CN212209662U - 一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，包括空压机组，空压机组采用两台或多台并联设置的空压机，发动机运行时，空气通过空气滤清器、进气节气门、进气声学消音组件、进气二合一管路组件到达空压机进气口，经加压后依次通过增压后消音器、二合一管路、中冷器和增湿器进入燃料电池堆部件参与反应，反应后的尾气经过尾排节气门、空气旁路进气阀组件和排气组件后排出。本申请的进气装置，采用辅助部件串联组合进气，核心部件并联提高进气能力的匹配方式，使得大功率发动机***空气供给问题得到改善和解决，在进气流量、压比等关键性能参数上满足大功率燃料电池的需求。同时也提高了***的可靠性和耐久性，节约了成本。

Description

一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池结构应用领域，具体涉及一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置。

背景技术

氢燃料电池的研发技术备受社会关注，氢气能源也被称为是“二十一世纪的终极能源”。氢气和氧气通过电堆将燃料的化学能直接转化为电能，产生的电能用于驱动交通工具和社会各个方面的应用。大功率燃料电池目前受到社会各界的关注，主要应用于重型卡车和船用等对功率需求较大的场景。作为燃料电池的空气供应***就显得额外重要。随着新能源技术的不断发展和壮大，目前空压机的应用也越来越趋向成熟化，单机技术不断革新，国内外品牌也比较丰富。为氢燃料电池核心零部件的发展奠定了坚实的基础。

目前市场上常用的空压机主要分为：螺杆式、罗茨式、离心式三大类。但是空压机的核心参数如流量、压比、功耗等目前适应范围有限，很难满足大功率燃料电池发动机对流量和压比的需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，彻底解决了现有技术中空压机难满足大功率燃料电池发动机对空气流量等核心参数需求的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，包括空压机进气主路循环部件、燃料电池堆部件；

所述空压机进气主路循环部件包括进气组件、进气节气门、空压机组、中冷器、增湿器、尾排节气门及排气组件，所述空压机组包括两台或多台空压机，并联设置，空压机组的进气口通过进气节气门连接进气组件，出气口依次连接中冷器、增湿器、燃料电池堆部件、尾排节气门和排气组件，每台空压机的进气口处均安装有流量计，出气口处均安装有增压后消音器。

作为上述方案的优选，所述进气组件包括空气进气道、空气滤清器、进气声学消音组件，所述空气滤清器的进气口与空气进气道连通，出气口依次与进气节气门和进气声学消音组件连通后连接两个或多个分支管路，每个分支管路分别与一台空压机的进气口连通。

作为上述方案的优选，所述排气组件包括空气尾排、尾排消音器，所述空气尾排通过增湿器与燃料电池堆部件的尾气出口连通，空气尾排与增湿器之间设置有尾排节气门，空气尾排与尾排节气门之间设置有尾排消音器。

作为上述方案的优选，还包括空气旁路阀，所述空气旁路阀的进口连接在空压机组出气口与中冷器进气口的连接管路上，出口连接在尾排节气门与尾排消音器的连接管路上。

作为上述方案的优选，还包括空压机控制器，每台空压机分别连接有一个空压机控制器。

作为上述方案的优选，还包括空压机辅路循环部件，所述空压机辅路循环部件包括离心式冷却水泵、散热器、回水水箱，所述回水水箱的进水口与中冷器连接，出水口通过离心式冷却水泵与散热器连接，散热器的出水口分别与空压机控制器和中冷器连接，空压机控制器中的冷却水经空压机后流回至回水水箱。

由于具有上述结构，本实用新型的有益效果在于：

1、本申请的大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，使得大功率发动机***空气供给问题得到改善和解决，在进气流量、压比等关键性能参数上满足大功率燃料电池的需求；

2、本申请的大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，采用辅助部件(汇总进气、汇总排气)串联组合进气，核心部件(空压机组)并联提高进气能力的匹配方式，在满足应用需求的同时，也提高了***的可靠性和耐久性，在成本上有很大的节约和改善，真正解决了大功率氢燃料电池发动机的供气不足的致命缺点，填补了行业发展的技术空白。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1所示，本实施例提供一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，包括空压机进气主路循环部件1、空压机辅路循环部件2、燃料电池堆部件3；

所述空压机进气主路循环部件1包括进气组件、进气节气门13、空压机组、中冷器17、增湿器18、尾排节气门20及排气组件，所述空压机组包括两台或多台空压机16，并联设置，空压机组的进气口通过进气节气门13连接进气组件，出气口依次连接中冷器17、增湿器18、燃料电池堆部件3、尾排节气门20和排气组件，每台空压机的进气口处均安装有流量计15，出气口处均安装有增压后消音器19。

在本实施例中，所述进气组件包括空气进气道11、空气滤清器12、进气声学消音组件14，所述空气滤清器12的进气口与空气进气道11连通，出气口依次与进气节气门13和进气声学消音组件14连通后连接两个或多个分支管路，每个分支管路分别与一台空压机16的进气口连通。进气节气门13的设置，更好的控制进气气量和进气的干湿程度。

在本实施例中，所述排气组件包括空气尾排22、尾排消音器21，所述空气尾排22通过增湿器18与燃料电池堆部件3的尾气出口连通，空气尾排22与增湿器18之间设置有尾排节气门20，空气尾排22与尾排节气门20之间设置有尾排消音器21。

