[实用新型]一种用于氢燃料电池的压缩空气系统

说明书

本实用新型公开了一种用于氢燃料电池的压缩空气系统，包括空滤、一级压缩机、第一电机、一级压缩机出气管、二级压缩机、第二电机、第一阀门、二级压缩机进气管、二级压缩机出气管、中冷器、增湿器、氢气管、阴极、燃料电池堆、阳极、排气管、除湿器、第一膨胀机进气管、第二阀门、第一膨胀机出气管、第一膨胀机、第二膨胀机进气管、第二膨胀机出气管和第二膨胀机；第一电机的输出轴一头连接一级压缩机的压轮，另一头连接第二膨胀机的涡轮；第二电机的输出轴一头连接二级压缩机的压轮，另一头连接第一膨胀机的涡轮；两级串联压缩，第一膨胀机和第二膨胀机配合做功。本实用新型装置有更高的流量和压比，有更多的能量回收。

技术领域

本实用新型涉及压缩空气系统领域，尤其涉及一种用于氢燃料电池的压缩空气系统。

背景技术

质子交换膜式的燃料电池系统是一种高效清洁的新能源动力系统，将压缩空气送入燃料电池阴极，压缩空气中的氧气与阳极的氢气进行电化学反应，生成的产物是电和水，还有部分热量随着多余的空气排放到大气中，除此外没有其他对环境有污染的产物，因此，氢燃料电池动力系统得到大力开发推广。

燃料电池专用的压缩空气系统是氢燃料电池动力系统里面非常重要的一个部件，其作用是为燃料电池的阴极提供一定压力和一定流量的压缩空气，满足燃料电池化学反应对于空气中氧气的需求。目前市场上燃料电池空压机多为单级压缩机和两级压缩机。单级压缩即一个电机驱动一个压轮，两级压缩就是一个电机驱动两个压轮，一个是低压级，另一个是高压级，高压级和低压级是串联的，空气经过低压级压缩后再进入高压级进行第二次压缩，所以两级压缩机比单级压缩机获得的空气压力和流量要高，可适用的燃料电池功率范围会更大一点，目前单级压缩多用于小功率燃料电池堆，两级压缩多用于中高功率燃料电池堆。

进入燃料电池的压缩空气仅有一部分氧气参与反应，其余压缩空气会被排出到大气中，被燃料电池排出的压缩空气仍然有很高的压力，所以这部分高压空气直接排放到大气中的话，高压气体所携带的能量也就被浪费掉了。

为了回收利用燃料电池高压废气中的能量，目前已经出现了带有涡轮膨胀机的空气压缩机，即涡轮膨胀机回收废气能量，辅助电机驱动压缩机，这样可以降低电机的耗能。不过涡轮膨胀机占用了原先两级压缩机中的一个位置，所以带有涡轮膨胀机的空压机受限于轴承的稳定性，只能采用单级压缩机。由于目前绝大多数高速电机的转速上限只能达到12万转，所以带有涡轮膨胀机的单级压缩机方案能够覆盖功率范围还是会受到限制，不适用于大功率燃料电池堆。

目前燃料电池应用的范围还主要集中在轻型商用车领域，比如公交车、物流车、货车等。而对于重型商用车，比如重型卡车、渣土车、重型机械等需求的电堆功率比轻型商用车要大很多，如果要将燃料电池用于重型商用车，则其配套的压缩空气的压力、流量要大很多。目前已有的单级压缩机、两级压缩机、带有膨胀机的单级压缩机均不能满足要求。如果继续提高电机功率和压气机尺寸以满足电堆要求的话会有弊端，比如无法兼顾低负荷和高负荷工况、电机功率过大，喘振余量不足等技术问题，而且成本也比较高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的用于氢燃料电池的压缩空气系统，解决耗能大和燃料电池功率小的问题。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是增大压缩空气的流量和压力，利用排气降低能耗。