CN210403909U - 一种空气供应系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种空气供应系统，该空气供应系统至少两个鼓风机和至少两个连通阀；其中一个所述鼓风机通过一个所述连通阀连接主路空气通路；另外至少一个鼓风机通过至少一个所述连通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。设置至少两个鼓风机来连接至少两个连通阀，相比于一个鼓风机连接三个蝶阀，当三个蝶阀关闭时，至少两个鼓风机受到的背压减小，鼓风机损坏的概率降低。

Description

一种空气供应系统
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种空气供应系统。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。
固体氧化物燃料电需要使用鼓风机为主路空气通道、重整器空气通道和电堆空气通道，在为这三个通道供应空气时，参照图1，使用一个鼓风机通过三个蝶阀连接这三个通道，这样一来，当三个蝶阀全部无法打开时，启动鼓风机会导致鼓风机背压过大而损坏鼓风机。
实用新型内容
为解决使用一个鼓风机通过三个蝶阀连接这三个通道，这样一来，当三个蝶阀全部无法打开时，启动鼓风机会导致鼓风机背压过大而损坏鼓风机的问题，本实用新型提供一种空气供应系统。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种空气供应系统，包括：
至少两个鼓风机和至少两个连通阀；其中一个所述鼓风机通过一个所述连通阀连接主路空气通路；另外至少一个鼓风机通过至少一个所述连通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。
可选地，所述鼓风机的数量为两个；所述连通阀的数量为两个；所述连通阀包括一个单向阀和一个三通阀；
其中一个所述鼓风机通过所述单向阀连接主路空气通路；另外一个所述鼓风机通过所述三通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。
可选地，所述单向阀的输出端与重整器的输入端连接；所述三通阀的输出端分别与所述重整器的输入端和固体氧化物燃料电池SOFC电堆的输入端连接。
可选地，所述鼓风机的数量为三个；所述连通阀的数量为三个；所述连通阀包括三个单向阀；
另外两个所述鼓风机中的一个所述鼓风机通过一个所述单向阀连接重整器空气通道，另一个所述鼓风机通过另一个所述单向阀连接所述电堆空气通道。
可选地，两个所述单向阀的输出端连接重整器的输入端；第三个所述单向阀的输出端连接SOFC电堆的输入端。
可选地，三个所述鼓风机的流量、体积和功耗均不同。
可选地，还包括空气过滤器；所述空气过滤器的输出端连接所述鼓风机的输入端。
可选地，还包括热交换器；
所述热交换器的输入端与连接所述连接主路空气通路的单向阀的输出端相连；所述热交换器的输出端与重整器的输入端连接。
可选地，还包括燃烧器；
所述燃烧器的输入端连接SOFC电堆的输出端；所述燃烧器的输出端连接所述热交换器的输入端。
从上述技术方案可以看出，本实用新型提供了一种空气供应系统，该空气供应系统至少两个鼓风机和至少两个连通阀；其中一个所述鼓风机通过一个所述连通阀连接主路空气通路；另外至少一个鼓风机通过至少一个所述连通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。设置至少两个鼓风机来连接至少两个连通阀，相比于一个鼓风机连接三个蝶阀，当三个蝶阀关闭时，至少两个鼓风机受到的背压减小，鼓风机损坏的概率降低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种空气供应系统的应用场景图；
图2为本实用新型实施例提供的一种空气供应系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的另一种空气供应系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供了一种空气供应系统，该空气供应系统用于为燃料电池模块供应空气，该空气供应系统分为三个空气通道，分别为主路空气通道、重整器Ref(Reformer)路空气通道以及电堆Stk(Stack)路空气通道。
