本实用新型涉及燃料电池领域，特别是指一种分隔式燃料电池结构。
背景技术：
目前经济飞速发展引发环境污染、能源危机等世界瞩目的问题，亟待一种清洁、低碳、可持续发展的新型绿色能源。燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的电化学发电装置，具有能量转换效率高、无污染排放、环境友好、运行噪声低、安全可靠、比功率和比能量密度高等突出优点。因此，燃料电池被认为是最具潜力的解决环境污染和能源危机的有效手段之一，受到国内外政府、车企及科技工作者的密切关注。
燃料电池系统一般由燃料电池堆、氢气供给系统、空气供给系统、散热系统及控制系统组成，其结构组成一般是将各分系统合理布置在一个机柜中。实际应用中，燃料电池系统需要在合适的温度范围内才能正常工作，并使电堆的输出达到最佳状态。系统开始启动时，需要经历缓慢的升温过程，达到合适的温度后，电堆进入正常输出工作模式；若环境温度很低，则系统需要经历较长时间的缓慢升温到合适温度后才能进入正常工作模式，降低了系统的效率。同时，燃料电池系统持续运行时，会持续产生热量，如果产生的热量积聚在燃料电池电堆没有及时排出，会造成电堆温度升高，影响燃料电池发电性能；如果燃料电池堆温度持续升高，则还会破坏膜电极、密封件等关键零部件，造成爆炸等危险现象而引发安全事故。因此，燃料电池系统的设计非常重要。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种分隔式燃料电池结构，该分隔式燃料电池结构在合理的系统散热设计的基础上，改进机柜结构，使燃料电池系统的温度始终保持在合理的范围内，减少了燃料电池系统冷启动时间，提高了系统的效率，使燃料电池系统具有可靠性及广泛的环境适应性。
基于上述目的本实用新型提供的一种分隔式燃料电池结构，包括机柜及设置于所述机柜内部的四个单元，所述四个单元接触处分别设置有隔板，所述四个单元分别为逆时针依次设置于所述机柜内部的第一单元、第二单元、第三单元和第四单元；所述第二单元分别与所述第一单元、第三单元和第四单元相邻，所述第四单元分别与所述第一单元、第二单元和第三单元相邻，所述第一单元和所述第三单元不相邻；所述第二单元与所述第一单元以及所述第二单元与所述第三单元分别通过穿透所述隔板的管路连通；所述第二单元与所述第四单元接触处的隔板上设置有透气孔；所述第二单元的四周内壁上设置有保温层。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第一单元、第二单元、第三单元、第四单元的大小比例为3:9:3:1。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第一单元与外界接触的一侧侧壁上设置有百叶窗。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第一单元与外界接触的一侧侧壁上设置有孔板。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第三单元与外界接触的一侧侧壁上设置有百叶窗。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第三单元与外界接触的一侧侧壁上设置有孔板。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第四单元与外界接触的一侧侧壁上设置有百叶窗。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第四单元与外界接触的一侧侧壁上设置有孔板。
根据本实用新型的一种分隔式燃料电池结构，所述第一单元内部设置有风机和过滤器；所述第二单元内部设置有燃料电池电堆、第一过滤器、第一水泵、换热器、第二过滤器和第二水泵，所述燃料电池电堆、第一过滤器、第一水泵与换热器逆时针设置，所述换热器、第二水泵与第二过滤器逆时针设置，所述燃料电池电堆、第一过滤器、第一水泵位于所述换热器一侧，所述第二过滤器、所述第二水泵位于所述换热器另一侧；所述第三单元内部设置有排气口和散热器；所述第一单元的风机与所述第二单元的燃料电池电堆、所述第二单元的燃料电池电堆与所述第三单元的排气口、所述第二单元的换热器与所述第三单元的散热器以及所述第二单元的第二过滤器与所述第三单元的散热器分别通过穿透所述隔板的管路连通。
从上面所述可以看出，本实用新型提供的分隔式燃料电池结构具有以下优点：
