一种适用于高空作业的燃料电池发动机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种适用于高空作业的燃料电池发动机，属于燃料电池技术领域，解决了现有装置应用于高空作业时能源转换效率过低的问题。该装置包括氧气分离装置、空压机、调节阀、循环装置和电堆。氧气分离装置的氧气出口经空压机与调节阀的输入端一连接，其氮气出口与调节阀的输入端二连接；电堆的空气入口与调节阀的输出端连接，空气尾气出口经循环装置接其空气入口。启动后先对氧气分离装置执行加热以制备氧气，再启动空压机，并根据当前时刻的大气压力控制调节阀达到匹配的开度，然后启动循环装置，在电堆的空气尾气达到设定压力后，关闭调节阀的输入端二，以保证入堆气体的氧分压始终超过设定值。该装置能够适合多种场景下的能源应用。景下的能源应用。景下的能源应用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高空作业的燃料电池发动机


[0001]本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种适用于高空作业的燃料电池发动机。

技术介绍

[0002]燃料电池发动机是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的装置。其通常包含电堆和外围的氢气、空气、冷却设备等零部件。而电堆进一步包括质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、双极板等，由于1片的理论电压为1.23 V，其通常通过几百片并联实现大功率输出。
[0003]目前，燃料电池发动机主要应用于氢能燃料电池汽车中。氢能燃料电池汽车是一种具有广阔发展应用前景的新能源汽车，具有加氢时间短、续驶里程长等诸多优点。
[0004]而燃料电池发动机应用于飞机等高空场景中，由于高空空气稀薄，需要非常大的压缩比才能将空气压缩到燃料电池反应所需的压力，这将导致燃料电池的效率非常低。氧分压是燃料电池内部反应的关键参数，而空气中79%的氮气并不参与反应。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本技术实施例旨在提供一种适用于高空作业的燃料电池发动机，用以解决现有装置应用于高空作业时能源转换效率过低的问题。
[0006]一方面，本技术实施例提供了一种适用于高空作业的燃料电池发动机，包括氧气分离装置（3）、空压机（2）、调节阀（9）、循环装置（8）和电堆（5）；其中，
[0007]氧气分离装置（3）的氧气出口经空压机（2）与调节阀（9）的输入端一连接，其氮气出口与调节阀（9）的输入端二连接；
[0008]电堆（5）的空气入口与调节阀（9）的输出端连接，空气尾气出口经循环装置（8）接其所述空气入口。
[0009]上述技术方案的有益效果如下：提供了一种适用于高空作业（飞机等）的燃料电池发动机，即使在电堆空气侧氧气压力较低的情况下，依然可以保证较高的反应效率，例如，通常情况下，燃料电池发动机空气侧的压力为200kPa，氧分压大概为42kPa，因此在高空中只需要将分离后的氧气压缩到42kPa，就可以与常规的燃料电池发动机相当，能够有效降低空压机的功率。
[0010]基于上述发动机的进一步改进，所述氧气分离装置（3）中的高透膜采用含钡钙钛矿氧化物材质。
[0011]进一步，该燃料电池发动机还包括用于启动后先对氧气分离装置（3）加热至设定温度以高效制备氧气再启动空压机（2）并根据当前时刻的大气压力控制调节阀（9）达到匹配的开度然后启动循环装置（8）并在电堆（5）的空气尾气达到设定压力后关闭调节阀（9）的输入端二以保证入堆气体的氧分压始终超过设定值的控制器（10）；其中，
[0012]所述控制器（10）的输出端与氧气分离装置（3）、空压机（2）、调节阀（9）、循环装置
（8）的控制端连接。
[0013]进一步，所述控制器（10）进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
[0014]进一步，所述数据采集单元进一步包括：
[0015]温度传感器，设于氧气分离装置（3）内部；
[0016]大气压力传感器，设于电堆（5）外部；
[0017]气体压力传感器（7），设于循环装置（8）的入口管道内部上。
