用于提高燃料电池系统效率的中间冷却器架构技术方案

本公开涉及用于提高燃料电池系统的效率的系统及方法，燃料电池系统包括燃料电池堆和空气供应系统以及中间冷却器。空气供应系统供应第一空气流，第一空气流穿过压缩机，并且作为第二空气流和第三空气流离开压缩机。第二空气流通过第一中间冷却器入口进入中间冷却器并且通过第一中间冷却器出口离开中间冷却器，并且第三空气流通过第二中间冷却器入口进入中间冷却器并且通过第二中间冷却器出口离开中间冷却器。燃料电池堆由离开中间冷却器的第二空气流冷却。二空气流冷却。二空气流冷却。

【技术实现步骤摘要】
用于提高燃料电池系统效率的中间冷却器架构


[0001]本公开涉及用于通过使空气再循环通过中间冷却器来提高燃料电池系统效率的系统及方法。

技术介绍

[0002]载具(vehicle)和/或动力系统将燃料电池或燃料电池堆使用于其动力需求。燃料电池或燃料电池堆可从发生在燃料电池或燃料电池堆中的电化学反应生成直流电(DC)形式的电力。燃料处理器将燃料转化为燃料电池或燃料电池堆可用的形式。燃料电池或燃料电池堆由富含氢的常规燃料(诸如甲醇、汽油、柴油或气化煤)提供动力。
[0003]燃料电池系统包括燃料电池或燃料电池堆，散热器、泵、风扇、加热器、压缩机、中间冷却器和/或其它构件可用于确保在操作之前燃料电池系统在适当的温度下操作。通常需要冷却剂来为燃料电池系统中的电化学反应期间的任何排热提供热沉(或称为冷源，即heat sink)。在操作期间还需要冷却剂将燃料电池系统保持在适当的温度下。
[0004]燃料(诸如氢或碳氢化合物)可通过场流板被导送到燃料电池或燃料电池堆的一侧上的阳极。氧化剂(例如，空气)被导送到燃料电池或燃料电池堆的另一侧上的阴极。空气横跨燃料电池堆循环通过，以确保燃料电池堆在最佳温度下操作。
[0005]压缩机是燃料电池系统中的空气流动系统的组成部分。离开压缩机的空气需要在其可被加湿之前冷却。然而，来自压缩机的一些空气在冷却之前排放到周围环境中。这种空气浪费增加燃料电池系统所需的体积流率或空气。
[0006]因此，存在对于实施防止或最小化空气从压缩机排放到周围环境中的系统和方法的需要。出于这些和其它原因，本公开提供用于通过将来自压缩机的加热空气的流动引导到冷却构件中以用于在燃料电池系统中进一步使用来提高燃料电池系统效率的系统和方法。

