CN209312917U - 用于大功率燃料电池的空气供应系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于大功率燃料电池的空气供应系统，包括空气滤清器（1）、第一级压缩机（2）、中冷器（6）、膜增湿器（7）及燃料电池（8），空气滤清器的输出端与第一级压缩机的输入端连接，第一级压缩机的输出端通过中冷器经膜增湿器连接到燃料电池的阴极入口；所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统还包括第二级压缩机（4）及电机（5），第二级压缩机的输入端与第一级压缩机的输出端通过管路连接，第二级压缩机的输出端与中冷器的输入端连接，且第二级压缩机的轴与第一级压缩机的轴同轴串接在电机的输出轴上。本实用新型能为大功率燃料电池提供大流量、高压比的空气。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池，尤其涉及一种用于大功率燃料电池的空气供应系统。
背景技术
燃料电池是一种利用氢气和氧气的电化学反应释放的化学能转化成电能的装置，燃料电池的输出功率和通入的空气压比、流量密切相关。空气压缩机是燃料电池空气供应系统的关键零部件。目前，空气压缩机分为活塞式压缩机、涡旋式压缩机、罗茨压缩机、叶片式压缩机、螺杆压缩机。用于燃料电池空气供应系统的叶片式压缩机只有离心式压缩机。活塞式压缩机可以在小流量下提供最大的压比，涡旋式压缩机是广泛应用于汽车空调系统的一种压缩机，相对于活塞式压缩机，涡旋式压缩机在小流量工况下能达到更高的效率，而且涡旋式压缩机是一种无油式压缩机。双螺杆压缩机的工作原理是将空气封闭到一定的体积内，通过改变出口位置来改变封闭体积的大小来升高空气压力，和活塞式压缩机相比，双螺杆压缩机的优点包括体积较小、结构紧凑不占空间、工作稳定性高、容易调节。
叶片式压缩机根据进气方向和叶片夹角的不同可以分为轴流式压缩机和离心式压缩机。离心式压缩机具有体积小、重量轻的优点，在燃料电池空气供应系统上装配简单。只要压缩机的驱动电机转速足够，离心式压缩机能达到较高的效率和压比。从结构上看，离心式压缩机是所有压缩机中结构最简单的。它在内燃机的增压上普遍应用，加工工艺非常成熟。离心式压缩机和涡轮机的匹配可以简便地回收燃料电池出口废弃能量。
随着消费者对车辆功能性要求的提高，随着汽车技术的不断发展，现有技术的离心式压缩机所能提供的空气流量和压比已经无法满足大功率燃料电池的需求，大大影响了大功率燃料电池的供能可靠性和使用寿命；为了满足大功率燃料电池所需的空气流量和压比，必须提高驱动电机的转速，对驱动电机的要求较高，提高了成本，降低了系统的可靠性、稳定性和安全性。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种用于大功率燃料电池的空气供应系统，能为大功率燃料电池提供大流量、高压比的空气。
本实用新型是这样实现的：
一种用于大功率燃料电池的空气供应系统，包括空气滤清器、第一级压缩机、中冷器、膜增湿器及燃料电池，空气滤清器的输出端与第一级压缩机的输入端连接，第一级压缩机的输出端通过中冷器经膜增湿器连接到燃料电池的阴极入口；
所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统还包括第二级压缩机及电机，第二级压缩机的输入端与第一级压缩机的输出端通过管路连接，第二级压缩机的输出端与中冷器的输入端连接，且第二级压缩机的轴与第一级压缩机的轴同轴串接在电机的输出轴上。
所述的第二级压缩机的输入端与第一级压缩机的输出端之间的管路为金属铸造管道。
所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统还包括压缩机级中间中冷器，压缩机级中间中冷器设置在第二级压缩机的输入端与第一级压缩机的输出端之间。
所述的第一级压缩机的输出端与压缩机级中间中冷器的输入端之间的管路为橡胶管，压缩机级中间中冷器的输出端与第二级压缩机之间的管路为金属铸造管道。
所述的电机的转速不超过10万转/分钟。
所述的第一级压缩机2和第二级压缩机4的轴承为水润滑轴承。
本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本实用新型通过低转速的两级离心式压缩机为燃料电池阴极入口的空气增加压力，提高进入电堆的空气的流量和压比，使燃料电池电堆内部的电化学反应更充分并释放更多能量。
2、本实用新型采用同一个电机驱动两个压缩机，使两个压缩机的结构保持一致，降低了结构复杂性和生产成本，且体积小，更便于安装。
3、本实用新型易于实现，实用性高，且采用的轴承技术等成熟可靠，使系统内部的结构受力均衡，使系统的使用寿命长，可靠性高。