(1).本实用新型中燃料电池进行了各模块分隔式空间布置，对需要保温的第二单元进行了除透气孔之外的密封设置以及在其四周内壁上设置了保温层，对提供空气源的第一单元、需散热的第三单元和排出泄漏氢气的第四单元进行了与外界连通的设置，使燃料电池系统可以处于最佳工作状态。
(2).本实用新型中燃料电池进行了各模块分隔式空间布置，将第二单元进行了密封设置，使燃料电池系统尽快达到适宜的工作温度，缩短了系统的冷启动时间，提高了燃料电池系统的工作效率。
(3).本实用新型中燃料电池进行了各模块分隔式空间布置，将第三单元与外界连通设置，使燃料电池电堆产生的热量及时散去，提高了燃料电池发电性能，延长了电池的使用寿命。
(4).本实用新型中燃料电池进行了各模块分隔式空间布置，将第四单元与外界连通设置，并在第二单元和第四单元接触处的隔板上设置有透气孔，使得燃料电池电堆泄露的氢气通过第四单元及时排出，避免了由于氢气聚集引起的爆炸，使得燃料电池系统具有更广泛的环境适应性。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中分隔式燃料电池结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本实用新型提供的一种分隔式燃料电池结构，包括机柜及设置于所述机柜内部的四个单元，所述四个单元接触处分别设置有隔板，所述四个单元分别为逆时针依次设置于所述机柜内部的第一单元、第二单元、第三单元和第四单元；所述第二单元分别与所述第一单元、第三单元和第四单元相邻，所述第四单元分别与所述第一单元、第二单元和第三单元相邻，所述第一单元和所述第三单元不相邻；所述第二单元与所述第一单元以及所述第二单元与所述第三单元分别通过穿透所述隔板的管路连通；所述第二单元与所述第四单元接触处的隔板上设置有透气孔；所述第二单元的四周内壁上设置有保温层。
图1为本实用新型实施例中分隔式燃料电池结构示意图。结合图1对实施例中分隔式燃料电池结构进行详细说明。
如图所示，所述分隔式燃料电池结构包括机柜(未标出)和设置于所述机柜内部的四个单元，所述四个单元接触处分别设置有隔板(未标出)，所述四个单元分别为逆时针依次设置于所述机柜内部的第一单元1、第二单元2、第三单元3和第四单元4。所述第二单元2分别与所述第一单元1、第三单元3和第四单元4相邻，所述第四单元4分别与所述第一单元1、第二单元2和第三单元3相邻，所述第一单元1和所述第三单元3不相邻。所述第二单元2与所述第一单元1以及所述第二单元2与所述第三单元3分别通过穿透所述隔板的管路连通；所述第二单元2与所述第四单元4接触处的隔板上设置有透气孔；所述第二单元2的四周内壁上设置有保温层。
在所述四个单元接触处分别设置隔板，将所述燃料电池进行分隔式空间布置，对需要保温的所述第二单元2进行了接近于密封的设置并在所述第二单元2的四周内壁上设置了保温层，对提供空气源的第一单元1与外界连通设置、对起到需要散热排第作用的第三单元3与外界连通设置、对需要排出泄漏氢气的第四单元4与外界连通设置，可以使燃料电池系统尽快达到适宜的工作温度，缩短系统的冷启动时间；并且使得燃料电池产生的热量及时散去，提高电池性能，延长电池使用寿命；另外可以避免电池系统内由于氢气聚集引起的爆炸，提高燃料电池安全性能。将所述第一单元1与所述第二单元2通过穿透所述隔板的管路连通，可以由所述第一单元1为所述第二单元2提供符合电堆要求的具有一定流量与压力的空气。将所述第二单元2与所述第三单元3通过穿透所述隔板的管路连通，可以将所述第二单元2中电堆产生的废气和热量由所述第三单元3排出或导出至系统外部。通过在所述第二单元2与所述第四单元4接触处的隔板上设置透气孔，当所述第二单元2中有氢气泄漏时，便于通过所述透气孔排出至所述第四单元4中，并通过所述第四单元4排出至系统外部，避免电池系统内由于氢气聚集引起的爆炸，提高燃料电池安全性能。通过在所述第二单元2的四周内壁上设置有保温层，所述保温层材料例如可以为酚醛泡沫等，所述保温层的设置可以使燃料电池系统尽快达到适宜的工作温度，缩短了系统的冷启动时间，提高了燃料电池系统的工作效率。
优选地，所述第一单元1、第二单元2、第三单元3和第四单元4的大小比例为3:9:3:1。所述第一单元1的大小为200cm*450cm，所述第二单元2的大小为600cm*450cm，所述第三单元3的大小为600cm*140cm，所述第四单元4的大小为200cm*150cm。所述第二单元2为燃料电池电堆等核心部件放置区，即燃料电池的核心功能区，因此其空间占比最大以满足燃料电池系统需求。通过将所述四个单元进行合理的空间占比分配，可以实现所述机柜空间的有效利用，并保证燃料电池系统高效工作，延长电池使用寿命，提高电池的安全性能，使得燃料电池具有更广泛的环境适应性。
