CN219873607U - 一种燃料电池能量回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池能量回收系统，涉及燃料电池技术领域，燃料电池的电堆上连接有空气单元，所述空气单元包括空压机、中冷器；该回收系统包括回收单元，所述回收单元包括热交换器，所述热交换器具有热媒进口、热媒出口以及冷媒进口，所述热媒进口和所述空压机连接，所述热媒出口和所述中冷器连接，所述冷媒进口和所述电堆连接。本实用新型对燃料电池化学反应后排出的气体进行回收利用，减少了能量的无效浪费，提高了能量的利用率。

Description

一种燃料电池能量回收系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是指一种燃料电池能量回收系统。

背景技术

燃料电池是一种把化学能直接转换成电能的化学装置，又称为化学发生器，其工作原理是使氢气和氢气在催化剂的作用下生成水，同时提供能量。燃料电池技术被认为是交通能源动力转型的重要环节而备受重视，因其具有无污染、高效率、适用广等优点而获得了广泛的应用。

现有的燃料电池一般包括有电堆，电堆上连接有氢气单元和空气单元，氢气单元包括储氢瓶，储氢瓶用于给电堆供应氢气；空气单元包括和电堆依次相连的增湿器、中冷器以及空压机，外部的空气经过空压机压缩后，最后进入电堆。氢气和空气中的氧气在电堆中发生化学反应而产生能量。

但是由于燃料电池经化学反应产生的能量并不会全部转化为电能，部分能量会随废气直接进入尾排后排入大气，因此会产生较多的能量浪费。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中燃料电池经化学反应产生的能量并不会全部转化为电能，部分能量会随废气直接排入大气，会产生能量浪费的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃料电池能量回收系统。

一种燃料电池能量回收系统，燃料电池的电堆上连接有空气单元，所述空气单元包括空压机、中冷器，该回收系统包括回收单元，所述回收单元包括热交换器，所述热交换器具有热媒进口、热媒出口以及冷媒进口，所述热媒进口和所述空压机连接，所述热媒出口和所述中冷器连接，所述冷媒进口和所述电堆连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述回收单元还包括膨胀机，所述膨胀机和所述空压机连接，所述热交换器还包括冷媒出口，所述膨胀机的入口端和所述冷媒出口连接，所述膨胀机的出口端和尾排连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述热交换器和所述膨胀机连接的管路上设置有第一调压阀，所述膨胀机的入口端还设置有第二调压阀，所述第二调压阀的出口端连接至尾排。

在本实用新型的一个实施例中，所述膨胀机和所述尾排连接的管路上设置有第一开关阀。

在本实用新型的一个实施例中，所述热交换器和所述电堆连接的管路上还连接有气液分离器，所述气液分离器的入料口和所述电堆连接，所述气液分离器的排气口和所述热交换器的冷媒进口连接，所述气液分离器的排水口和所述尾排连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述气液分离器和所述尾排连接的管路上设置有第二开关阀。

在本实用新型的一个实施例中，所述空气单元还包括增湿器，所述增湿器内设置有干空气通道以及湿空气通道，所述干空气通道和湿空气通道进行水分交换，所述干空气通道的进口和所述中冷器连接，所述干空气通道的出口和所述电堆连接，所述湿空气通道的进口和所述电堆连接，所述湿空气通道的出口和所述热交换器的冷媒进口连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述热交换器的出入口处均对应设置有温度传感器。

在本实用新型的一个实施例中，所述中冷器为水冷方式。

在本实用新型的一个实施例中，所述空气单元还包括空气过滤器，所述空气过滤器连接在所述空压机的进气端。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种燃料电池能量回收系统对燃料电池化学反应后排出的气体进行回收利用，通过设置热交换器，使经过电堆反应完的气体与从空压机中出来的高温空气进行热量交换，从而减少了能量的无效浪费；且从空压机出来的高温空气经过热交换器的一次降温后，再进入中冷器进行二次降温，有效降低了中冷器工作的能量消耗，提高了能量的利用率。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型中燃料电池能量回收系统的结构示意图。

说明书附图标记说明：1、电堆；2、氢气单元；3、空气单元；31、空压机；32、中冷器；33、增湿器；34、空气过滤器；4、回收单元；41、热交换器；411、热媒进口；412、热媒出口；413、冷媒进口；414、冷媒出口；42、膨胀机；43、第一调压阀；44、第二调压阀；45、第一开关阀；46、气液分离器；47、第二开关阀；48、温度传感器；5、尾排。

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，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1所示，本实用新型公开了一种燃料电池能量回收系统，燃料电池的电堆1上连接有空气单元3，空气单元3包括空压机31、中冷器32，该回收系统包括回收单元4，回收单元4包括热交换器41，热交换器41具有热媒进口411、热媒出口412以及冷媒进口413，热媒进口411和空压机31连接，热媒出口412和中冷器32连接，冷媒进口413和电堆1连接。

上述提供了一种燃料电池能量回收系统，电堆1上连接的氢气单元2为电堆1提供氢气，空气单元3为电堆1提供空气，空气进入空压机31中被压缩，温度上升，且最高可达150℃左右，而电堆1中最佳工作温度在80℃左右，因此经过压缩的空气需要被降温处理，而从电堆1中反应完成出来的气流温度也会保持在80℃左右。通过设置热交换器41，使经过电堆1反应完的气流与从空压机31中出来的高温空气进行热量交换，对空压机31的高温空气进行降温处理，从而实现了对燃料电池化学反应后排出气体的回收利用，减少了能量的无效排放浪费；且从空压机31出来的高温空气经过热交换器41的一次降温后，再进入中冷器32进行二次降温，有效降低了中冷器32工作的能量消耗，提高了能量的利用率。

