CN219937086U - 能量再利用装置以及进气系统和氢燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于氢燃料电池系统的能量再利用装置以及进气系统和氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统包括用于向氢燃料电池的阳极流道供给氢气的氢气供给部，所述氢气供给部包括减压阀，其中，所述能量再利用装置包括：能量转换组件，包括进气口和出气口，所述进气口与所述减压阀的出口连通，所述出气口与所述阳极流道的入口连通，并且所述能量转换组件被构造为将接收的氢气的压力和流速转换为旋转动力。根据本实用新型的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置可通过简单的结构回收氢气所含有的部分机械能，避免氢气能量的浪费。

Description

能量再利用装置以及进气系统和氢燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种能量再利用装置以及包括该能量再利用装置的进气系统和氢燃料电池系统。

背景技术

氢燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的装置。

通常，在氢燃料电池工作时，空气经过空压机加压后进入燃料电池的阴极通道，并且在阴极通道内反应后排出，氢气从氢罐内输出并经由减压阀降压后持续进入燃料电池的阳极流道，并且在阳极流道累积到一定程度后排出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于氢燃料电池系统的能量再利用装置以及包括该能量再利用装置的进气系统和氢燃料电池系统，所述能量再利用装置可通过简单的结构回收氢气所含有的部分机械能，避免氢气能量的浪费。

根据一个总体方面，本实用新型提供一种用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，所述氢燃料电池系统包括用于向氢燃料电池的阳极流道供给氢气的氢气供给部，所述氢气供给部包括减压阀，其中，所述能量再利用装置包括：能量转换组件，包括进气口和出气口，所述进气口与所述减压阀的出口连通，所述出气口与所述阳极流道的入口连通，并且所述能量转换组件被构造为将接收的氢气的压力和流速转换为旋转动力。

优选地，所述能量转换组件可机械连接到用于冷却氢燃料电池的冷却液的循环泵，以驱动所述循环泵。

优选地，所述能量再利用装置还可包括发电机，所述能量转换组件连接到所述发电机，以利用所述旋转动力驱动所述发电机产生电能。

优选地，所述能量再利用装置还可包括储能单元，所述储能单元电连接到所述发电机，以接收所述发电机产生的电能并且储存接收到的电能。

优选地，所述能量再利用装置还可包括整流器，所述整流器连接在所述发电机与所述储能单元之间，以接收所述发电机产生的电流，调节所接收到的电流，并将调节后的电流传输到所述储能单元。

优选地，所述氢燃料电池系统还可包括空气供给部，所述空气供给部包括空压机，所述发电机电连接到所述空压机，以辅助驱动所述空压机。

优选地，所述能量再利用装置还包括可传感器和控制器，其中，所述传感器可布置在所述能量转换组件的进气口处，以感测所述进气口处的氢气的流速和压力，并且所述控制器可被构造为从所述传感器接收感测到的流速和压力，并且基于感测到的流速和压力以及所述能量转换组件的特性参数调节所述减压阀的减压量。

优选地，所述能量转换组件可以为气动马达。

根据另一总体方面，本实用新型提供一种用于氢燃料电池系统的进气系统，所述进气系统包括用于向氢燃料电池的阳极流道供给氢气的氢气供给部，其中，所述进气系统还包括如上所述的能量再利用装置。

根据另一总体方面，本实用新型提供一种氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统包括用于向氢燃料电池的阳极流道供给氢气的氢气供给部，其中，所述氢燃料电池系统还包括如上所述的能量再利用装置。

根据本实用新型的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置可通过简单的结构在氢气流入氢燃料电池的阳极流道之前回收氢气所含有的部分机械能，并且可对回收的能量重新分配和储存，从而充分利用氢气能量。因此，根据本实用新型的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置可在确保氢燃料电池稳定运行的同时，充分回收和利用氢气能量，避免氢气能量的浪费。

另外，根据本实用新型的包括如上所述的能量再利用装置的进气系统可收集输入的氢气的部分机械能，使得进气系统兼具多种功能。

另外，根据本实用新型的包括如上所述的能量再利用装置的氢燃料电池系统可稳定地运行，并且可充分利用各个部分的能量，从而提高整体效率。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本实用新型的以上和其他方面、特点及其他优点将会变得清楚和更加容易理解，在附图中：