本实用新型能通过低转速的两级离心式压缩机为大功率燃料电池提供大流量、高压比的空气，满足大功率燃料电池和车辆供电的需求，确保大功率燃料电池的使用。
附图说明
图1是本实用新型用于大功率燃料电池的空气供应系统的实施例1的原理图；
图2是本实用新型用于大功率燃料电池的空气供应系统的实施例2的原理图。
图中，1空气滤清器，2第一级压缩机，3压缩机级中间中冷器，4第二级压缩机，5电机，6中冷器，7膜增湿器，8燃料电池。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：
请参见附图1，一种用于大功率燃料电池的空气供应系统，包括空气滤清器1、第一级压缩机2、中冷器6、膜增湿器7及燃料电池8，空气滤清器1的输出端与第一级压缩机2的输入端连接，第一级压缩机2的输出端通过中冷器6经膜增湿器7连接到燃料电池8的阴极入口，空气通过空气滤清器1进入第一级压缩机2，压缩后的空气进入中冷器6降温并通过膜增湿器7增加空气湿度后进入燃料电池8的阴极，以适应燃料电池8对阴极入口空气的湿度要求，燃料电池8的阴极输出的空气经膜增湿器7后排空。所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统还包括第二级压缩机4及电机5，第二级压缩机4的输入端与第一级压缩机2的输出端通过管路连接，第二级压缩机4的输出端与中冷器6的输入端连接，且第二级压缩机4的轴与第一级压缩机2的轴同轴串接在电机5的输出轴上，可以减小两级压缩机的体积和重量，为空气供应系统的安装提供更大的方便，且最终满足一定流量、压比、湿度和温度的空气进入燃料电池8的阴极入口。
所述的第二级压缩机4的输入端与第一级压缩机2的输出端之间的管路可以是通过铸造方式制造的金属管道连接。
由于采用了两级压缩机，可降低对电机5要求，所述的电机5的转速可以不需要到10万转/分钟以上，优选的，电机5的转速为不高于8万转/分钟。因此，所述的第一级压缩机2和第二级压缩机4的轴承为水润滑轴承，无需使用空气轴承，水润滑轴承即可满足空气供应系统对压缩机的要求。
实施例2：
请参见附图2，一种用于大功率燃料电池的空气供应系统，包括空气滤清器1、第一级压缩机2、中冷器6、膜增湿器7及燃料电池8，空气滤清器1的输出端与第一级压缩机2的输入端连接，第一级压缩机2的输出端通过中冷器6经膜增湿器7连接到燃料电池8的阴极入口。所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统还包括压缩机级中间中冷器3、第二级压缩机4及电机5，第二级压缩机4的输入端与第一级压缩机2的输出端通过管路连接，压缩机级中间中冷器3设置在第二级压缩机4的输入端与第一级压缩机2的输出端之间的管路上，可以有效提升整个空气供应系统的增压效率，降低空气供应系统的功率消耗，从而增加了整个燃料电池8的净输出功率，第二级压缩机4的输出端与中冷器6的输入端连接，且第二级压缩机4的轴与第一级压缩机2的轴同轴串接在电机5的输出轴上；空气经过空气滤清器1以后再进入第一级压缩机2中，空气一级增压后，利用一个橡胶管连接到压缩机级中间中冷器3入口，压缩机级中间中冷器3出口的气体降温后进入第二级压缩机4，可以提高增压效果，减小两级压缩机的体积和重量，为空气供应系统的安装提供更大的方便，且最终满足一定流量、压比、湿度和温度的空气进入燃料电池8的阴极入口，以适应燃料电池8对阴极入口空气的湿度要求，燃料电池8的阴极输出的空气经膜增湿器7后排空。
所述的第一级压缩机2的输出端与压缩机级中间中冷器3的输入端之间的管路可采用橡胶管，压缩机级中间中冷器3的输出端与第二级压缩机4之间的管路可以是通过铸造方式制造的金属管道连接。
由于采用了两级压缩机，可降低对电机5要求，所述的电机5的转速可以不需要到10万转/分钟以上，优选的，电机5的转速为不高于8万转/分钟。因此，所述的第一级压缩机2和第二级压缩机4的轴承为水润滑轴承，无需使用空气轴承，水润滑轴承即可满足空气供应系统对压缩机的要求。
采用了本实用新型后，进入电堆的空气温度、湿度、流量和压比如下表所示：
| 空气温度（℃） | 相对湿度 | 流量（g/s） | 压比 | |
| 未实施 | 40 | 92% | 20g/s | 1.1 |
| 实施例1 | 70 | 94% | 63g/s | 1.5 |
| 实施例2 | 65 | 97% | 62g/s | 1.58 |
