一种大功率氢燃料电池系统空气供给装置

1.本实用新型涉及新能源电池领域，具体地说是一种大功率氢燃料电池系统空气供给装置。


背景技术：

2.氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
3.氢燃料电池系统空气供给路中空气流动路线：空气经过空滤器过滤—经空压机加压—经中冷器进行温度控制—经加湿器自加湿—经电堆内反应—剩余气体再经过加湿器对进口空气加湿—经背压阀排出。小功率的氢燃料电池系统经上述系统，空气路基本能满足各功率段的空气量需求，但是随着燃料电池功率的提高，相应的空气路的部件参数需提高性能参数，尤其是空压机的最大空气流量提高。因此在小功率时，电堆侧空气压力低，空气流量要求小时，空压机很难满足要求。并且在大功率氢燃料电池系统中，自加湿难以满足电堆对湿度的需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中提及的问题，本实用新型提供一种大功率氢燃料电池系统空气供给装置，可以避免上述问题的发生。
5.本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：
6.一种大功率氢燃料电池系统空气供给装置，包括空气压缩机，所述空气压缩机连接有中冷器，所述中冷器连接有加湿器，所述加湿器连接有电堆，所述加湿器连接有背压调节阀，所述空气压缩机与中冷器之间设有第一比例阀，所述空气压缩机与第一比例阀之间设有第二比例阀。
7.进一步的，所述第一比例阀的前端供给压力高于电堆需求压力。
8.进一步的，所述第一比例阀设有多个压力控制点。
9.进一步的，所述加湿器与电堆之间设有高压水喷雾喷头。
10.进一步的，所述空气压缩机连接有空气过滤器。
11.进一步的，所述中冷器上设有冷却水出口和冷却水进口。
12.进一步的，所述电堆上设有冷却路出口、冷却路进口、氢气进口和氢气出口。
13.本实用新型的有益效果是：本实用新型可解决现有技术中电堆对空气压力及湿度的需求，空气经空滤器过滤，再经空压机加压后，利用第二比例阀进行调压，第一比例阀调节空气流量，经中冷器降温、加湿器加湿后，根据不同功率需求确定高压水喷头的喷雾脉宽，改变空气湿度，满足电堆的不同功率段的压力及空气量需求。
附图说明
14.图1为本实用新型的结构示意图；
15.图中：1空气过滤器，2空气压缩机，3第一比例阀，4中冷器，41冷却水出口，42冷却水进口，5加湿器，6高压水喷雾喷头，7电堆，71冷却路出口，72冷却路进口，73氢气进口，74氢气出口，8背压调节阀，9第二比例阀。
具体实施方式
16.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
17.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
18.如图1所示，一种大功率氢燃料电池系统空气供给装置，包括空气压缩机2，空气压缩机用于对清洁空气进行加压，以满足电堆对空气流量及压力的需求，所述空气压缩机连接有中冷器4，由于空压机对空气加压后会使温度上升，为了能够保证进入电堆的空气温度，需用中冷器进行温度调控，所述中冷器连接有加湿器5，加湿器作用在于电堆发电后的空气会含有大量水分，用电堆出口空气对进口空气进行加湿，实现自加湿，所述加湿器连接有电堆7，所述加湿器连接有背压调节阀8，背压调节阀作用在于电堆对氢气侧和空气侧的压差不能过大，因此通过背压调节阀来控制电堆空气侧的压力。
19.至少一个实施例中，所述空气压缩机2与中冷器4之间设有第一比例阀3，所述空气压缩机与第一比例阀之间设有第二比例阀9。
20.至少一个实施例中，所述第一比例阀的前端供给压力高于电堆需求压力。第一比例阀的前端供给压力随电堆需求压力变化趋势一致，在各功率点，空压机根据需求空气量过量系统进行空气输出，第二比例阀进行压力调节，第一比例阀控制空气流量。此方法可实现电堆压力的精确控制，但是对两个比例阀的性能要求较高。
21.至少一个实施例中，所述第一比例阀设有多个压力控制点，以配合电堆不同的输出功率，例如电堆输出功率低时可对应第一比例阀第一压力控制点，电堆输出功率中时可对应第一比例阀第二压力控制点，电堆输出功率高时可对应第一比例阀第三压力控制点，该方法实现第一比例阀前后压力的分离，避免多个部件控制解耦，同样在不同的压力控制点，第二比例阀控制第一比例阀前端压力，第一比例阀控制空气流量，背压阀调节电堆压力。
22.至少一个实施例中，所述加湿器与电堆之间设有高压水喷雾喷头6。在自加湿器后加入高压水喷雾喷头，提高进入电堆的空气湿度。
23.进一步的，所述空气压缩机连接有空气过滤器1。其中空气过滤器用于过滤空气中
的杂质及粉尘，保证进入系统的空气清洁度。
24.方案细化，所述中冷器上设有冷却水出口41和冷却水进口42。
25.方案细化，所述电堆上设有冷却路出口71、冷却路进口72、氢气进口73和氢气出口74。
26.具体工作过程如下：空气经空滤器过滤，再经空压机加压后，利用第二比例阀进行调压，第一比例阀调节空气流量，经中冷器降温、加湿器加湿后，根据不同功率需求确定高压水喷头的喷雾脉宽，改变空气湿度，满足电堆的不同功率段的压力及空气量需求。
27.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。


技术特征：
1.一种大功率氢燃料电池系统空气供给装置，其特征在于，包括空气压缩机，所述空气压缩机连接有中冷器，所述中冷器连接有加湿器，所述加湿器连接有电堆，所述加湿器连接有背压调节阀，所述空气压缩机与中冷器之间设有第一比例阀，所述空气压缩机与第一比例阀之间设有第二比例阀。2.根据权利要求1所述的大功率氢燃料电池系统空气供给装置，其特征在于，所述第一比例阀的前端供给压力高于电堆需求压力。3.根据权利要求1所述的大功率氢燃料电池系统空气供给装置，其特征在于，所述第一比例阀设有多个压力控制点。4.根据权利要求1至3中任一项所述的大功率氢燃料电池系统空气供给装置，其特征在于，所述加湿器与电堆之间设有高压水喷雾喷头。5.根据权利要求1至3中任一项所述的大功率氢燃料电池系统空气供给装置，其特征在于，所述空气压缩机连接有空气过滤器。6.根据权利要求1至3中任一项所述的大功率氢燃料电池系统空气供给装置，其特征在于，所述中冷器上设有冷却水出口和冷却水进口。7.根据权利要求1至3中任一项所述的大功率氢燃料电池系统空气供给装置，其特征在于，所述电堆上设有冷却路出口、冷却路进口、氢气进口和氢气出口。

技术总结
一种大功率氢燃料电池系统空气供给装置，涉及新能源电池技术领域，包括空气压缩机，所述空气压缩机连接有中冷器，所述中冷器连接有加湿器，所述加湿器连接有电堆，所述加湿器连接有背压调节阀，所述空气压缩机与中冷器之间设有第一比例阀，所述空气压缩机与第一比例阀之间设有第二比例阀。所述加湿器与电堆之间设有高压水喷雾喷头。本实用新型利用第二比例阀进行调压，第一比例阀调节空气流量，根据不同功率需求确定高压水喷头的喷雾脉宽，改变空气湿度，满足电堆的不同功率段的压力及空气量需求。求。求。


技术研发人员：杜树村 王青 卢炳印 魏宁 臧会泰 李新海
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/6/30