图1是示出根据本实用新型的第一示例性实施例的氢燃料电池系统的示意图；

图2是示出根据本实用新型的第二示例性实施例的氢燃料电池系统的示意图；

图3是示出根据本实用新型的第三示例性实施例的氢燃料电池系统的示意图。

附图标记说明：

10-进气系统；110-氢气供给部；120-空气供给部；111-氢罐；112-减压阀；121-空滤；122-空压机；123-加湿器；20-氢燃料电池；210-阳极流道；220-阴极流道；230-双极板；240-膜电极；310-排气阀；40-能量再利用装置；410-能量转换组件；420-发电机；430-整流器；440-储能单元。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的技术构思，下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行清楚、完整、详细地描述。应清楚的是，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。

除非另有定义，否则在此所使用的所有的技术和科学术语与本领域的技术人员通常理解的含义相同。本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所使用的术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在整个说明书中，当元件被描述为与另一元件“连通”时，该元件可直接与所述另一元件“连通”，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。

在下文中，将参照图1至图3来详细描述根据本实用新型的能量再利用装置以及包括该能量再利用装置的进气系统和氢燃料电池统。

图1是示出根据本实用新型的第一示例性实施例的氢燃料电池系统的示意图。

如图1所示，根据第一示例性实施例的氢燃料电池系统可包括进气系统10和氢燃料电池20，其中，进气系统10位于氢燃料电池20上游，用于为氢燃料电池系统供给所需气体。

具体地，进气系统10可包括氢气供给部110、空气供给部120和能量再利用装置40。作为示例，氢气供给部110可包括但不限于氢罐111和减压阀112。氢罐111中的氢气经由减压阀112进入氢燃料电池20的阳极流道210(将稍后描述)。作为示例，空气供给部120可包括但不限于空滤121、空压机122和加湿器123。空气可顺序地经由空滤121、空压机122和加湿器123进入氢燃料电池20的阴极流道220(将稍后描述)。能量再利用装置40布置在氢气供给部110中的减压阀112下游，并且被构造为回收再利用氢气所包含的部分机械能。

氢燃料电池20可包括双极板230、位于双极板230两侧的一对膜电极240以及位于双极板230两侧的阳极流道210和阴极流道220。应理解，在此仅以示例的方式示出了氢燃料电池20的构造，但不旨在限制氢燃料电池20的构造。例如，氢燃料电池20可包括多个双极板230、多对膜电极240以及多个阳极流道210和阴极流道220。

另外，氢燃料电池系统还可包括位于氢燃料电池20下游的排气阀310。具体地，排气阀310与位于氢燃料电池20的双极板230一侧的阳极流道210的出口连通，以选择性地排出阳极流道210中的气体。

在氢燃料电池20工作时，空气经过空滤121、空压机122和加湿器123之后进入氢燃料电池20的阴极流道220，然后在阴极流道220内反应之后从阴极流道220的出口排出。另外，在氢燃料电池20工作时，氢气进入氢燃料电池20的阳极流道210，然后在阳极流道210内反应，在初始阶段，阳极流道210的末端是关闭的，随着阳极流道210中的气体的累积，阳极流道210内的气压会逐渐增大，因此在氢燃料电池20工作一定时间之后，需要打开排气阀310排出阳极流道210中的气体。

在现有技术中，在氢燃料电池20工作时，氢罐111中的高压氢气经由减压阀112降压后，以一定压力(例如，0.3Mp-0.6Mp)和流速持续进入氢燃料电池20的阳极流道210。然而，在这种情况下，持续流动的氢气所含有的机械能将会浪费。

在本示例性实施例中，能量再利用装置40布置在减压阀112下游，并且被构造为回收再利用氢气所含有的部分机械能。因此，与现有技术相比，能量再利用装置40能够回收氢气所含有的机械能，避免能量的浪费。

下面，将参照图1详细描述根据第一示例性实施例的燃料电池系统中的能量再利用装置40。

如图1所示，能量再利用装置40可包括能量转换组件410。

具体地，能量转换组件410可包括进气口和出气口，其中，进气口与减压阀112的出口连通，出气口与阳极流道210的入口连通，并且能量转换组件410可被构造为将接收的氢气的压力和流速转换为旋转动力。作为示例，能量转换组件410可为气动马达，但不限于此，只要其可接收和排出气体并且将气体的压力和流速等转换为可再利用动力即可。