因此，采用本实用新型能使进入燃料电池8的阴极入口的空气流量、压比、湿度和温度明显提高，以满足大功率燃料电池的需求。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于大功率燃料电池的空气供应系统，包括空气滤清器（1）、第一级压缩机（2）、中冷器（6）、膜增湿器（7）及燃料电池（8），空气滤清器（1）的输出端与第一级压缩机（2）的输入端连接，第一级压缩机（2）的输出端通过中冷器（6）经膜增湿器（7）连接到燃料电池（8）的阴极入口；
其特征是：所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统还包括第二级压缩机（4）及电机（5），第二级压缩机（4）的输入端与第一级压缩机（2）的输出端通过管路连接，第二级压缩机（4）的输出端与中冷器（6）的输入端连接，且第二级压缩机（4）的轴与第一级压缩机（2）的轴同轴串接在电机（5）的输出轴上。
2.根据权利要求1所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统，其特征是：所述的第二级压缩机（4）的输入端与第一级压缩机（2）的输出端之间的管路为金属铸造管道。
3.根据权利要求1所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统，其特征是：所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统还包括压缩机级中间中冷器（3），压缩机级中间中冷器（3）设置在第二级压缩机（4）的输入端与第一级压缩机（2）的输出端之间。
4.根据权利要求1或3所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统，其特征是：所述的第一级压缩机（2）的输出端与压缩机级中间中冷器（3）的输入端之间的管路为橡胶管，压缩机级中间中冷器（3）的输出端与第二级压缩机（4）之间的管路为金属铸造管道。
5.根据权利要求1所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统，其特征是：所述的电机（5）的转速不超过10万转/分钟。
6.根据权利要求1所述的用于大功率燃料电池的空气供应系统，其特征是：所述的第一级压缩机（2）和第二级压缩机（4）的轴承为水润滑轴承。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822219978.3U CN209312917U (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 用于大功率燃料电池的空气供应系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201822219978.3U CN209312917U (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 用于大功率燃料电池的空气供应系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209312917U true CN209312917U (zh) | 2019-08-27 |
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| CN201822219978.3U Active CN209312917U (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 用于大功率燃料电池的空气供应系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN209312917U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111952635A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-17 | 东风汽车集团有限公司 | 燃料电池系统可调式空气供应装置 |
| CN113775535A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-10 | 中山大洋电机股份有限公司 | 具有冷却功能的空压机系统、燃料电池系统及控制方法 |
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2018
- 2018-12-27 CN CN201822219978.3U patent/CN209312917U/zh active Active
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