[实用新型]燃料电池系统的空气供应及能量回收装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池系统的空气供应及能量回收装置。

背景技术

  随着石油、煤炭资源的过度开采，地下资源的储藏量日渐枯竭，世界范围内的能源危机日益严重，多年来，各个国家均致力于寻找既有较高能源利用效率又不污染环境的能源利用方式，而燃料电池作为一种比较理想的发电技术应运而生。

燃料电池作为一种新型能源，其原理是将燃料中的化学能直接转化为电能，而传统的火力发电过程则为燃料经燃烧将其化学能转变为热能，再由原动机将热能转变为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能。燃料电池相比传统的火力发电，避免了中间环节能量转换造成的损失，达到很高的发电效率，同时，燃料不直接燃烧从而大幅度地降低了废气污染物的排出量，降低了对环境的污染程度。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是燃料电池中的一种，其利用氢气作为燃料，氧气作为氧化剂，根据电化学原理将氢氧燃料电池技术（2H₂+O₂→2H₂O+电能）转化为生产力。然而现有技术中，转子的转速往往不高，空气压力提升不高，单位时间在质子交换膜上的反应量不大，发电量不足，即使采用高速电机驱动，还需采用变频器调节，增加了成本，这些均导致燃料电池的市场价格较为昂贵，燃料电池技术普及度较低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池系统的空气供应及能量回收装置，以提高燃料电池生产过程中热量的转化和利用效率。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种燃料电池系统的空气供应及能量回收装置，所述燃料电池系统包括电池反应堆，包括离心压缩机、向心透平膨胀机以及高速电机，所述离心压缩机、所述向心透平膨胀机分别安装在所述高速电机的输出轴的两端，且所述离心压缩机、所述向心透平膨胀机与所述输出轴同轴连接，所述离心压缩机的出气口通过管路与所述电池反应堆的进气口相连通，所述电池反应堆的出气口通过管路与所述向心透平膨胀机的进气口相连通，所述向心透平膨胀机上具有可旋转的叶轮，所述向心透平膨胀机上还设有可调喷嘴装置，所述可调喷嘴装置包括多个喷嘴，每个所述喷嘴的进气口与所述向心透平膨胀机的进气口相连通，每个所述喷嘴的出气口对准所述叶轮上的叶片。

优选地，所述可调喷嘴装置还包括固定设置在所述向心透平膨胀机上的固定环、与所述固定环同轴设置且可旋转的转动环，多个所述喷嘴均布在所述固定环、所述转动环的周向上，每个所述喷嘴的一端通过销轴转动地连接在所述固定环上，所述喷嘴的另一端上开设有滑槽，所述转动环上设有转动轴，所述转动轴可滑移地穿设在所述滑槽中。

进一步优选地，所述固定环、所述转动环的轴心线与所述输出轴的轴心线沿同一直线方向分布。

进一步优选地，每个所述喷嘴呈机翼型。

优选地，所述离心压缩机为单级高速离心压缩机。

优选地，所述向心透平膨胀机的所述叶轮为半开式叶轮和闭式叶轮中的一种。

优选地，所述高速电机上所述输出轴上设有磁悬浮轴承。

优选地，所述燃料电池系统还包括储存有压缩氢气的氢气罐，所述氢气罐的内腔通过管路与所述电池反应堆的进气口相连通。

优选地，所述叶轮为钛合金整体式叶轮。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的燃料电池系统的空气供应及能量回收装置，该装置上离心压缩机、向心透平膨胀机分别安装在高速电机的输出轴两端，且离心压缩机、向心透平膨胀机与输出轴同轴连接，其中通过在向心透平膨胀机上设置可调喷嘴装置，使得电池反应堆反应后具有一定能量的气体通过可调喷嘴装置上的喷嘴喷至叶轮的叶片上而驱动叶轮旋转，叶轮旋转进而驱动输出轴旋转而驱动高速电机工作，节省了高速电机的电能消耗，使反应后气体中的能量得到充分的回收利用，提高了燃料电池系统中空气供应的效率和能量回收利用的效率，大幅地节约了生产成本。

附图说明

附图1为本实用新型中燃料电池系统的工作原理图；

附图2为本实用新型的空气供应及能量回收装置的结构示意图；