一种燃料电池发动机空气子系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池发动机空气子系统，包括电堆、空气滤清器、空压机、中冷器、膜增湿器、气液分离器，空压机包括压轮和涡轮；空气滤清器、空压机压轮、中冷器依次连接，中冷器的空气侧输出端分别连接膜增湿器干侧的输入口和空压机的气冷入口，空压机的气冷出口与空压机涡轮连接，膜增湿器干侧输出口连接电堆的阴极入口，电堆的阴极出口连接膜增湿器的湿侧输入口，膜增湿器的湿侧输出口通过气液分离器连接空压机涡轮。本实用新型专利技术具有燃料电池阴极尾排气体和用于空压机冷却气体势能回收利用设计，同时通过控制三通阀调节进入膜增湿器的气体流量，调节气体压力损失，降低空压机功耗以及增加阴极尾排气体能量回收效率，提高燃料电池系统整体效率。高燃料电池系统整体效率。高燃料电池系统整体效率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池发动机空气子系统


[0001]本专利涉及氢燃料电池动力能源
，特别涉及一种燃料电池发动机空气子系统。

技术介绍

[0002]随着环境问题日益突出以及世界各国环保意识增强，氢能作为一种清洁无污染的可再生绿色能源受到了世界各国的广泛关注。氢燃料电池作为一种使用氢能的能量转换装置，可以直接将氢气中的化学能转换为电能，具有能量转换效率高、无污染等优点。目前，氢燃料电池受到了世界主要国家的大力发展和推广，如中国、美国、日本、韩国、欧洲等。氢燃料电池发动机系统是在燃料电池电堆的基础上集成电堆高效稳定工作所需的所有零部件而成的。在燃料电池发动机系统中空气子系统是其重要组成部分，负责具有一定温度、压力、流量和湿度的空气的供应以及尾排气体和产物水的处理。燃料电池发动机在正常工作时，空气子系统中的空压机具有较高的功耗，严重影响着燃料电池发动机的输出功率和效率，而系统阴极尾排气体和用于空压机冷却的气体具有较高的温度、压力和流量，含有较多的可回收能量，直接将尾气排放到大气中不进行能量回收将造成大量的能量损失，不利于燃料电池发动机的发展和推广。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于提供一种燃料电池发动机空气子系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0005]一种燃料电池发动机空气子系统，所述燃料电池发动机包括电堆，所述空气子系统包括空气滤清器、空压机、中冷器、膜增湿器、气液分离器和连接管路，所述空压机包括同轴连接的空压机压轮和空压机涡轮；所述空气滤清器、空压机压轮、中冷器依次连接，所述中冷器的空气侧输出端分别连接膜增湿器干侧的输入口和空压机的气冷入口，空压机的气冷出口与空压机涡轮连接，所述膜增湿器的干侧输出口连接电堆的阴极入口，所述电堆的阴极出口连接膜增湿器的湿侧输入口，所述膜增湿器的湿侧输出口通过气液分离器连接空压机涡轮。
[0006]作为本技术进一步的方案：所述空气滤清器与空压机压轮之间依次连接有气体流量计和温压一体传感器TP1。
[0007]作为本技术进一步的方案：所述膜增湿器干侧的输入口处连接有第一三通阀，所述电堆阴极出口处连接有第二三通阀，所述中冷器的空气侧输出端通过第一三通阀连接膜增湿器干侧的输入口。
[0008]作为本技术进一步的方案：所述第一三通阀的第一接头与中冷器的空气侧输出端连接，第一三通阀的第二接头与膜增湿器干侧的输入口连接；所述电堆的阴极入口处连接有温压一体传感器TP2，所述膜增湿器干侧的输出口通过温压一体传感器TP2与电堆的
阴极入口连接，所述第一三通阀的第三接头通过温压一体传感器TP2与电堆的阴极入口连接；
[0009]所述第二三通阀的第一接头与电堆的阴极出口连接，第二三通阀的第二接头与膜增湿器湿侧的输入口连接，第二三通阀的第三接头与气液分离器的输入口连接，所述膜增湿器湿侧的输出口与气液分离器的输入口连接，所述气液分离器的排气口与空压机涡轮连接。
[0010]作为本技术进一步的方案，所述气液分离器与空压机涡轮之间连接有节气门，所述空压机涡轮排气管路上连接有消声器，所述气液分离器的排气口依次连接节气门、空压机涡轮和消声器，所述气液分离器的排水口连接有排水阀，所述排水阀与消声器连接。
[0011]作为本技术进一步的方案：所述燃料电池发动机包括主控制器，所述第一三通阀和第二三通阀包括阀芯、电动装置，所述阀芯位于第一接头、第二接头和第三接头的交汇处，所述电动装置与阀芯电连接。
[0012]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0013]本技术通过采用将燃料电池电堆排出的阴极尾排气体通入到空压机涡轮中以及中冷器冷却后的部分气体在给空压机降温后经连接管路进入到空压机涡轮中，可以高效回收燃料电池阴极尾排气体和空压机冷却管路气体中的能量，更大程度降低空压机功耗，提升燃料电池系统整体发电功率和效率；
[0014]通过调节三通阀的阀芯角度，进而控制进入膜增湿器干侧和湿侧的气体流量，调节气体压力损失，实现降低空压机功耗以及增加尾排气体能量回收效率的目的，最大程度提高燃料电池系统整体功率和效率；
[0015]同时具有空气变增湿功能，能够有效降低较大功率运行时燃料电池电堆水淹风险、空压机功耗，提高系统可靠性和安全性，以及能够更大程度回收尾排气体中能量；具有尾排气体能量回收时气液的分离设计，可有效降低尾排气体中含水量，避免空压机涡轮叶片被液态水冲击腐蚀，从而避免空压机失效，大大提高系统可靠性和安全性；具有排水阀的设计以及高效排水功能，可避免尾排气体流量和压力损失，进一步提高尾排气体利用率。