技术实现思路

[0007]本公开的实施例被包括以满足这些和其它需要。一方面，本公开包括一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括燃料电池堆和空气供应系统以及中间冷却器。空气供应系统供应第一空气流，第一空气流穿过压缩机，并且作为第二空气流和第三空气流离开压缩机。第二空气流通过第一中间冷却器入口进入中间冷却器并且通过第一中间冷却器出口离开中间冷却器，并且第三空气流通过第二中间冷却器入口进入中间冷却器并且通过第二中间冷却器出口离开中间冷却器。燃料电池堆由离开中间冷却器的第二空气流冷却。
[0008]第一中间冷却器入口的直径可小于第二中间冷却器入口的直径。第一中间冷却器出口的直径可小于第二中间冷却器出口的直径。
[0009]离开压缩机并且进入中间冷却器的第二空气流的温度为约160℃到约180℃。离开中间冷却器的第二空气流的温度为约70℃到约80℃。离开压缩机并且进入中间冷却器的第三空气流的温度为约120℃到约140℃。离开中间冷却器并且进入燃料电池堆的第二空气流
的温度为约70℃到约90℃。
[0010]离开中间冷却器的第三空气流穿过加湿器。将第二空气流穿过中间冷却器而不是将第二空气流排放到环境使空气再循环并且减小空气供应系统上的负载。
[0011]一方面，本公开包括一种燃料电池系统的空气再循环结构，空气再循环结构包括位于空气再循环结构中的第一空气入口、流过第一空气入口的第一空气流、位于空气再循环结构中的直径小于第一空气入口的第二空气入口、流过第二空气入口的第二空气流。第二空气流是来自压缩机的再循环空气。
[0012]第二空气流可用于冷却燃料电池系统中的燃料电池堆。进入空气再循环结构的第二空气流的温度为约120℃到约140℃。离开空气再循环结构的第二空气流的温度为约70℃到约90℃。
[0013]再循环结构可由在空气再循环结构中流过冷却剂入口并且通过冷却剂出口离开的冷却剂冷却。第一空气入口和第二空气入口的横截面可为正方形、矩形、三角形、圆形或椭圆形。
附图说明
[0014]在参照附图阅读以下详细描述时本公开内容的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示在所有附图中相似的部分，其中：
[0015]图1是构造成将热空气从压缩机排放到环境中的燃料电池系统的实施例；
[0016]图2是构造成将来自压缩机的热空气再循环到中间冷却器中的燃料电池系统的实施例；
[0017]图3示出了使来自压缩机的热空气再循环的中间冷却器的前视图；以及
[0018]图4示出了使来自压缩机的热空气再循环的中间冷却器的后视图。
具体实施方式
[0019]本公开涉及提高燃料电池系统的效率和性能的系统和方法。本公开具体针对实施结构和方法以冷却来自燃料电池系统中的压缩机上的出口的空气。本公开还针对可输入和输出两个空气流的中间冷却器的结构或架构。
[0020]由本公开的燃料电池系统100,200提供动力的动力系统500可使用在固定式设备600中或可用于载具700中。由本公开的燃料电池系统100,200提供动力的载具700可为船舶、海上载具或海上船舶、火车、机车、公共汽车、电车或飞机。载具700和/或动力系统500可位于或构造成位于或附接到船舶、海上载具或海上船舶、火车、机车、公共汽车或采矿设备。载具700和/或动力系统500可为使用在铁路上、使用在水路上、使用在公路上、使用在非公路上、使用在高海拔地区中或使用在地下的设备600或装置600。
[0021]图1和2示出了包括燃料电池堆110和/或一个或多个燃料电池10的燃料电池系统100,200的实施例。本系统100,200或方法的燃料电池10和/或燃料电池堆110可包括但不限于磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(也称为聚合物交换膜燃料电池(PEMFC))或固体氧化物燃料电池(SOFC)。在示例性系统100,200中，燃料电池堆110或燃料电池是PEMFC。
[0022]燃料电池系统100,200还可包括空气过滤器130、空气压缩机140、中间冷却器150
和/或加湿器160。在其它实施例中，还可存在与燃料电池堆110串联或并联的一个或多个阀、传感器、压缩机、过滤器、调节器、风机、注入器、喷射器和/或其它装置194。例如，燃料电池系统100,200通常包括背压阀180、旁通阀182、一个或多个截止阀184,186、排放歧管170和/或一个或多个传感器190,192。一个或多个传感器190,192可为压力换能器(或称为传感器，即transducer)、温度传感器、流量换能器和/或湿度传感器190,192。在一些实施例中，燃料电池系统110可包括不同于中间冷却器150的冷却装置156。
[0023]在燃料电池系统100中，来自空气供应部120的空气流20穿过空气过滤器130和压缩机140以形成压缩空气流22和压缩机排放空气流24。空气流20的温度为约20℃到约30℃，包括其中所包含的任何温度和温度范围。在一个实施例中，空气流20的温度为约25℃。空气压缩机140可为离心式空气压缩机、容积式压缩机或动态压缩机。
[0024]压缩机140包括在约130℃的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括：空气供应系统，其供应第一空气流，所述第一空气流穿过压缩机，并且作为第二空气流和第三空气流离开所述压缩机，中间冷却器，其中所述第二空气流通过第一中间冷却器入口进入所述中间冷却器并且通过第一中间冷却器出口离开所述中间冷却器，并且所述第三空气流通过第二中间冷却器入口进入所述中间冷却器并且通过第二中间冷却器出口离开所述中间冷却器，以及燃料电池堆，其由离开所述中间冷却器的所述第二空气流冷却。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述第一中间冷却器入口的直径小于所述第二中间冷却器入口的直径。3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述第一中间冷却器出口的直径小于所述第二中间冷却器出口的直径。4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，离开所述压缩机并且进入所述中间冷却器的所述第二空气流的温度为约160℃到约180℃。5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，离开所述中间冷却器的所述第二空气流的温度为约70℃到约80℃。6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，离开所述压缩机并且进入所述中间冷却器的所述第三空气流的温度为约120℃到约140℃。7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，离开所述中间冷却器并且进入所述燃料电池堆的所述第二空气流的温度为约70℃到约90℃。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：任超飞，
申请(专利权)人：卡明斯公司，
类型：新型
国别省市：