CN213936272U

CN213936272U - 一种燃料电池气体压缩系统

Info

Publication number: CN213936272U
Application number: CN202022570387.8U
Authority: CN
Inventors: 王亚楠
Original assignee: Yingfeiteng Shanghai Hydrogen Energy Development Co ltd
Current assignee: Yingfeiteng Shanghai Hydrogen Energy Development Co ltd
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2030-11-09

Abstract

本申请提供一种燃料电池气体压缩系统，包括燃料电池，燃料电池具有进气管以及出气管；气体压缩机，气体压缩机具有第一腔室以及第二腔室，第一腔室安装有第一叶轮，第二腔室安装有与第一叶轮同轴的第二叶轮，第一腔室具有与第一进气口以及第一排出口，第二腔室具有第二进气口以及第二排出口；第一连接管线以及第二连接管线，第一连接管线连接进气管与第一排出口，第二连接管线连接出气管与第二进气口。本申请在气体压缩机设置压缩空气的第一叶轮以及回收燃料电池排出气体动能的第二叶轮，回收利用了燃料电池排出气体的动能，降低了燃料电池气体压缩系统气体压缩机的消耗功率，提高了燃料电池能源转化率。

Description

一种燃料电池气体压缩系统

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池气体压缩系统。

背景技术

目前，为使得燃料电池正常工作，需要向燃料电池内部通入反应用的空气，同时为保证燃料电池内部压力，需通过空压机对参与反应的空气进行加压，并在参与电化学反应后，将剩余气体排出燃料电池外部。

然而，在剩余气体排出燃料电池外部后，仍具有较大的动能，造成燃料电池能源转化率低，因此，如何回收燃料电池排出气体动能提高燃料电池能源转化率成为本领域技术人员努力的方向。

实用新型内容

本申请提供一种燃料电池气体压缩系统，旨在解决如何回收燃料电池排出气体动能提高燃料电池能源转化率的技术问题，本申请在气体压缩机设置压缩空气的第一叶轮以及回收燃料电池排出气体动能的第二叶轮，在空气压缩时，燃料电池排出气体推动气体压缩机第二叶轮转动，进而带动与第二叶轮同轴的第一叶轮转动压缩空气，回收利用了燃料电池排出气体的动能，降低了燃料电池气体压缩系统气体压缩机的消耗功率，提高了燃料电池能源转化率。

第一方面，本申请提供一种燃料电池气体压缩系统，包括：

燃料电池，燃料电池具有进气管以及出气管；

气体压缩机，气体压缩机具有第一腔室以及第二腔室，第一腔室安装有第一叶轮，第二腔室安装有与第一叶轮同轴的第二叶轮，第一腔室具有与第一进气口以及第一排出口，第二腔室具有第二进气口以及第二排出口；以及

第一连接管线以及第二连接管线，第一连接管线连接进气管与第一排出口，第二连接管线连接出气管与第二进气口，在压缩气体时，气体从第一进气口进入第一腔室压缩，并在经燃料电池参与反应后，在第二腔室推动第二叶轮转动后排出。

在一些实施例中，第一叶轮为离心式叶轮，第一进气口的通道指向第一叶轮中部，第一排出口的通道指向第一叶轮外周。

在一些实施例中，第一叶轮为滑片式叶轮，第一叶轮偏心安装在第一腔室内部，第一进气口以及第一排出口位于第一叶轮的偏心侧。

在一些实施例中，还包括气体过滤装置，气体过滤装置具有过滤进气口以及过滤出气口，过滤出气口与第一进气口通过管线连接。

在一些实施例中，还包括气体冷却装置，气体冷却装置设置于燃料电池和气体压缩机之间。

在一些实施例中，气体冷却装置为中冷器。

在一些实施例中，气体为空气。

在一些实施例中，燃料电池为质子交换膜燃料电池。

在一些实施例中，质子交换膜燃料电池包括多个膜电极以及多个电极板。

在一些实施例中，电极板为金属板或石墨板。

本申请在气体压缩机设置压缩空气的第一叶轮以及回收燃料电池排出气体动能的第二叶轮，在空气压缩时，燃料电池排出气体推动气体压缩机第二叶轮转动，进而带动与第二叶轮同轴的第一叶轮转动压缩空气，回收利用了燃料电池排出气体的动能，降低了燃料电池气体压缩系统气体压缩机的消耗功率，提高了燃料电池能源转化率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的燃料电池气体压缩系统的一个示意图；

