[發(fā)明專利]一種燃料電池的兩級壓縮空氣供給系統(tǒng)在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811382891.6 | 申請日： | 2018-11-20 |
| 公開（公告）號： | CN109372775A | 公開（公告）日： | 2019-02-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張學(xué)鋒 | 申請（專利權(quán)）人： | 勢加透博（北京）科技有限公司 |
| 主分類號： | F04D25/08 | 分類號： | F04D25/08;F04D25/04;F04D29/58;H01M8/04111 |
| 代理公司： | 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33283 | 代理人： | 程皓 |
| 地址： | 100012 北京市朝陽*** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 低溫廢氣 燃料電池 壓縮系統(tǒng) 壓縮空氣供給系統(tǒng) 高壓廢氣 低壓級 冷卻源 渦輪 電堆 兩級 熱交換 電機冷卻通道 水汽分離裝置 二級冷卻器 級間中冷器 燃料電池堆 壓縮 對外做功 冷卻電機 冷卻風(fēng)扇 冷卻通道 冷卻系統(tǒng) 排氣能量 水汽分離 體積膨脹 渦輪出口 渦輪排氣 系統(tǒng)能耗 高壓級 輸出功 溫度差 減小 脫水 廢氣 冷卻 組裝 回收 驅(qū)動 排放 | ||
本發(fā)明公開提供一種燃料電池的兩級壓縮空氣供給系統(tǒng)，包括冷卻系統(tǒng)、高壓級壓縮系統(tǒng)、低壓級壓縮系統(tǒng)和燃料電池堆，低壓級壓縮系統(tǒng)通過燃料電池排放的高壓廢氣驅(qū)動渦輪，高壓廢氣通過渦輪對外做功且體積膨脹，溫度大幅度降低成為低溫廢氣，經(jīng)水汽分離后脫水，再將低溫廢氣作為冷卻源導(dǎo)入級間中冷器及二級冷卻器，低溫廢氣相較于壓縮后的氣體存在一定溫度差，能夠進(jìn)行熱交換并降低壓縮后的氣體溫度；同時渦輪排氣也冷卻電機，渦輪出口、水汽分離裝置與電機冷卻通道組裝為一體，該冷卻方法減少了冷卻風(fēng)扇、冷卻通道等部件的設(shè)置，簡化了整體結(jié)構(gòu)，合理利用廢氣作為冷卻源；同時能夠回收電堆排氣能量，減小系統(tǒng)能耗提高電堆輸出功。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池的兩級壓縮空氣供給系統(tǒng)。
背景技術(shù)
氫燃料電池是氫能利用的一種重要設(shè)備，通過氫氣與氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)直接輸出電能。氫燃料電池功率密度與空氣供給系統(tǒng)供氣壓力及供氣流量直接相關(guān)，供氣壓力高，氧氣分壓高，燃料電池反應(yīng)速度加快，輸出功率增大，國外霍尼韋爾生產(chǎn)的壓縮系統(tǒng)壓比可達(dá)4；供氣流量大，參與化學(xué)反應(yīng)的原料增多，輸出功率增大。
目前燃料電池空氣供給系統(tǒng)一般通過電機直接驅(qū)動壓氣機壓縮空氣，壓氣機形式一般為螺桿式、渦旋式與離心式。考慮到離心式壓縮機體積小、噪音低等優(yōu)點，在燃料電池空氣壓縮系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。
采用電機直接驅(qū)動離心式壓縮機存在兩個問題：
一是壓縮機驅(qū)動電機只能依靠燃料電池輸出電能驅(qū)動，因此空氣供給系統(tǒng)供氣壓力與流量
過高將導(dǎo)致壓氣機耗功增大，寄生功率增多，降低燃料電池輸出功率。
二是整個壓縮系統(tǒng)工作時，電機及中冷器需要冷卻，傳統(tǒng)的壓縮系統(tǒng)必須設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
因此高效、緊湊的空氣供給系統(tǒng)是提高燃料電池功率密度的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明提出的兩級空氣壓縮系統(tǒng)可以利用渦輪回收電堆排氣能量，減小系統(tǒng)能耗提高電堆輸出功率，同時本發(fā)明還提出利用渦輪排氣冷卻電機及級間中冷器，減少了冷卻風(fēng)扇、冷卻通道等部件的設(shè)置，實現(xiàn)了空氣供給系統(tǒng)緊湊的目的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有燃料電池空氣供給系統(tǒng)中的不足之處，提供了一種回收電堆排氣能量，減小系統(tǒng)能耗提高電堆輸出功率，利用渦輪排氣作為級間中冷器的冷卻氣源，減少了冷卻風(fēng)扇、冷卻通道等部件的設(shè)置，簡化了整體結(jié)構(gòu)，合理利用廢氣作為冷卻源，
保證了空氣供給系統(tǒng)緊湊的燃料電池的兩級壓縮空氣供給系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種燃料電池的兩級壓縮空氣供給系統(tǒng)，包括冷卻系統(tǒng)、高壓級壓縮系統(tǒng)、低壓級壓縮系
統(tǒng)和燃料電池堆，所述高壓級壓縮系統(tǒng)包括高速直驅(qū)電機和離心式壓氣機，所述低壓級壓
縮系統(tǒng)包括渦輪和低壓級壓氣機，所述渦輪出口端設(shè)有水汽分離器；所述冷卻系統(tǒng)包括級
間中冷器、二級冷卻器和電機冷卻通道，所述級間中冷器處于離心式壓氣機與低壓級壓氣
機之間，所述水汽分離器上設(shè)有冷卻氣體出氣歧管，所述渦輪的進(jìn)氣口與燃料電池堆的排
氣口連通，所述級間中冷器冷卻進(jìn)氣口與冷卻氣體出氣歧管連通，所述二級冷卻器處于離
心式壓縮機出口端，所述低壓級壓氣機與高壓級壓氣機均設(shè)有旁通管路，旁通管路均布置
有旁通閥。相較于現(xiàn)有技術(shù)下大部分渦輪增壓技術(shù)，通常將渦輪排出的廢氣直接舍棄的方
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