参照图2，主路空气通道连接燃料电池模块中的重整器，用于为重整器重整反应提供热量和氧气。
Ref路空气通道连接燃料电池模块中的重整器，用于控制重整器温度(450℃)来控制重整反应率(重整器重整率30％)。
Stk路空气通道连接燃料电池模块中的SOFC(固体氧化物燃料电池，Solid OxideFuel Cell)电堆，用于为调整进入电堆入口前的温度在580℃，使电堆的燃料重整率达到最高(重整率70％)。
在此基础上，本实用新型实施例提供的空气供应系统参照图2以及图3，具体的，包括：
至少两个鼓风机和至少两个连通阀；其中一个所述鼓风机通过一个所述连通阀连接主路空气通路；另外至少一个鼓风机通过至少一个所述连通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。在实际应用中，连通阀可以是单向阀或三通阀。优选为单向阀，可以避免空气不会回流。
图2中给出了两个鼓风机和两个连通阀的结构图，从图2中可以看出，鼓风机1通过单向阀1连接主路空气通道，鼓风机2通过三通阀连接Ref路空气通道和Stk路空气通道，也即Stk前空气通道。所述单向阀的输出端与重整器的输入端连接；所述三通阀的输出端分别与所述重整器的输入端和固体氧化物燃料电池SOFC电堆的输入端连接。
设置鼓风机1连接一个主路空气通道，而设置鼓风机2连接接Ref路空气通道和Stk路空气通道，是由于燃料电池模块的大部分热量供应均是由主路空气通道提供，而Ref路空气通道和Stk路空气通道仅仅是做温度调节使用，进而将Ref路空气通道和Stk路空气通道使用同一个鼓风机2，主路空气通道使用单独的鼓风机1。
图3中给出了三个鼓风机和三个连通阀的结构图，从图3中可以看出，鼓风机1通过单向阀1连接主路空气通道，鼓风机2通过单向阀连接Ref路空气通道，鼓风机3通过单向阀连接Stk路空气通道，也即Stk前空气通道。也就是说，一个鼓风机连接一个通道，这样每一通道都可以实现精准的空气流量调节。其中，两个所述单向阀的输出端连接重整器的输入端；第三个所述单向阀的输出端连接SOFC电堆的输入端。
当使用三个鼓风机时，三个所述鼓风机的流量、体积和功耗均不同。主路鼓风机流量范围在100g/s左右，功耗在1.8千瓦左右，体积大小相当于A4纸，另外两路旁通鼓风机流量在20g/s左右，功耗大概只有几十瓦，体积大小只有A4纸的一半。
上述的两种系统在结构上布置简单且易操作。此外，空气供应系统还包括空气过滤器；所述空气过滤器的输出端连接所述鼓风机的输入端，空气过滤器用于提供清洁的空气。以三个鼓风机为例，当进气口空气通过空气过滤器分别进入三个不同流量，体积，功耗的鼓风机，前期对系统进行吹扫的时候，三个鼓风机同时工作，单向阀的作用是防止系统内部的空气反向回流，在升温阶段鼓风机1会按照一定空气流量和压力(空气流量为150g/s和鼓风机出口压力为32kPa)持续不断的给燃料电池模块提供空气，鼓风机2和鼓风机3处于待机状态。当电堆升温速度过快不满足系统升温需求时，此时需要通过鼓风机2和鼓风机3介入工作，从而降低电堆升温速率，确保电堆进口和出口温差范围在可接受范围内。
在温度稳定状态时，电堆进出口温度已经处于稳定状态，此时鼓风机1会降低空气流量(65g/s)和压力(出口压力8kPa)继续给电堆提供空气。鼓风机2和鼓风机3会根据SOFC电堆出口温度(电堆出口温度在580±5℃)反馈进行通断。
此外，空气供应系统还包括热交换器；所述热交换器的输入端与连接所述连接主路空气通路的单向阀的输出端相连；所述热交换器的输出端与重整器的输入端连接。热交换器用于为空气加热，以满足重整器的温度需求。
此外，空气供应系统还包括燃烧器；
所述燃烧器的输入端连接SOFC电堆的输出端；所述燃烧器的输出端连接所述热交换器的输入端。燃烧器为热交换器提供高温热源。
本实施例优选采用三台鼓风机，此外，在鼓风机数量不够时，也可以采用两台鼓风机。采用三台鼓风机进行控制能避免因蝶阀全部闭合后，启动鼓风机会导致因背压过大损害鼓风机的危险，每次启动鼓风机前必须检查三路空气管道的单向阀是否能正常打开，采用三台鼓风机分别对三路空气进行控制能够精确控制每一路的空气质量流量，温度和湿度，降低因为单向阀长期使用后控制精度下降的问题。通实现对电堆出口温度控制以及电堆入口空气质量流量的分配需求，使混合后的空气流入电堆后充分反应，从而提高系统效率。