图2是本申请实施例中提供的气体压缩机的一个结构示意图；

图3是本申请图2中A-A截面图；

图4是本申请图2中B-B截面图。

其中，10燃料电池，11进气管，12出气管，20气体压缩机，21第一腔室，22第一叶轮，23第一进气口，24第一排出口，25第二腔室，26第二叶轮，27 第二进气口，28第二排出口，30第一连接管线，40第二连接管线。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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，本领域技术人员在没有作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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本实用新型，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本实用新型。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本实用新型的描述变得晦涩。因此，本实用新型并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例提供一种燃料电池气体压缩系统，以下进行详细说明。

首先，参阅图1，图1示出了本申请实施例中一种燃料电池气体压缩系统的一种示意图。具体的，被压缩的气体可以是指空气，亦可是其他气体，例如氢气，其中，燃料电池气体压缩系统包括：

燃料电池10，燃料电池10具有进气管11以及出气管12；

燃料电池10是一种把燃料所具有的化学能转换成电能的装置，其中，燃料电池10用燃料和氧气作为原料，通过燃料和氧气发生的电化学反应产生电能。具体的，为便于向燃料电池10内部通入氧气，燃料电池10可以具有进气管11 以及出气管12，但不止于此，例如，当燃料电池10采用的燃料为氢气时，燃料电池10还可以包括氢气对应的连接管，又例如，燃料电池10还可以包括循环水路，即还包括循环水进入以及流出的连接管。

在本申请的一些实施例中，燃料电池10可以为质子交换膜燃料电池10，具体的，质子交换膜燃料电池10包括多个膜电极以及多个电极板，其中，膜电极是质子交换膜燃料电池10发生电化学反应的场所，电极板可以为金属板或石墨板，示例性的，当电极板为金属板时，电极板可以通过冲压成型制作。在本申请的一些实施例中，燃料电池10还可以为其他类型的燃料电池10，例如，固体氧化物燃料电池10、直接甲醇燃料电池10。

气体压缩机20，气体压缩机20具有第一腔室21以及第二腔室25，第一腔室 21安装有第一叶轮22，第二腔室25安装有与第一叶轮22同轴的第二叶轮26，第一腔室21具有与第一进气口23以及第一排出口24，第二腔室25具有第二进气口 27以及第二排出口28；

气体压缩机20是将输入的空气进行压缩，并将排出的空气进行动能回收的设备，其中，气体压缩机20具有第一腔室21以及第二腔室25，第一腔室21安装第一叶轮22，通过第一叶轮22对第一腔室21内的空气进行压缩，以使得向燃料电池10输入的空气具有一定的压力，满足燃料电池10所需的压力要求；第二腔室25安装有与第一叶轮22同轴的第二叶轮26，第二腔室25汇集燃料电池10排出的废气，并通过废气推动与第一叶轮22同轴的第二叶轮26转动，以实现回收燃料电池10废气动能的目的。

具体的，第一腔室21具有与第一进气口23以及第一排出口24，以便于空气从第一进气口23进入第一腔室21内，经压缩后从第一排出口24通过管线输入燃料电池10；第二腔室25具有第二进气口27以及第二排出口28，燃料电池10排出的废气经管线通过第二进气口27进入第二腔室25内部，推动第二叶轮26转动回收动能后，经第二排出口28排出外界，完成整个压缩-回收动能的过程。

在本申请的一些实施例中，第一叶轮22可以为离心式叶轮，第一进气口23 的通道指向第一叶轮22中部，第一排出口24的通道指向第一叶轮22外周，在进行气体压缩时，离心式叶轮通过转动利用离心力甩出气体，造成中部低压，通过通道指向第一叶轮22中部的第一进气口23吸入气体，通道指向第一叶轮22 外周的第一排出口24排出压缩后的气体。在本申请另外的一些实施例中，第一叶轮22可以为滑片式叶轮，第一叶轮22偏心安装在第一腔室21内部，第一进气口23以及第一排出口24位于第一叶轮22的偏心侧，在进行气体压缩时，滑片式叶轮与第一腔室21形成月牙型的空间，第一叶轮22转动时滑片受离心力的作用从槽中甩出紧贴在第一腔室21内壁面上，第一叶轮22旋转一周，两个相邻滑片的空间由小值逐渐变大，从偏心侧的第一进气口23吸取空气，直到最大值，再由最大值逐渐变小，变到最小值从偏心侧的第一排出口24排出，完成气体压缩过程。

