CN219012793U - 用于燃料电池的空压机能量回收系统 - Google Patents

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朱汉健
唐锐健
李强
黄镇乐
胡永国
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Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，公开了一种用于燃料电池的空压机能量回收系统，包括空压机、换热装置、加湿装置和电池堆体，所述空压机具有压气端和涡轮端；所述换热装置具有第一换热进口、第二换热进口、第一换热出口和第二换热出口；所述第一换热进口与所述压气端连接；所述第一换热出口与涡轮端连接；所述加湿装置具有第一加湿进口、第二加湿进口、第一加湿出口和第二加湿出口；所述第一加湿进口与所述第二换热出口连接；所述第一加湿出口与所述第二换热进口连接；所述电池堆体具有进气口和出气口，所述进气口与所述第二加湿出口连接；所述出气口与所述第二加湿进口连接。本实用新型可以降低空压机电机运转功率，提高涡轮的使用寿命。

Description

用于燃料电池的空压机能量回收系统
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池的空压机能量回收系统。
背景技术
燃料电池在运转时，需要空压机(即空气压缩机)给整个系统提供一定温度和压力空气，而空气为燃料电池反应产生电必不可少部分，其会影响燃料电池反应的效果。
空压机为了给系统持续提供一定温度和压力的空气，但是现有的空压机消耗功率大，其消耗的功率会占据燃料电池系统稳定运行中输出的总功率的14％～20％，空压机消耗的功率占据了系统功耗很大一部分比例。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于燃料电池的空压机能量回收系统，其可以降低空压机电机运转功率，提高涡轮的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于燃料电池的空压机能量回收系统，包括：
空压机，所述空压机具有压气端和涡轮端；
换热装置，所述换热装置具有第一换热进口、第二换热进口、第一换热出口和第二换热出口；所述第一换热进口与所述压气端连接；所述第一换热出口与涡轮端连接；
加湿装置，所述加湿装置具有第一加湿进口、第二加湿进口、第一加湿出口和第二加湿出口；所述第一加湿进口与所述第二换热出口连接；所述第一加湿出口与所述第二换热进口连接；
电池堆体，所述电池堆体具有进气口和出气口，所述进气口与所述第二加湿出口连接；所述出气口与所述第二加湿进口连接。
优选地，还包括中冷器，所述中冷器分别与所述第二换热出口和所述第一加湿进口连接。
优选地，所述电池堆体的外部罩设有箱体，所述换热装置安装于所述箱体的外壁。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的用于燃料电池的空压机能量回收系统的空压机，涡轮端在空压机的一侧，压气端在另外一侧，空压机压气端输出的空气经过换热装置、加湿装置后接入电池堆体，电池堆体后的空气经过加湿装置和换热装置后连接空压机的涡轮端，再利用气体带有的内能转变成涡轮的动能，从而带动空压机涡轮端进行转动，降低空压机电机运转功率。为了提高涡轮回收的功率，根据影响燃料电池功率的主要因素，换热装置对进入涡端气体起到升温、降低空气湿度的作用，该换热装置主要利用的空压机压缩后的高温高压气体与电堆反应后温度、压力较低的空气进行热量的交换，从而提高涡端进口空气的温度，提高回收功率，降低空气湿度，提高涡轮的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的用于燃料电池的空压机能量回收系统的结构示意图。
附图标记：
1、空压机；11、压气端；12、涡轮端；2、换热装置；21、第一换热进口；22、第二换热进口；23、第一换热出口；24、第二换热出口；3、加湿装置；31、第一加湿进口；32、第二加湿进口；33、第一加湿出口；34、第二加湿出口；4、电池堆体；41、进气口；42、出气口；5、中冷器。