设置三个鼓风机来连接三个单向阀(此系统中单向阀的作用是为了防止系统内的空气回流到鼓风机)，相比于一个鼓风机连接三个蝶阀(蝶阀的作用是控制鼓风机出口的流量分配，蝶阀开度精度对流量的分配精度会有影响)的好处是：
1.不需要蝶阀来进行流量分配；
2.减少鼓风机因为蝶阀未开启背压过大损坏鼓风机；
3.流量分配精度更高；
4.鼓风机实时反馈流量便于控制；
5.满足最大流量需求。
在使用两个鼓风机时，主路段需要一台鼓风机，另外一台鼓风机通过一个三向电磁阀(三通阀)来分配stk前和Ref前的空气流量，三向电磁阀的控制精度相比于蝶阀的控制精度会更高，相比于三台鼓风机的缺点是三向电磁阀也存在损坏风机的危险，需要提前检验三通电磁阀通讯是否正常，否则风机开启时，三通阀未能按照要求分配流量而是处于闭合状态，这样风机会因为背压过大损坏。
本实施例中，该空气供应系统至少两个鼓风机和至少两个连通阀；其中一个所述鼓风机通过一个所述连通阀连接主路空气通路；另外至少一个鼓风机通过至少一个所述连通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。设置至少两个鼓风机来连接至少两个连通阀，相比于一个鼓风机连接三个蝶阀，当三个蝶阀关闭时，至少两个鼓风机受到的背压减小，鼓风机损坏的概率降低。
另外，采用三台鼓风机对燃料电池模块进行温度调节，能够有效实时调整每路中的空气流量，使燃料电池模块在升温过程中能平稳的进行。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种空气供应系统，其特征在于，包括：
至少两个鼓风机和至少两个连通阀；其中一个所述鼓风机通过一个所述连通阀连接主路空气通路；另外至少一个鼓风机通过至少一个所述连通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。
2.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，所述鼓风机的数量为两个；所述连通阀的数量为两个；所述连通阀包括一个单向阀和一个三通阀；
其中一个所述鼓风机通过所述单向阀连接主路空气通路；另外一个所述鼓风机通过所述三通阀分别连接重整器空气通道和电堆空气通道。
3.根据权利要求2所述的空气供应系统，其特征在于，所述单向阀的输出端与重整器的输入端连接；所述三通阀的输出端分别与所述重整器的输入端和固体氧化物燃料电池SOFC电堆的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，所述鼓风机的数量为三个；所述连通阀的数量为三个；所述连通阀包括三个单向阀；
另外两个所述鼓风机中的一个所述鼓风机通过一个所述单向阀连接重整器空气通道，另一个所述鼓风机通过另一个所述单向阀连接所述电堆空气通道。
5.根据权利要求4所述的空气供应系统，其特征在于，两个所述单向阀的输出端连接重整器的输入端；第三个所述单向阀的输出端连接SOFC电堆的输入端。
6.根据权利要求4所述的空气供应系统，其特征在于，三个所述鼓风机的流量、体积和功耗均不同。
7.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，还包括空气过滤器；所述空气过滤器的输出端连接所述鼓风机的输入端。
8.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，还包括热交换器；
所述热交换器的输入端与连接所述连接主路空气通路的单向阀的输出端相连；所述热交换器的输出端与重整器的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的空气供应系统，其特征在于，还包括燃烧器；
所述燃烧器的输入端连接SOFC电堆的输出端；所述燃烧器的输出端连接所述热交换器的输入端。
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