉尘堆积量，不仅避免了空气滤清器堵塞，延长了空气滤清器的使用寿命，还降低了更换频率和维护成本；经过空气滤清器再次除尘后的气体中，几乎不存在粉尘和有害气体，也能防止粉尘对电堆的伤害。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的一种实施方式的燃料电池空气循环系统的结构示意图；

图2是本公开实施例中的除尘器的原理示意图；

图3是本公开的另一种实施方式的燃料电池空气循环系统的结构示意图。

附图标记说明

1 除尘器 2 空气滤清器

3 空压机 4 电堆

5 氢气系统 6 负载

7 第一极板 8 第二极板

9 电晕线 10 电源

11 中冷器 12 加湿器

13 背压阀 14 水热管理系统

15 第一端口 16 第二端口

17 第三端口 18 第四端口

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开实施例提供一种燃料电池空气循环系统，参照图1所示，该燃料电池空气循环系统包括除尘器1、空气滤清器2、空压机3、以及电堆4，其中，电堆4中包括燃料电池组，除尘器1的出口与空气滤清器2的入口相连，空气滤清器2的出口与空压机3的入口相连，空压机3的出口与电堆4的空气入口相连。此外，燃料电池空气循环系统还包括氢气系统5，氢气系统5设置在电堆4的氢气入口处，用于为电堆4提供氢气。

外界空气通常含有大量的粉尘和有害气体，为了防止粉尘和有害气体进入燃料电池组，外界空气首先进入除尘器1，利用除尘器1去除空气中大量的粉尘、微生物和有害气体，例如可以过滤含甲醛、苯或有机气态物质等有害气体；接着，从除尘器1流出的气体进入空气滤清器2进行再次的除尘，由于除尘器1已经去除了大部分的粉尘，减少了空气滤清器2中滤芯上的粉尘堆积量，不仅避免了空气滤清器2堵塞，延长了空气滤清器2的使用寿命，还降低了更换频率和维护成本；经过空气滤清器2再次除尘后的气体中，几乎不存在粉尘和有害气体，也能防止粉尘对电堆4的伤害；接着，从空气滤清器2流出的气体流入空压机3，空压机3用于为气体的循环流动提供动力以及压缩气体；最后，气体再流入电堆4，气体中含有的大量氧气可以作为电堆4中燃料电池组的化学反应的原料，与进入燃料电池组的氢气发生化学反应产生电能。电堆4的正负极两端还连接有负载6，电堆4产生的电能用于提供给负载6。

在本公开实施例中，上述除尘器1为静电除尘器，参照图2所示，该静电除尘器包括电源10、第一极板7、第二极板8、以及电晕线9，其中，电源10用于供应高压直流电，第一极板7和第二极板8相对设置，并且第一极板7和第二极板8均与电源10正极相连，电晕线9的一端与电源10负极相连，另一端延伸至第一极板7和第二极板8之间，并形成电晕区，其中，第一极板7和第二极板8中的任意一个接地，以保护除尘器1的安全。通过高压直流电，在第一极板7和第二极板8之间可以形成一个使气体发生电离的电场，当外界空气经过静电除尘器中的电场时，气体在电晕区被电离为阴离子和阳离子，阴离子会吸附到空气中的粉尘、微生物和有害气体上，使得粉尘、微生物和有害气体带上负电荷，因此，在电场力的作用下，带负电荷的粉尘、微生物和有害气体分别向带正电的第一极板7和第二极板8积聚，并沉积在第一极板7和第二极板8上，从而通过电离作用实现对空气除尘的目的。上述静电除尘器对空气的阻力小，耗能少并且除尘效率高，可以用于去除空气中直径为0.01μm-50μm的粉尘。

此外，当第一极板7和第二极板8上的粉尘等物质积聚较多后，通过利用车辆在行驶过程中的震动使粉尘从第一极板7和第二极板8上掉落，因此也能实现除尘器1自动清灰。

参照图3所示，本公开实施例中，由于从空压机3流出的是高温高压的气体，为避免进入电堆4的气体温度过高导致电堆4过度发热，因此，燃料电池空气循环系统还可以包括中冷器11，空压机3的出口与中冷器11的入口相连，中冷器11的出口与电堆4的空气入口相连。通过中冷器11对高温高压的气体进行降温，以避免降低电堆4的发热量。

此外，由于从空压机3和中冷器11流出的是比较干燥的气体，为了进一步降低电堆4在化学反应中产生的热量，燃料电池空气循环系统还可以包括加湿器12，从中冷器11流出的气体经过加湿器12加湿后供应至电堆4。具体地，加湿器12具有相互连通的第一端口15、第二端口16、第三端口17、第四端口18，第一端口15与中冷器11的出口相连，第二端口16与电堆4的空气入口相连，第三端口17与电堆4的空气出口相连。这样，电堆4中的氧气和氢气通过化学反应可以产生大量的水蒸汽，该水蒸汽从电堆4的空气出口流进第三端口17，并与从第一端口15进入的气体混合以增加进入的气体的湿度，被加湿后的空气从第二端口16流出并进入电堆4参与化学反应。

燃料电池空气循环系统还可以包括背压阀13，用于控制气体的流向，加湿器12的第四端口18与背压阀13相连。从背压阀13流出的气体直接从车辆的尾排排出。

此外，电堆4在工作的过程中容易产生大量热量，为了避免电堆4温度过高而引发安全事故，在电堆4上还可以连接有水热管理系统14，用于给电堆4降温。

本公开的实施例还提供一种车辆，该车辆包括如上所述的燃料电池空气循环系统。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。