另外，在使用氢燃料电池20的应用中，通常存在电池冷却系统，用于控制氢燃料电池20的温度。一般情况下，电池冷却系统中在冷却液路径上布置有多个循环泵。能量转换组件410可用作驱动循环泵的动力源。具体地，能量转换组件410可机械连接到用于冷却氢燃料电池20的冷却液的循环泵，以驱动循环泵。可选地，能量转换组件410可用作辅助动力源或者备用动力源，以在循环泵的主动力源存在故障时，确保循环泵的基本运行，从而有助于控制氢燃料电池20的温度。因此，可确保氢燃料电池20的稳定运行。

在本示例性实施例中，除了能量转换组件410之外，能量再利用装置40还可包括传感器和控制器(图中未示出)。

具体地，传感器可布置在能量转换组件410的进气口处，以感测进气口处的氢气的流速和压力，并且将感测值发送至控制器。传感器的类型没有特别限制，只要是能够感测气体的流速和压力的传感器即可。另外，传感器的数量也没有特别限制，可根据需要布置多个传感器。

控制器可被构造为从传感器接收感测到的流速和压力，并且基于感测到的流速和压力以及能量转换组件410的特性参数调节减压阀112的减压量。

在现有技术中，通过减压阀112对从氢罐111流出的高压氢气进行降压处理，并且减压阀112被调节至使出口压力保持在预定压力，以确保氢气以预定压力和流入进入氢燃料电池20。

在本实用新型中，在减压阀112的下游设置有能量转换组件410，并且能量转换组件410自身具有一定阻力(即，具有降压作用)。因此，控制器可被构造为基于能量转换组件410自身的阻力调节减压阀112的减压量，具体地，控制器可被构造为将减压阀112调节至使出口压力为比现有技术中的预定压力高的压力，以确保从能量转换组件410的出气口的压力保持在适于输入到氢燃料电池20的压力范围内。

作为示例，控制器可被构造为：当更换具有阻力更大的能量装换组件时，基于感测到的能量转换组件410的进气口处氢气的流速和压力相应地增大减压阀112的出口压力，即减小减压阀112的减压量，反之，当更换具有阻力较小的能量装换组件时，控制器可被构造为相应地降低减压阀112的出口压力，即增大减压阀112的减压量。

在示例性实施例中，能量再利用装置40可在确保氢燃料电池系统稳定运行的同时，回收氢气所含有的部分机械能，避免了能量的浪费。另外，在示例性实施例中，能量再利用装置40可通过将回收的机械能驱动电池冷却系统中的循环泵，有助于电池冷却系统的稳定运行，并且提高氢燃料电池系统的整体效率。

图2是示出根据本实用新型的第二示例性实施例的氢燃料电池系统的示意图。

根据第二示例性实施例的氢燃料电池系统与根据本公开的第一示例性实施例的氢燃料电池系统的不同之处可在于：能量再利用装置40还包括发电机420。

因此，在描述第二示例性实施例时，仅描述与第一示例性实施例中的要素不同的要素。关于第二示例性实施例中的与第一示例性实施例相同的其他要素，可以以相同的方式应用第一示例性实施例的描述。

如图2所示，发电机420可连接到能量转换组件410，因此可利用能量转换组件410输出的旋转动力驱动发电机420产生电能。

另外，发电机420可电连接到空气供给部120中的空压机122，以辅助驱动空压机122。也就是说，在本示例性实施例中，可通过将氢气所含有的机械能转换为电能来辅助驱动空压机122，从而提高氢燃料电池系统的整体效率。

尽管未示出，发电机420可电连接需要被供电的其他装置。另外，在发电机420与空压机122之间可存在用于调节电能的装置。

图3是示出根据本实用新型的第三示例性实施例的氢燃料电池系统的示意图。

根据第三示例性实施例的氢燃料电池系统与根据本公开的第二示例性实施例的氢燃料电池系统的不同之处可在于：能量再利用装置40还包括整流器430和储能单元440。

如图3所示，储能单元440电连接到发电机420，以接收发电机420产生的电能并且储存接收到的电能。作为示例，储能单元440可为电池、电容器等，但不限于此，只要其是能够储存电能的装置即可。

