[发明专利]一种空气控制装置及车载燃料电池发动机系统

说明书

本发明提供了一种空气控制装置及车载燃料电池发动机系统，属于燃料电池发动机领域，解决了现有燃料电池发动机能量回收利用率低，且低温下分水件和膨胀机容易出现结冰的问题。该装置包括空压机、三通阀、分水件和控制器。空压机进一步包括电机、压轮、涡轮；压轮、涡轮均采用密封结构，并分别设置进气口、排气口。空压机启动后，电机驱动压轮转动，使通过压轮的空气增压；涡轮侧进气口输入的气体带动涡轮转动，为电机提供除控制器外的驱动力；电堆的空气进气口通过主路与空压机的压轮侧排气口连接，出气口经分水件的排气端与空压机的涡轮侧进气口连接；旁通路接空压机的涡轮侧进气口。实现了防喘振，提高了能量利用率，防分水件、膨胀机低温结冰。

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机领域，尤其涉及一种空气控制装置及车载燃料电池发动机系统。

背景技术

燃料电池发动机，是一种通过氢气和氧气发生化学反应，将化学能转化为电能的装置。氧气通过空压机压缩后再进入电堆内部，未反应完的气体通过向下倾斜的尾排管路排出。

但是，燃料电池发动机的向下倾斜的尾排管路中的气体具有一定的动能和热能，如直接排出会造成一定的能量浪费。可对尾排中的气体能量进行一定的利用，如利用余热给整车进行加温，采用膨胀机进行能量回收等。

现有技术在通过膨胀机进行能量回收时，是将尾排中的水、气进行分离，气体进入膨胀机后再排出。但进入膨胀机的气体中仍含有一定的水汽和液态水，当在低温下运行时，膨胀机可能会出现结冰问题，以及分水件的排水口也可能会出现结冰问题。

现有技术缺乏一种有效低解决燃料电池发动机能量回收利用低，且低温下分水件和膨胀机容易出现结冰问题的装置。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种空气控制装置及车载燃料电池发动机系统，用以解决现有燃料电池发动机能量回收利用率低，且低温下分水件和膨胀机容易出现结冰的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种空气控制装置，包括空压机、三通阀、分水件和控制器；其中，

空压机进一步包括电机，以及分别设置于电机两侧的压轮、涡轮；所述压轮、涡轮均采用密封结构，并分别设置进气口、排气口；空压机启动后，电机驱动压轮转动，使得通过压轮的空气增压；涡轮侧进气口输入的气体带动涡轮转动，为电机提供除控制器外的驱动力；

电堆的空气进气口通过三通阀的主路出口与空压机的压轮侧排气口连接，出气口经分水件的排气端与空压机的涡轮侧进气口连接；三通阀的旁通出口也与空压机的涡轮侧进气口连接；控制器的输出端分别与电机、三通阀的控制端连接。

上述技术方案的有益效果如下：解决了燃料电池发动机能量回收利用率低的问题，以及现有燃料电池发动机在低温下使用时分水件和膨胀机容易出现结冰的问题，并具有防喘振效果。具体地，空压机出口的气体温度较高，当燃料电池发动机在运行时，为避免运行时空压机出现喘振，可通过三通阀将空压机出口的部分气体通过旁通的方式排出，如直接排出至向下倾斜的尾排管路路中会造成该部分气体能量的浪费，将该部分气体出口连接至空压机涡轮端入口，提高了该部分气体能量的利用率。此外，当燃料电池发动机关机时可对空压机上的涡轮端及分水件的排水口进行吹扫，避免有液态水的残留，避免出现结冰现象，如出现结冰，仍可用空压机出口高温的气体进行化冰操作。

基于上述装置的进一步改进，该空气控制装置还包括设置于空压机前端的空气过滤器；

空气过滤器的出气口与空压机的压轮侧进气口连接。

上述进一步改进方案的有益效果是：增加了空气过滤器，可以过滤空气中的杂质，有效提高空压机的使用寿命以及整个空气控制装置甚至燃料电池发动机系统的使用寿命。

进一步，该空气控制装置还包括中冷器；

所述中冷器设置于三通阀的主路出口、电堆的空气进气口之间。

上述进一步改进方案的有益效果是：增加了中冷器后，可以控制入堆空气的温度，提高电堆的效率以及使用寿命。