[實用新型]一種燃料電池的兩級壓縮空氣供給系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821911474.1
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN209115369U
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 張學鋒
• 申請（專利權）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: 浙江和納律師事務所 33314
• 代理人: 鄭重

本實用新型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扇、冷卻通道等部件的設置，簡化了整體結(jié)構，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。

技術領域

本發(fā)明涉及燃料電池領域，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

氫燃料電池是氫能利用的一種重要設備，通過氫氣與氧氣進行化學反應直接輸出電能。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，供氣壓力高，氧氣分壓高，燃料電池反應速度加快，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4；供氣流量大，參與化學反應的原料增多，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?？紤]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)必須設置專門的冷卻系統(tǒng)，結(jié)構復雜。

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鍵技術。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，減少了冷卻風扇、冷卻通道等部件的設置，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，減少了冷卻風扇、冷卻通道等部件的設置，簡化了整體結(jié)構，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)明采用以下技術方案：

一種燃料電池的兩級壓縮空氣供給系統(tǒng)，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有冷卻氣體出氣歧管，所述渦輪的進氣口與燃料電池堆的排氣口連通，所述級間中冷器冷卻進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有旁通管路，旁通管路均布置有旁通閥。相較于現(xiàn)有技術下大部分渦輪增壓技術，通常將渦輪排出的廢氣直接舍棄的方式，本發(fā)明利用燃料電池產(chǎn)生的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扇、冷卻通道等部件的設置，簡化了整體結(jié)構。

作為優(yōu)選，所述二級冷卻器的冷卻氣體進口與冷卻氣體出氣歧管連通。二級冷卻器的冷卻氣體也采用渦輪排出的低溫廢氣，簡化冷卻結(jié)構，高效利用廢棄。