附图说明
[0016]图1为本技术燃料电池发动机空气子系统原理示意图；
[0017]图2为本技术燃料电池发动机空气子系统控制方法流程图。
[0018]图中：1
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空气滤清器、2
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气体流量计、3
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空压机、31
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空压机压轮、32
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空压机涡轮、4
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中冷器、5
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第一三通阀、6
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膜增湿器、7
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电堆、8
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第二三通阀、9
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气液分离器、10
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节气门、11
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排水阀、12
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消声器。
具体实施方式
[0019]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0020]请参阅图1，本技术实施例中，一种燃料电池发动机空气子系统，所述燃料电
池发动机包括电堆7，所述空气子系统包括空气滤清器1、空压机3、中冷器4、膜增湿器6、气液分离器9和连接管路，所述空压机3包括同轴连接的空压机压轮31和空压机涡轮32；所述空气滤清器1、空压机压轮31、中冷器4依次连接，所述中冷器4的空气侧输出口分别连接膜增湿器6干侧的输入口和空压机3的气冷入口，空压机3的气冷出口与空压机涡轮32连接，所述膜增湿器6的干侧输出口连接电堆7的阴极入口，所述电堆7的阴极出口连接膜增湿器6的湿侧输入口，所述膜增湿器6的湿侧输出口通过气液分离器9连接空压机涡轮32。所述燃料电池尾排气体势能回收利用设计，是通过将从燃料电池电堆7排出的阴极尾排气体通入到空压机涡轮32中；所述用于空压机3冷却的气体势能回收利用设计，是通过中冷器4冷却后的部分气体流经空压机3的空冷管路后从空压机3的气冷入口进入到空压机3本体中，在给空压机3本体降温后从空压机3的气冷出口流出，经过连接管路进入到空压机涡轮32中；进入空压机涡轮32的燃料电池电堆阴极尾排气体和用于空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池发动机空气子系统，所述燃料电池发动机包括电堆(7)，所述空气子系统包括空气滤清器(1)、空压机(3)、中冷器(4)、膜增湿器(6)、气液分离器(9)和连接管路，其特征在于，所述空压机(3)包括同轴连接的空压机压轮(31)和空压机涡轮(32)；所述空气滤清器(1)、空压机压轮(31)、中冷器(4)依次连接，所述中冷器(4)的空气侧输出端分别连接膜增湿器(6)干侧的输入口和空压机(3)的气冷入口，空压机(3)的气冷出口与空压机涡轮(32)连接，所述膜增湿器(6)的干侧输出口连接电堆(7)的阴极入口，所述电堆(7)的阴极出口连接膜增湿器(6)的湿侧输入口，所述膜增湿器(6)的湿侧输出口通过气液分离器(9)连接空压机涡轮(32)。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机空气子系统，其特征在于，所述空气滤清器(1)与空压机压轮(31)之间依次连接有气体流量计(2)和温压一体传感器TP1。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机空气子系统，其特征在于，所述膜增湿器(6)干侧的输入口处连接有第一三通阀(5)，所述电堆(7)阴极出口处连接有第二三通阀(8)，所述中冷器(4)的空气侧输出端通过第一三通阀(5)连接膜增湿器(6)干侧的输入口。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池发动机空气子系统，其特征在于，所述第一三通阀(5)的第一接头与中冷器(4)的空气侧输出端连接，第一三通阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿杨，张国卿，李超明，孙震东，王健，桂旺胜，
申请(专利权)人：安徽理安极科技有限公司，
类型：新型
国别省市：