CN2577451Y - 一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置，包括燃料电池堆、风机、贮氢瓶、冷却水循环泵、冷却散热器，其特征在于，所述的风机包括供气风机、排气风机，该供气风机与排气风机分别与燃料电池的进、出空气口连接。与现有技术相比，本实用新型不但具有空气供应机械本身功耗低、制造成本低等优点，而且可以使整个燃料电池运行系统在低压下运行，从而可降低运行成本，提高系统可靠性。

Description

一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池的辅助设备，尤其涉及一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池可用作一切车、船等运载工具的动力系统，又可用作手提式、移动式、固定式的发电装置。质子交换膜燃料电池一般用氢气或含富态氢或醇类作燃料。在用作车、船动力系统或移动式、固定式发电站时一般用空气作氧化剂。质子交换膜燃料电池用作车、船动力系统或移动式、固定式发电站时必须包括电池堆、燃料供应、空气供应、冷却散热、自动控制及电能输出各个部分。其中空气供应是必不可少的。理论上燃料电池输出功率与空气供应的需求量有一定的比例关系。但在实际运行过程中，空气供应量往往比理论需求量大很多，一方面是燃料电池中由于电化学反应使氧气消耗而产生氧气浓度降低，需要用过量的空气及时补充；另一方面是燃料电池中电化学反应产生的产物水需要及时用过量的空气将其带走，否则过量的水会导致燃料电池内部泛滥，空气中的氧气无法扩散到电极内部参与化学反应。所以，适当足量的空气输送对提高燃料电池的运行效率非常重要。

目前可以用于质子交换膜燃料电池发电系统空气输送的装置主要有以下二类：

(1)借助于容积的变化来实现空气压缩的压缩机，例如涡旋空气压缩机，螺杆式空气压缩机，活塞式空气压缩机。

(2)借助于快速运动的空气来实现空气压缩的风泵或风机，例如高压、中压、低压鼓风机、滑片式风泵等。

目前，第一类空气压缩机可以实现高压空气输送给燃料电池，一般可达1至5个大气压(相对压力)，但这类空气压缩机由于空气压缩比大，压缩热也较大，导致压缩机功耗较大。虽然质子交换膜燃料电池随着工作压力增大输出性能大大增高，但由于压缩机消耗的功率也增高，整个燃料电池发电系统的能量转换效率反而降低。而且这一类空气压缩机械对加工精度要求很高，因此造价较高。另外，实现高压向燃料电池输送空气时，对燃料电池中的连接管路、接头、阀门以及控制系统要求也很高，因此造价也较高。

第二类空气压缩机械实际上是鼓风机，这一类压缩空气机械也可以实现低压向燃料电池输送空气。这一类空气压缩机械往往是输送空气压力低，流量可以较大，优点是功耗消耗较小，造价低，而且燃料电池低压运行支持系统简单、便宜。为了有利于空气中的氧气向电极内部扩散，加快电化学反应，往往将燃料电池中的导流极板导流场设计成蛇形状。这种导流场设计一般使空气流动产生较大的阻力，使空气就输送时产生较大的压力降。所以第二类空气压缩机械由于产生的空气压缩压力太低，往往无法较顺畅地克服导流场的阻力，将燃料电池产生的水带出燃料电池。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、成本较低的可提高燃料电池运行性能的空气输送装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置，包括燃料电池堆、风机、贮氢瓶、冷却水循环泵、冷却散热器，所述的燃料电池堆设有进、出空气口，进、出氢气口，进、出冷却水口，所述的贮氢瓶与燃料电池的进氢气口连接，所述的冷却水循环泵的进口与燃料电池的出冷却水口连接，所述的冷却散热器的进口与冷却水循环泵的出口连接，冷却散热器的出口与燃料电池的进冷却水口连接，其特征在于，所述的风机包括供气风机、排气风机，所述的供气风机与燃料电池的进空气口连接，所述的排气风机与燃料电池的出空气口连接。

还包括空气过滤器，该空气过滤器与供气风机的进口连接。

这种向燃料电池输送空气的装置避免了采用第一类高压向燃料电池输送空气的压缩机械带来的种种技术缺陷，又利用了第二类低压向燃料电池输送空气的风机功耗低等优点，其特点是采用两个低压风机，一个是供气风机，其旋转方向是向燃料电池供应空气，另一个是排气风机，其旋转方向是吸入燃料电池排出的空气，由于排气风机的吸风作用，使供气风机向燃料电池输送空气可以较容易地克服极板上导流场的空气阻力，并且把生成水带出燃料电池，从而可提高燃料电池的运行性能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置，包括燃料电池堆1、供气风机2、排气风机3、贮氢瓶4、冷却水循环泵5、冷却散热器6、空气过滤器7；所述的燃料电池堆1设有进空气口11、出空气口12，进氢气口13、出氢气口14，进冷却水口15、出冷却水口16，所述的供气排气风机与燃料电池的进空气口11连接，所述的排气排气风机与燃料电池的出空气口12连接，所述的贮氢瓶4与燃料电池的进氢气口13连接，所述的冷却水循环泵5的进口与燃料电池的出冷却水口16连接，所述的冷却散热器6的进口与冷却水循环泵5的出口连接，冷却散热器6的出口与燃料电池的进冷却水口15连接，所述的空气过滤器7与供气排气风机的进口连接。

在本实用新型中，供气风机的吸气口与空气过滤器相连接，供气风机排气口与一只4KW燃料电池堆的空气进气口相连，而排气风机的吸气口与4KW燃料电池堆空气排气口相连接，燃料电池生成的水与过量的空气从排气风机的排气口排出。供气风机与排气风机都是同一型号的离心式风机，该风机功耗为250W，静压大约为0.2Bar，空气流量最大1～2立方米/分。若单独采用供气风机向燃料电池堆输送空气，该燃料电池堆工作性能与输送功率无法得到保障，经常发生燃料电池内部积水，但采用排气风机后，该燃料电池可以稳定长期输出4KW，两个风机消耗总功率大约为400～500W。其余燃料电池系统中的氢气供应与冷却散热子系统与正常的燃料电池发电系统中的情况保持一样(注：燃料电池堆采用内增湿结构)。

这种新的向燃料电池输送空气的装置，具有空气供应机械本身功耗低，价格低廉，而且整个燃料电池运行系统在低压下运行，系统本身简单，造价低，并且运行可靠，系统控制本身简单等优点。

Claims (2)

1.一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置，包括燃料电池堆、风机、贮氢瓶、冷却水循环泵、冷却散热器，所述的燃料电池堆设有进、出空气口，进、出氢气口，进、出冷却水口，所述的贮氢瓶与燃料电池的进氢气口连接，所述的冷却水循环泵的进口与燃料电池的出冷却水口连接，所述的冷却散热器的进口与冷却水循环泵的出口连接，冷却散热器的出口与燃料电池的进冷却水口连接，其特征在于，所述的风机包括供气风机、排气风机，所述的供气风机与燃料电池的进空气口连接，所述的排气风机与燃料电池的出空气口连接。

2.根据权利要求1所述的一种可提高燃料电池运行性能的空气输送装置，其特征在于，还包括空气过滤器，该空气过滤器与供气风机的进口连接。