[发明专利]一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统

说明书

本发明公开了一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统，涉及燃料电池领域，其特征在于，包括燃气涡轮增压器、燃料电池反应堆、燃烧器、储氢罐和动力电池，其中，所述燃气涡轮增压器包括压气机和涡轮机，所述燃料电池反应堆设置有氢气进气端、氢气出气端、电堆进气端和电堆排气端，所述压气机与所述电堆进气端相连接；所述涡轮机与所述燃烧器相连接，所述燃烧器与所述电堆排气端和所述氢气出气端相连接，所述动力电池与所述燃料电池反应堆相连接，所述储氢罐与所述氢气进气端相连接。本发明简化了燃料电池系统的结构，有效提高了燃料电池堆的净输出功率，可以提高燃料电池系统的市场竞争力，加快市场推广应用。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统。

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，空气压缩机将空气压缩成高压空气，然后送入燃料电池阴极，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，所以燃料电池动力系统非常的清洁环保，并且氢气有很多制造方法，属于清洁可再生能源，目前世界各国都在大力推动氢燃料电池动力系统的开发推广。

燃料电池专用的空气压缩机是氢燃料电池动力系统里面非常重要的一个零部件，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功率需求，显著提高燃料电池系统的效率。

以上所述单级空压机、两级空压机、带涡轮的空压机都是需要电机驱动的，而电机所消耗的电能全部来自于燃料电池产生的电能，这样就降低了燃料电池堆的可输出功率。并且电机的转速控制需要专用控制器，所以电机驱动的空压机成本很高，结构也很复杂。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统，在电堆排气侧分水器之后增加燃烧器，通过利用电堆排气的能量和电堆排出的氢气燃烧的能量来驱动涡轮增压器，从而给燃料电池提供压缩空气。本发明结构简单，成本更低，并且可以有效提高燃料电池堆的净输出功率，具备非常高的市场竞争力。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高燃料电池系统的净输出功率。

为实现上述目的，本发明提供了一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统，其特征在于，包括燃气涡轮增压器、燃料电池反应堆、燃烧器、储氢罐和动力电池，其中，所述燃气涡轮增压器包括压气机和涡轮机，所述燃料电池反应堆设置有氢气进气端、氢气出气端、电堆进气端和电堆排气端；所述压气机与所述电堆进气端相连接，所述涡轮机与所述燃烧器相连接，所述燃烧器与所述电堆排气端和所述氢气出气端相连接，所述动力电池与所述燃料电池反应堆相连接，所述储氢罐与所述氢气进气端相连接。

进一步地，所述压气机与所述电堆进气端之间还设置有中冷器。

进一步地，所述压气机与所述电堆进气端之间还设置有加湿器。

进一步地，从所述氢气出气端排出的氢气与从所述电堆排气端排出的空气中的氧气在所述燃烧器中进行燃烧。