一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。加快市场推广应用。加快市场推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，尤其涉及一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。本专利技术结构简单，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。

技术实现思路

[0008]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术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。
[0009]为实现上述目的，本专利技术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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]进一步地，所述燃烧器排出的气体进入所述涡轮机中，驱动所述涡轮机转动。
[0014]进一步地，所述燃烧器与所述电堆排气端之间还设置有分水器。
[0015]进一步地，所述燃料电池系统还包括空气过滤器，空气经过所述空气过滤器后进入所述压气机。
[0016]进一步地，所述燃气涡轮增压器还包括转轴，所述压气机通过所述转轴和所述涡轮机相连接。
[0017]进一步地，所述涡轮机与所述压气机同轴，所述涡轮机通过所述转轴驱动所述压气机转动。
[0018]进一步地，所述燃气涡轮增压器还包括中间壳体，所述转轴设置在所述中间壳体内部。
[0019]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益技术效果：
[0020]1、本专利技术可以取消氢气循环泵、燃气涡轮增压器的电机及控制器，大幅简化燃料电池系统的结构，降低了成本；
[0021]2、本专利技术取消了电机驱动结构，增加了燃烧器，用于氢气与空气的燃烧反应，从而提高涡轮机进气的压力和温度，可以驱动涡轮机到更高的转速(增加燃烧器的主要目的就在于，单纯靠燃料电池反应堆的排气温度和压力都比较低，能量不足以把压气机驱动到目标转速，所以需要氢气燃烧对排气进行加温增压)，压气机不再消耗燃料电池产生的电能，从而可以大幅提高燃料电池堆的净输出功率；
[0022]3、整体成本下降，可以提高燃料电池系统的市场竞争力，加快市场推广应用。
[0023]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的一个较佳实施例的一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统的结构原理示意图；
[0025]图2是现有技术的燃料电池结构原理示意图。
具体实施方式
[0026]以下参考说明书附图介绍本专利技术的优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0027]如图2所示，现有技术的燃料电池结构的原理是：
[0028]氢气与空气中的氧气在燃料电池反应堆内部进行化学反应，生产电能和水，其中电能为动力电池充电，水随着未反应的空气排出燃料电池反应堆；未反应完的氢气通过氢气循环泵，与储氢罐出来的氢气混合后再次进入燃料电池反应堆进行化学反应发电。
[0029]空压机控制器从动力电池取电，控制空压机的电机高速转动，从而驱动压气机转动，压气机为燃料电池反应堆提供高压力的压缩空气，从压气机出来的压缩空气经过中冷器冷却和加湿器加湿后进入燃料电池反应堆。
[0030]燃料电池反应堆排出的空气中包含反应生成的水，经过分水器把液态水进行分离，其余空气进入涡轮机，驱动涡轮做功。涡轮通过回收排气的能量，可以辅助电机驱动压缩机，从而降低电机的功率消耗。
[0031]现有技术的缺点是：
[0032]1、高速电机需要消耗燃料电池的发电，从而会大幅降低燃料电池系统的净输出功率，有数据显示空压机功耗占燃料电池总发电功率的20％
‑
30％，比如一个总功率为120KW的燃料电池反应堆，其中有约30KW的功率需要用于电动空压机；
[0033]2、未反应的氢气需要通过氢气循环泵进行循环，结构复杂，成本高；
[0034]3、控制器和高速电机的结构比较复杂，所以整体成本很高，限制了燃料电池系统的市场推广。
[0035]如图1所示，本专利技术提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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。2.如权利要求1所述的一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统，其特征在于，所述压气机与所述电堆进气端之间还设置有中冷器。3.如权利要求1所述的一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统，其特征在于，所述压气机与所述电堆进气端之间还设置有加湿器。4.如权利要求1所述的一种带燃气涡轮增压器的燃料电池系统，其特征在于，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。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞宇枫，朱明明，曾强，辛宇，
申请(专利权)人：海德韦尔太仓能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：