较佳地，所述第一单元1与外界接触的一侧侧壁上设置有百叶窗(未标出)。所述第一单元1在燃料电池系统中所起的作用是提供燃料电池系统工作所需要的空气源，通过在所述第一单元1与外界接触的一侧侧壁上设置百叶窗，可以实现将所述第一单元1与外界连通，保证电池正常运转需要的空气供应。
可能地，所述第一单元1与外界接触的一侧侧壁上设置有孔板(未标出)。所述第一单元1在燃料电池系统中所起的作用是提供燃料电池系统工作所需要的空气源，通过在所述第一单元1与外界接触的一侧侧壁上设置孔板，可以实现将所述第一单元1与外界连通，保证电池正常运转需要的空气供应。
在本实用新型的一个实施例中，所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置有百叶窗(未标出)。所述第三单元3在燃料电池系统中所起的作用是在燃料电池工作时及时将第二单元2产生的废气以及热量排出及导出至燃料电池系统外部。通过在所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置有百叶窗，可以实现将所述第三单元3与外界连通，保证燃料电池系统产生的废气及热量的排出和导出，确保电池正常工作，延长电池使用寿命。
在本实用新型的又一个实施例中，所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置有孔板(未标出)。所述第三单元3在燃料电池系统中所起的作用是在燃料电池工作时及时将第二单元2产生的废气以及热量排出及导出至燃料电池系统外部。通过在所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置有孔板，可以实现将所述第三单元3与外界连通，保证燃料电池系统产生的废气及热量的排出和导出，确保电池正常工作，延长电池使用寿命。
进一步地，所述第四单元4与外界接触的一侧侧壁上设置有百叶窗(未标出)。所述第四单元4与第二单元2接触的隔板上设置有透气孔，在燃料电池系统工作中当所述第二单元2中有氢气泄漏时可通过透气孔进入第四单元4，然后通过第四单元将泄漏的氢气排出至外界。通过在所述第四单元4与外界接触的一侧侧壁上设置百叶窗，可以将所述第二单元2泄漏的氢气及时排出至外界，避免了电池系统内由于氢气聚集引起的爆炸，提高燃料电池安全性能。
更进一步地，所述所述第四单元4与外界接触的一侧侧壁上设置有孔板(未标出)。所述第四单元4与第二单元2接触的隔板上设置有透气孔，在燃料电池系统工作中当所述第二单元2中有氢气泄漏时可通过透气孔进入第四单元4，然后通过第四单元将泄漏的氢气排出至外界。通过在所述第四单元4与外界接触的一侧侧壁上设置孔板，可以将所述第二单元2泄漏的氢气及时排出至外界，避免了电池系统内由于氢气聚集引起的爆炸，提高燃料电池安全性能。
较佳地，所述第一单元1内部设置有过滤器11和风机12；所述第一单元1为燃料电池系统空气源，外界空气通过所述第一单元1与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板进入第一单元1，所述过滤器11对外界的空气进行过滤和净化，然后提供给所述风机12，由所述风机12通过穿透所述隔板的管路为燃料电池系统中所述第二单元2提供符合电堆需求的具有一定流量与压力的空气。所述第二单元内部设置有燃料电池电堆21、第一过滤器22、第一水泵23、换热器24、第二过滤器26和第二水泵25；所述燃料电池电堆21为所述第二单元2的核心部件，所述燃料电池电堆21通过穿透所述隔板的管路与所述第一单元1中的风机12连接，所述风机12通过管路为所述燃料电池电堆21提供符合电堆需求的具有一定流量与压力的空气，在所述燃料电池电堆21内经过化学反应后产生电量，并通过动力电缆将电能输送出来；所述第一水泵23和所述第二水泵25用于为冷却液通过所述燃料电池电堆21进行循环提供动力，系统利用冷却液将所述燃料电池电堆21工作过程中产生的热量带出，达到调节所述燃料电池电堆21工作温度的目的；所述换热器24是冷却液温度控制工具之一，在燃料电池发动机冷启动过程中起到旁路散热器的作用，保证系统温度的快速升高或者降低。