在本实施例中，回收单元4还包括膨胀机42，膨胀机42和空压机31连接，热交换器41还包括冷媒出口414，膨胀机42的入口端和冷媒出口414连接，膨胀机42的出口端和尾排5连接。

具体的，膨胀机42的叶轮和空压机31的叶轮同轴连接，通过利用排出气体的温度、压力和速度能量吹动膨胀机42内的叶轮做功，膨胀机42对排出气体中从电堆1出来后携带的残余能量以及与空压机31进行热量交换后获得的热能进行回收利用，为空压机31提供辅助动能，从而减少空压机31工作时的功率输出，达到降低系统功耗的效果。

在本实施例中，热交换器41和膨胀机42连接的管路上设置有第一调压阀43，膨胀机42的入口端还设置有第二调压阀44，第二调压阀44的出口端连接至尾排5。

通过上述设置，电堆1反应后排出的气流经过热交换器41后分为两路，一路进入膨胀机42进行余热回收，最后进入尾排5，另一路直接进入尾排5，第一调压阀43和第二调压阀44对分别进入两路的气流流量进行调节，从而保证流入膨胀机42的空气流量与膨胀机42自身的工况点对应，使膨胀机42能正常满足空压机31的转速需求，保证燃料电池的正常工作。

在本实施例中，膨胀机42和尾排5连接的管路上设置有第一开关阀45。

膨胀机42在工作时，打开第一开关阀45，膨胀机42在停机时，关闭第一开关阀45，从而防止尾排5中的氢气倒灌。

在本实施例中，热交换器41和电堆1连接的管路上还连接有气液分离器46，气液分离器46的入料口和电堆1连接，气液分离器46的排气口和热交换器41的冷媒进口413连接，气液分离器46的排水口和尾排5连接。

电堆1流出的气流通过气液分离器46，将气流中携带的水汽分离出来，随后脱离了水分的气流进入膨胀机42进行余热回收，水汽的分离防止了水汽对膨胀机42叶片造成的损伤，提高了设备的使用寿命和运行安全性。

在本实施例中，气液分离器46和尾排5连接的管路上设置有第二开关阀47。

在本实施例中，空气单元3还包括增湿器33，增湿器33内设置有干空气通道以及湿空气通道，干空气通道和湿空气通道进行水分交换，干空气通道的进口和中冷器32连接，干空气通道的出口和电堆1连接，湿空气通道的进口和电堆1连接，湿空气通道的出口和热交换器41的冷媒进口413连接。

从电堆1反应完的排出气流仍携带水汽，排出气流由湿空气通道经过增湿器33时，可将部分水汽留置在增湿器33内，以用于对进入电堆1前流经干空气通道的空气进行加湿，降低了增湿器33的能量消耗，提高了能量利用率。

在本实施例中，热交换器41的出入口处均对应设置有温度传感器48。

通过温度传感器48对热交换器41的出入口进行温度监控，方便操作人员对热交换器41内的运行情况进行把控。

在本实施例中，中冷器32为水冷方式。

在本实施例中，空气单元3还包括空气过滤器34，空气过滤器34连接在空压机31的进气端。

空气过滤器34将进入空压机31的空气中的杂质进行过滤，防止空气中的杂质颗粒进入电堆1，降低了空气通路的阻塞风险。

本实用新型提供的燃料电池能量回收系统的工作原理为：

从电堆1反应完成的气流排出后，依次通过增湿器33将携带的部分水汽留置在增湿器33中，对进入电堆1前的空气进行加湿；通过气液分离器46将剩余水汽分离至尾排5；除去水汽的气流接着通过热交换器41，对从空压机31排出的高温空气进行一次换热降温；经过换热后的排出气流热量上升，随后在第一调压阀43和第二调压阀44的调节下，进入膨胀机42进行热能回收，为空压机31提供辅助动力，从而降低了排出气流能量的无效损耗，提高了能量利用率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种燃料电池能量回收系统，燃料电池的电堆上连接有空气单元，所述空气单元包括空压机、中冷器，其特征在于：

该回收系统包括回收单元，所述回收单元包括热交换器，所述热交换器具有热媒进口、热媒出口以及冷媒进口，所述热媒进口和所述空压机连接，所述热媒出口和所述中冷器连接，所述冷媒进口和所述电堆连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述回收单元还包括膨胀机，所述膨胀机和所述空压机连接，所述热交换器还包括冷媒出口，所述膨胀机的入口端和所述冷媒出口连接，所述膨胀机的出口端和尾排连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述热交换器和所述膨胀机连接的管路上设置有第一调压阀，所述膨胀机的入口端还设置有第二调压阀，所述第二调压阀的出口端连接至尾排。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述膨胀机和所述尾排连接的管路上设置有第一开关阀。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述热交换器和所述电堆连接的管路上还连接有气液分离器，所述气液分离器的入料口和所述电堆连接，所述气液分离器的排气口和所述热交换器的冷媒进口连接，所述气液分离器的排水口和所述尾排连接。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述气液分离器和所述尾排连接的管路上设置有第二开关阀。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述空气单元还包括增湿器，所述增湿器内设置有干空气通道以及湿空气通道，所述干空气通道和湿空气通道进行水分交换，所述干空气通道的进口和所述中冷器连接，所述干空气通道的出口和所述电堆连接，所述湿空气通道的进口和所述电堆连接，所述湿空气通道的出口和所述热交换器的冷媒进口连接。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述热交换器的出入口处均对应设置有温度传感器。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述中冷器为水冷方式。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池能量回收系统，其特征在于：所述空气单元还包括空气过滤器，所述空气过滤器连接在所述空压机的进气端。