第一连接管线30以及第二连接管线40，第一连接管线30连接进气管11与第一排出口24，第二连接管线40连接出气管12与第二进气口27，在压缩气体时，气体从第一进气口23进入第一腔室21压缩，并在经燃料电池10参与反应后，在第二腔室25推动第二叶轮26转动后排出。

第一连接管线30是用于连接进气管11与第一排出口24的管线，以使得经过第一腔室21压缩后的空气可以直接经第一连接管线30输入燃料电池10内部，第二连接管线40是用于连接出气管12与第二进气口27的管线，在燃料电池10排出废气后，废气可以直接经第二连接管线40进入第二腔室25进行动能的回收。在压缩气体时，空气从第一进气口23进入第一腔室21内部，经第一腔室21内的叶轮压缩后，从第一排出口24通过管线输入燃料电池10内部，气体在燃料电池10 内部参与电化学反应后排出废气，然后经出气管12、第二连接管线40排出第二腔室25进行动能回收，最终在动能回收完成后排出外界。在上述过程中，燃料电池10排出气体推动气体压缩机20第二叶轮26转动，进而带动与第二叶轮26 同轴的第一叶轮22转动压缩空气，回收利用了燃料电池10排出气体的动能，降低了燃料电池气体压缩系统气体压缩机20的消耗功率，提高了燃料电池10能源转化率。

在本申请的一些实施例中，燃料电池气体压缩系统还可以包括气体过滤装置，气体过滤装置具有过滤进气口以及过滤出气口，过滤出气口与第一进气口 23通过管线连接，以避免空气中的杂物被带入燃料电池10内部。示例性的，气体过滤装置可以是空气滤清器，其中空气滤清器可以为过滤式、离心式、油浴式或复合式，例如惯性油浴式空气滤清器、纸质干式空气滤清器、聚氨酯滤芯空气滤清器等。

在本申请的一些实施例中，燃料电池气体压缩系统还可以包括气体冷却装置，气体冷却装置设置于所述燃料电池10和所述气体压缩机20之间，通过管线分别与燃料电池10和所述气体压缩机20连接，以使得对被经气体压缩机20压缩升温的空气进行降温，避免将多余热量带入燃料电池10内部。示例性的，气体冷却装置可以是冷却空气的中冷器，例如管带式中冷器、管片式中冷器等。

值得注意的是，上述关于燃料电池气体压缩系统的说明描述仅为清楚说明本申请的验证过程，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述系统做出等同的修改设计，例如，还可以增加热能回收装置，实现回收燃料电池10废气热能的目的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

以上对本申请实施例所提供的一种燃料电池气体压缩系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，包括：

燃料电池，所述燃料电池具有进气管以及出气管；

气体压缩机，所述气体压缩机具有第一腔室以及第二腔室，所述第一腔室安装有第一叶轮，所述第二腔室安装有与所述第一叶轮同轴的第二叶轮，所述第一腔室具有与第一进气口以及第一排出口，所述第二腔室具有第二进气口以及第二排出口；以及

第一连接管线以及第二连接管线，所述第一连接管线连接所述进气管与所述第一排出口，所述第二连接管线连接所述出气管与所述第二进气口，在压缩气体时，气体从所述第一进气口进入所述第一腔室压缩，并在经所述燃料电池参与反应后，在所述第二腔室推动所述第二叶轮转动后排出。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，所述第一叶轮为离心式叶轮，所述第一进气口的通道指向所述第一叶轮中部，所述第一排出口的通道指向所述第一叶轮外周。

3.如权利要求1所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，所述第一叶轮为滑片式叶轮，所述第一叶轮偏心安装在所述第一腔室内部，所述第一进气口以及所述第一排出口位于所述第一叶轮的偏心侧。

4.如权利要求1所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，还包括气体过滤装置，所述气体过滤装置具有过滤进气口以及过滤出气口，所述过滤出气口与所述第一进气口通过管线连接。

5.如权利要求1所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，还包括气体冷却装置，所述气体冷却装置设置于所述燃料电池和所述气体压缩机之间。

6.如权利要求5所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，所述气体冷却装置为中冷器。

7.如权利要求1所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，所述气体为空气。

8.如权利要求1至7任一项所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。

9.如权利要求8所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池包括多个膜电极以及多个电极板。

10.如权利要求9所述的一种燃料电池气体压缩系统，其特征在于，所述电极板为金属板或石墨板。