在本实施例中，还包括空气旁路阀23，所述空气旁路阀23的进口连接在空压机组出气口与中冷器17进气口的连接管路上，出口连接在尾排节气门20与尾排消音器21的连接管路上。通过控制空气旁路阀23的流量，能够控制进入***的空气量。

在本实施例中，还包括空压机控制器24，每台空压机16分别连接有一个空压机控制器24。

所述空压机辅路循环部件2包括离心式冷却水泵201、散热器202、回水水箱203，所述回水水箱203的进水口与中冷器17连接，出水口通过离心式冷却水泵201与散热器202连接，散热器202的出水口分别与空压机控制器24和中冷器17连接，空压机控制器24中的冷却水经空压机16后流回回水水箱203。

本实施例的进气装置，通过合理配合空压机***关键部件的资源，进行分析和总结，采用“总-分-总”的形式设计空气进气装置部件。空气由空气进气道11接入，经过空气滤清器12进行物理颗粒和硫化物及氮化物的过滤，通过进气节气门13及进气声学消音组件14后，分成两个或多个支路进入到空压机16进气口，经过空压机16增压后的空气***经过增压后消音器19进行降噪处理后，经二合一管路(或多合一管路)进入中冷器17进行热交换，以满足进入增湿器18的条件，经过增湿后的空气满足电堆阴极对空气的要求，即可进入电堆参与反应，产生电能。反应之后的尾气经过尾排节气门20、空气旁路阀23和尾排消音器21和空气尾排22之后排放到大气中。通过实际性能的测试和验证，在大功率燃料电池***开发方面，提供了有利的支持。同时在新型燃料电池发动机***应用方式和多路阀件控制方式上取得突破性成果，为空气进气方式的创新和控制稳定性奠定坚实基础。

为了改善空压机进气不足的状态，本实施例采用并联空压机的方式，能够提高进气流量，来满足***对空气流量的要求；为了节省空间和物料成本，在进气端和气源端采用汇总进气和汇总排气的方式，进行空压机的功能开发和利用。通过合理分析和计算相关部件的参数，匹配外部辅助部件，与完全并联进气的空压机相比在成本上优势明显。在空压机整机运行过程中，为了使空压机和附件能够在满足条件下运行，本实施例设计空压机辅路循环部件，通过采用多路水循环并联供应的方式，进行整个***的循环和冷却，为了提高增压后的高温空气能够满足进堆允许范围的温度，本实施例采用大功率空水中冷器17，通过控制空水中冷器17的冷却水流量，改善进入电堆的空气温度，使反应温度满足电堆需求。实际运行过程中，双并联空压机转速相同进气量增加两倍，大大减少由于空压机16的能力不足导致燃料电池发动机工作欠气的现象。在深入的发动机***性能和寿命测试过程中通过分析测试数据，电堆关机后氢气腔留有剩余未反应氢气，该部分气体会与空气腔中的氧气进行反应放电，该部分电位较高，严重降低膜电极的寿命和耐久性，因此本实施例通过进、排气节气门和旁通阀同时关闭状态，实现空气腔与外界“切断”，致使电堆内部形成较少“耗氧放电”电能，进而减少高电位对膜电极寿命的影响。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，其特征在于：包括空压机进气主路循环部件、燃料电池堆部件；

所述空压机进气主路循环部件包括进气组件、进气节气门、空压机组、中冷器、增湿器、尾排节气门及排气组件，所述空压机组包括两台或多台空压机，并联设置，空压机组的进气口通过进气节气门连接进气组件，出气口依次连接中冷器、增湿器、燃料电池堆部件、尾排节气门和排气组件，每台空压机的进气口处均安装有流量计，出气口处均安装有增压后消音器。

2.根据权利要求1所述的大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，其特征在于：所述进气组件包括空气进气道、空气滤清器、进气声学消音组件，所述空气滤清器的进气口与空气进气道连通，出气口依次与进气节气门和进气声学消音组件连通后连接两个或多个分支管路，每个分支管路分别与一台空压机的进气口连通。

3.根据权利要求1所述的大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，其特征在于：所述排气组件包括空气尾排、尾排消音器，所述空气尾排通过增湿器与燃料电池堆部件的尾气出口连通，空气尾排与增湿器之间设置有尾排节气门，空气尾排与尾排节气门之间设置有尾排消音器。

4.根据权利要求3所述的大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，其特征在于：还包括空气旁路阀，所述空气旁路阀的进口连接在空压机组出气口与中冷器进气口的连接管路上，出口连接在尾排节气门与尾排消音器的连接管路上。

5.根据权利要求1所述的大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，其特征在于：还包括空压机控制器，每台空压机分别连接有一个空压机控制器。

6.根据权利要求1所述的大功率氢燃料电池发动机空气双并联进气装置，其特征在于：还包括空压机辅路循环部件，所述空压机辅路循环部件包括离心式冷却水泵、散热器、回水水箱，所述回水水箱的进水口与中冷器连接，出水口通过离心式冷却水泵与散热器连接，散热器的出水口分别与空压机控制器和中冷器连接，空压机控制器中的冷却水经空压机后流回至回水水箱。

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