所述燃料电池电堆21、第一过滤器22、第一水泵23与换热器24逆时针设置，所述换热器24、第二水泵25与第二过滤器26逆时针设置，所述燃料电池电堆21、第一过滤器22、第一水泵23位于所述换热器24一侧，所述第二过滤器26、所述第二水泵25位于所述换热器24另一侧；所述燃料电池电堆21、第一过滤器22、第一水泵23及换热器24组成小循环散热系统，用于带走所述燃料电池电堆21产生的热量；所述换热器24、第二水泵25、第二过滤器26以及所述第三单元3中的散热器31组成大循环散热系统，用于将小循环散热系统中的热量导出到外界环境中；所述第一水泵23和所述第二水泵25用于驱动“大—小”循环散热系统内的散热介质即冷却液流动，所述散热介质为去离子水、水/乙二醇溶液；所述换热器24是连接“大—小”循环散热系统的纽带，将小循环散热系统电堆产生的热量传递到大循环。所述第三单元3内部设置有排气口32和散热器31；所述散热器31是冷却液温度控制的工具，利用所述散热器31实现冷却液和环境空气的热交换，最终将所述燃料电池电堆21产生的热量通过所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板导出到外界环境中，所述散热器可以为汽车用散热器；所述排气口32用于将所述燃料电池电堆21反应后产生的废气排出至外界环境中。所述第一单元1的风机12与所述第二单元2的燃料电池电堆21通过穿透所述隔板的管路连通，所述风机12通过管路为所述燃料电池电堆21提供符合电堆需求的具有一定流量与压力的空气。所述第二单元2的燃料电池电堆21与所述第三单元3的排气口32通过穿透所述隔板的管路连通，所述燃料电池电堆21在化学反应过程中产生的废气通过管路排放至所述排气口32，所述排气口32再通过所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板将废气导出到外界环境中。所述第二单元2的换热器24与所述第三单元3的散热器31以及所述第二单元2的第二过滤器26与所述第三单元3的散热器31分别通过穿透所述隔板的管路连通；通过将所述散热器31与所述换热器24、所述第二过滤器26分别连通，所述换热器24、所述第二水泵25、所述第二过滤器26及所述散热器31组成大循环散热系统，用于将小循环散热系统带走的热量排放到环境中。
具体地，所述分隔式燃料电池工作时，将氢气供应系统5从外界气源处通过管路与所述燃料电池电堆21相连，外界环境中的空气通过所述第一单元1与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板进入所述第一单元1中，然后经过所述第一单元1中的过滤器11过滤后进入所述风机12，所述风机12通过穿透所述隔板的管路为所述第二单元2中的燃料电池电堆21提供符合电堆需求的具有一定流量与压力的空气。所述燃料电池电堆21发生化学反应后产生电量，并通过动力电缆将电能输送出来，所述燃料电池电堆21在发生化学反应时产生废气，同时产生热量，产生的废气通过穿透所述隔板的管路排放至所述排气口32，所述排气口32再通过所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板将废气导出到外界环境中；产生的热量通过“大—小”循环散热系统导出至所述第三单元3中的散热器31，再通过所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板将废气导出到外界环境中。在燃料电池系统启动工作时，所述第一水泵23立即启动，驱动冷却液在小循环散热系统内循环流动；当小循环散热系统中的冷却液温度达到70℃时，启动所述第二水泵25，驱动冷却液在大循环散热系统内循环流动，将小循环散热系统带走的热量排放到环境中；随着系统不断加载运行，当大循环散热系统中的冷却液温度达到75℃时，所述第三单元3中的散热器31的电子扇启动，将热量通过所述第三单元3与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板将废气导出到外界环境中；当大循环散热系统中的冷却液温度降低到72℃时，所诉散热器31的电子扇停止。在燃料电池工作过程中，所述第二单元2中泄漏的氢气通过所述第二单元2和所述第四单元4接触处的隔板上设有的透气孔排放至所述第四单元4中，然后所述第四单元4与外界接触的一侧侧壁上设置的百叶窗或孔板排放至外界环境中，避免了电池系统内由于氢气聚集引起的爆炸，提高燃料电池安全性能。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。