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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1，本实用新型优选实施例提供一种用于燃料电池的空压机1能量回收系统，包括空压机1、换热装置2、加湿装置3和电池堆体4，所述空压机1具有压气端11和涡轮端12；所述换热装置2具有第一换热进口21、第二换热进口22、第一换热出口23和第二换热出口24；所述第一换热进口21与所述压气端11连接；所述第一换热出口23与涡轮端12连接；所述加湿装置具有第一加湿进口31、第二加湿进口32、第一加湿出口33和第二加湿出口34；所述第一加湿进口31与所述第二换热出口24连接；所述第一加湿出口33与所述第二换热进口22连接；所述电池堆体4具有进气口41和出气口42，所述进气口41与所述第二加湿出口34连接；所述出气口42与所述第二加湿进口32连接。
需要说明的是，空压机1为现有的涡轮式空气压缩机；换热装置2为现有的换热机；加湿装置3为现有的燃料电池加湿器，型号可以为KOLON的H20；电池堆体4为现有的燃料电池。换热装置2的冷端对应第一换热进口21和第二换热出口24，换热装置2的热端对应第二换热进口22和第一换热出口23。
上述系统的使用过程，空气在经过空压机1压气端11压缩后，经过管道从第一换热进口21进入换热装置2，并从第二换热出口24流出换热装置2；然后通过管道从第一加湿进口31进入加湿装置3进行加湿，并从加湿装置3的第二加湿出口34流出加湿装置3；再然后通过管道从进气口41进入到电池堆体4，空气在电池堆体4与燃料发生反应后经过出气口42排出；再然后通过第二加湿进口32进入加湿装置3，对干燥气体进行加湿，经过对干燥空气润湿后在加湿装置3的第一加湿出口33排出，通过管道从第二换热进口22进入换热装置2，与空气进行换热后在换热装置2第一换热出口23排出，进入空压机1涡轮端12，经过涡轮端12的膨胀作用后在涡轮出口排出。
使用换热装置2后由于涡轮端12的温度有所提升，在含湿量不变的情况下，空气中露点温度也相应不变化，提升温度后涡轮在运转过程中面临温度下降出现水滴的概率也会大大降低，甚至运转过程中无小水滴产生对涡轮叶轮造成损害。
如不增加换热装置2，需要在空气经过加湿装置3的第一加湿出口33增加一个气水分离器，分离空气中水，保证进入涡轮端12的空气干燥。气水分离器可分离空气中水，但对于空气压力影响较大，经过气水分离器进入涡轮端12的空气即使干燥空气，但是压力较低，涡轮端12能回收的功率也较低。
本实用新型的一些优选实施例中，还包括中冷器5，所述中冷器5分别与所述第二换热出口24和所述第一加湿进口31连接。中冷器5可以对经过的空气进行降温，而中冷器5的空气来自换热装置2，空气已经经过换热装置2的换热进而降温，所以中冷器5的功率可以降低，并且降低体积。
本实用新型的一些优选实施例中，所述电池堆体4的外部罩设有箱体，所述换热装置安装于所述箱体的外壁。
综上，本实用新型优选实施例提供一种用于燃料电池的空压机1能量回收系统，其与现有技术相比：
本实用新型的用于燃料电池的空压机1能量回收系统的空压机1，涡轮端12在空压机1的一侧，压气端11在另外一侧，空压机1压气端11输出的空气经过换热装置2、加湿装置3后接入电池堆体4，电池堆体4后的空气经过加湿装置3和换热装置2后连接空压机1的涡轮端12，再利用气体带有的内能转变成涡轮的动能，从而带动空压机1涡轮端12进行转动，降低空压机1电机运转功率。为了提高涡轮回收的功率，根据影响燃料电池功率的主要因素，换热装置2对进入涡端气体起到升温、降低空气湿度的作用，该换热装置2主要利用的空压机1压缩后的高温高压气体与电堆反应后温度、压力较低的空气进行热量的交换，从而提高涡端进口空气的温度，提高回收功率，降低空气湿度，提高涡轮的使用寿命。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于燃料电池的空压机能量回收系统，其特征在于，包括：
空压机，所述空压机具有压气端和涡轮端；
换热装置，所述换热装置具有第一换热进口、第二换热进口、第一换热出口和第二换热出口；所述第一换热进口与所述压气端连接；所述第一换热出口与涡轮端连接；
加湿装置，所述加湿装置具有第一加湿进口、第二加湿进口、第一加湿出口和第二加湿出口；所述第一加湿进口与所述第二换热出口连接；所述第一加湿出口与所述第二换热进口连接；
电池堆体，所述电池堆体具有进气口和出气口，所述进气口与所述第二加湿出口连接；所述出气口与所述第二加湿进口连接。
2.如权利要求1所述的用于燃料电池的空压机能量回收系统，其特征在于：还包括中冷器，所述中冷器分别与所述第二换热出口和所述第一加湿进口连接。
3.如权利要求1所述的用于燃料电池的空压机能量回收系统，其特征在于：所述电池堆体的外部罩设有箱体，所述换热装置安装于所述箱体的外壁。
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