因此，在本示例性实施例中，能量再利用装置40能够储存利用氢气在流动时的机械能转换的电能。

另外，整流器430可连接在发电机420与储能单元440之间，以接收发电机420产生的电流，调节所接收到的电流，并将调节后的电流传输到储能单元440。作为示例，发电机420可产生交流电，整流器430可将从发电机420接收的交流电转换为直流电，以将直流电传输到储能单元440。因此，在本实施例中，整流器430可有助于储能单元440储存电能。作为示例，整流器430可由二极管、晶体管等构成，但不限于此。

应知晓，图3所示的仅是示例，可根据需要和/或储能单元440的特性，省略整流器430。

如以上所阐述的，根据本实用新型，用于氢燃料电池系统的能量再利用装置可通过简单的结构在氢气流入氢燃料电池的阳极流道之前回收氢气所含有的部分机械能，并且可对回收的能量重新分配和储存，从而充分利用氢气能量。

因此，根据本实用新型，用于氢燃料电池系统的能量再利用装置可在确保氢燃料电池稳定运行的同时，充分回收和利用氢气能量，避免氢气能量的浪费。

另外，根据本实用新型，包括如上所述的能量再利用装置的进气系统可收集输入的氢气的部分机械能，使得进气系统兼具多种功能。

另外，根据本实用新型，包括如上所述的能量再利用装置的氢燃料电池系统可稳定地运行，并且可充分利用各个部分的能量，从而提高整体效率。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，所述氢燃料电池系统包括用于向氢燃料电池(20)的阳极流道(210)供给氢气的氢气供给部(110)，所述氢气供给部(110)包括减压阀(112)，其特征在于，所述能量再利用装置(40)包括：

能量转换组件(410)，包括进气口和出气口，所述进气口与所述减压阀(112)的出口连通，所述出气口与所述阳极流道(210)的入口连通，并且所述能量转换组件(410)被构造为将接收的氢气的压力和流速转换为旋转动力。

2.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，其特征在于，所述能量转换组件(410)机械连接到用于冷却氢燃料电池(20)的冷却液的循环泵，以驱动所述循环泵。

3.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，其特征在于，所述能量再利用装置(40)还包括发电机(420)，所述能量转换组件(410)连接到所述发电机(420)，以利用所述旋转动力驱动所述发电机(420)产生电能。

4.根据权利要求3所述的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，其特征在于，所述能量再利用装置(40)还包括储能单元(440)，所述储能单元(440)电连接到所述发电机(420)，以接收所述发电机(420)产生的电能并且储存接收到的电能。

5.根据权利要求4所述的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，其特征在于，所述能量再利用装置(40)还包括整流器(430)，所述整流器(430)连接在所述发电机(420)与所述储能单元(440)之间，以接收所述发电机(420)产生的电流，调节所接收到的电流，并将调节后的电流传输到所述储能单元(440)。

6.根据权利要求3所述的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，其特征在于，所述氢燃料电池系统还包括空气供给部(120)，所述空气供给部(120)包括空压机(122)，所述发电机(420)电连接到所述空压机(122)，以辅助驱动所述空压机(122)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，其特征在于，所述能量再利用装置(40)还包括传感器和控制器，

其中，所述传感器布置在所述能量转换组件(410)的进气口处，以感测所述进气口处的氢气的流速和压力，并且

其中，所述控制器被构造为从所述传感器接收感测到的流速和压力，并且基于感测到的流速和压力以及所述能量转换组件(410)的特性参数调节所述减压阀(112)的减压量。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于氢燃料电池系统的能量再利用装置，其特征在于，所述能量转换组件(410)为气动马达。

9.一种用于氢燃料电池系统的进气系统(10)，所述进气系统(10)包括用于向氢燃料电池(20)的阳极流道(210)供给氢气的氢气供给部(110)，其特征在于，所述进气系统(10)还包括根据权利要求1至8中任一项所述的能量再利用装置(40)。

10.一种氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统包括用于向氢燃料电池(20)的阳极流道(210)供给氢气的氢气供给部(110)，其特征在于，所述氢燃料电池系统还包括根据权利要求1至8中任一项所述的能量再利用装置(40)。