CN111883801A - 一种燃料电池空气*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池空气***，其包括空气滤清器、空气压缩机、加湿器、选择阀及节气门，其中：所述空气滤清器的输出端经管道连接所述空气压缩机的输入口，所述空气压缩机的输出口经管道连接所述加湿器的第一输入口；所述述加湿器的第一输出口经管道连接所述选择阀的输入口，所述选择阀的第一输出口经管道连接所述电堆的输入口，所述电堆的输出口经管道连接所述节气门的第一输入口，所述节气门的第二输入口经管道连接所述选择阀的第二输出口，所述节气门的输出口连接所述加湿器的第二输入口。通过空气压缩机、选择阀及节气门的配合，本发明能够同时满足电堆对空气流量和压力的需求。

Description

一种燃料电池空气***
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池空气***。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。由于在整个过程中不涉及到燃烧过程，除了生成水和放出热量外，不再生成其他污染物，而且燃料电池直接将化学能转化为电能。因此，燃料电池具有无污染，高效率的优势，相对其他动力具有更广阔的前景。
目前车用氢燃料电池氧化剂采用空气，空气经过空滤的过滤，去除掉空气中污染电堆的成分，经过空压机压缩，提高空气的压力，再进入中冷器进行冷却，使其温度达到适合电堆工作的温度，然后经过冷却后的空气进入加湿器进行加湿，将加湿后的空气通入电堆阴极进行反应，反应后的气体从电堆阴极排出进入大气。如何精确控制进入电堆空气的流量和压力是整个空气***控制的难点和关键点，因为流量和压力的控制影响着整个电堆的效率和寿命。
现有的燃料电池空气***，进入燃料电池的空气流量和压力均采用空压机和节气门的组合进行控制：通过调节空压机转速来调节空气压力，再通过节气门阀门开启角度来控制进入空压机的流量和压力。主要的缺点是当空压机转速提高时，空气压力提高，虽然通过关小节气门角度可以减小空气流量，但进入电堆的空气压力升高，现有的设计方案不能同时满足电堆对空气流量和压力的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池空气***，其具体技术方案如下：
一种燃料电池空气***，其包括空气滤清器、空气压缩机、加湿器、选择阀及节气门，其中：
所述空气滤清器的输出端经管道连接所述空气压缩机的输入口，所述空气压缩机的输出口经管道连接所述加湿器的第一输入口；
所述述加湿器的第一输出口经管道连接所述选择阀的输入口，所述选择阀的第一输出口经管道连接所述电堆的输入口，所述电堆的输出口经管道连接所述节气门的第一输入口，所述节气门的第二输入口经管道连接所述选择阀的第二输出口，所述节气门的输出口连接所述加湿器的第二输入口。
在一些实施例中，其还包括中冷器，所述中冷器设置在所述空气压缩机和所述加湿器之间的管道上。
在一些实施例中，其还包括空气排气装置，所述空气排气装置的输入口经管道连接所述加湿器的第二输出口。
通过空气压缩机、选择阀及节气门的配合，本发明能够同时满足电堆对空气流量和压力的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要实用的附图作简单地介绍、显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1为本发明的燃料电池空气***的结构示意图；
图1中包括空气滤清器1、空气压缩机2、中冷器3、加湿器4、选择阀5、电堆6、节气门7。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点、能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如1所示，本发明的燃料电池空气***包括空气滤清器1、空气压缩机2、加湿器4、选择阀5及节气门7。其中：空气滤清器1的输出端经管道连接空气压缩机2的输入口，空气压缩机2的输出口经管道连接加湿器4的第一输入口。加湿器4的第一输出口经管道连接选择阀5的输入口，选择阀5的第一输出口经管道所述电堆6的输入口，电堆6的输出口经管道连接节气门7的第一输入口，节气门7的第二输入口经管道连接选择阀5的第二输出口，节气门7的输出口连接加湿器4的第二输入口。
空气依次流过空气滤清器1、空气压缩机2、加湿器4及选择阀5后进入至电堆6中，从而实现对电堆6的空气供应。完成还原反应后，电堆6内的空气依次流过节气门7、加湿器4后排出。
其中：空气滤清器1能够滤去空气中的粉尘等成分，从而防止电堆6被污染。空气压缩机2能够实现对空气的压缩，从而控制进入至电堆6中的空气的压力。加湿器4则能增加空气的湿度。选择阀5则能实现对空气的分流，从而控制进入至电堆6中的空气的流量。
本发明的燃料电池空气***的工作原理如下：
电堆6刚启动时，电堆6对空气的流量和压力要求较低，为了避免空气压缩机工作在喘振区发生喘振，传统的设计方法是选择性能更优的空气压缩机，这样造成空气压缩机成本很高。而本发明通过调整空气压缩机2转速从而增大空气的流量，通过选择阀5将部分空气经调节选择阀5的第二输出口旁通至节气门7，达到电堆6所需空气流量及压力。如此，即能满足电堆6所需空气流量及空气压力，还可以使空气压缩机2避开喘振区域，提高空压机使用寿命。
电堆6工作在高功率段时，电堆6对空气的流量和压力要求增加。此时，通过提高空气压缩机2的转速可以增大空气流量和空气压力。由于电堆要求空气压力必须恒定在特定的值，如果空气压力过高则存在空气由于压力差进入氢气侧的风险，引发安全事故。通过提高空气压缩机2转速增大空气流量和压力后，再通过调节节气门7的开度满足电堆内空气压力要求，之后通过调节选择阀5的开度将多余的空气量旁通至节气门7内而不进入电堆6，就可以同时满足电堆6对空气流量和压力的要求，提高电堆6的效率和使用寿命。
可选的，本发明的燃料电池空气***还包括中冷器3，中冷器3设置在空气压缩机2和加湿器4之间的管道上。通过设置中冷器3，能够实现对空气的冷却，从而实现对电堆6的散热、冷却。
可选的，本发明的燃料电池空气***还包括空气排气装置8，空气排气装置8的输入口经管道连接加湿器4的第二输出口。
上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims (3)

1.一种燃料电池空气***，其特征在于，其包括空气滤清器、空气压缩机、加湿器、选择阀及节气门，其中：
所述空气滤清器的输出端经管道连接所述空气压缩机的输入口，所述空气压缩机的输出口经管道连接所述加湿器的第一输入口；
所述述加湿器的第一输出口经管道连接所述选择阀的输入口，所述选择阀的第一输出口经管道连接所述电堆的输入口，所述电堆的输出口经管道连接所述节气门的第一输入口，所述节气门的第二输入口经管道连接所述选择阀的第二输出口，所述节气门的输出口连接所述加湿器的第二输入口。
2.如权利要求1所述的燃料电池空气***，其特征在于，其还包括中冷器，所述中冷器设置在所述空气压缩机和所述加湿器之间的管道上。
3.如权利要求1所述的燃料电池空气***，其特征在于，其还包括空气排气装置，所述空气排气装置的输入口经管道连接所述加湿器的第二输出口。
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