[0018]进一步，该燃料电池发动机还包括密封阀（4）；其中，
[0019]所述密封阀（4）的一端悬置，另一端与氧气分离装置（3）的氮气出口连接，控制端与控制器（10）的输出端连接。
[0020]进一步，该燃料电池发动机还包括还包括排水排气阀（6）；其中，
[0021]电堆（5）的空气尾气出口一路经循环装置（8）接其所述空气入口，另一路接排水排气阀（6）；
[0022]所述排水排气阀（6）的控制端与控制器（10）的输出端连接。
[0023]进一步，所述数据采集单元还包括：
[0024]空气流量计（1），设于氧气分离装置（3）的入口处。
[0025]进一步，该燃料电池发动机还包括还包括空气过滤器；其中，
[0026]所述空气过滤器设于氧气分离装置（3）的入口处。
[0027]进一步，所述设定温度为600~800 ℃。
[0028]与现有技术相比，本技术至少可实现如下有益效果之一：
[0029]1、含钡钙钛矿氧化物表面析出的氧化钡纳米粒子对氧活化具有超高活性，该粒子也是氧交换反应的活性位点，因此可以用来制备高温透氧膜，实现对空气中氧气的高效分离，适合多种场景下的燃料电池发动机应用。
[0030]2、在纯氧的环境中，氧化性太强，为了提高零部件的寿命，因此掺杂一定成分的氮气。
[0031]3、在排水排气阀打开过程中，部分氮气会排出，为了保证氧气的体积比例，在此时补充一定量的氮氧混合比例。
[0032]提供
技术实现思路
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。
技术实现思路
部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0033]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0034]图1示出了实施例1适用于高空作业的燃料电池发动机组成示意图；
[0035]图2示出了实施例2适用于高空作业的燃料电池发动机组成示意图。
[0036]附图标记：
[0037]1‑ꢀ
空气流量计；2
‑ꢀ
空压机；3
‑ꢀ
氧气分离装置；4
‑ꢀ
密封阀；5
‑ꢀ
电堆；6
‑ꢀ
排水排气
阀；7
‑ꢀ
气体压力传感器；8
‑
循环装置；9
‑ꢀ
调节阀；10
‑ꢀ
控制器。
具体实施方式
[0038]下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0039]在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0040]实施例1
[0041]本技术的一个实施例，公开了一种适用于高空作业的燃料电池发动机，如图1所示，包括氧气分离装置3、空压机2、调节阀9、循环装置8和电堆5。
[0042]其中，氧气分离装置3的氧气出口经空压机2与调节阀9的输入端一连接，其氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高空作业的燃料电池发动机，其特征在于，包括氧气分离装置（3）、空压机（2）、调节阀（9）、循环装置（8）和电堆（5）；其中，氧气分离装置（3）的氧气出口经空压机（2）与调节阀（9）的输入端一连接，其氮气出口与调节阀（9）的输入端二连接；电堆（5）的空气入口与调节阀（9）的输出端连接，空气尾气出口经循环装置（8）接其所述空气入口。2.根据权利要求1所述的适用于高空作业的燃料电池发动机，其特征在于，所述氧气分离装置（3）中的高透膜采用含钡钙钛矿氧化物材质。3.根据权利要求1或2所述的适用于高空作业的燃料电池发动机，其特征在于，还包括用于启动后先对氧气分离装置（3）加热至设定温度以高效制备氧气再启动空压机（2）并根据当前时刻的大气压力控制调节阀（9）达到匹配的开度然后启动循环装置（8）并在电堆（5）的空气尾气达到设定压力后关闭调节阀（9）的输入端二以保证入堆气体的氧分压始终超过设定值的控制器（10）；其中，所述控制器（10）的输出端与氧气分离装置（3）、空压机（2）、调节阀（9）、循环装置（8）的控制端连接。4.根据权利要求3所述的适用于高空作业的燃料电池发动机，其特征在于，所述控制器（10）进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴旺，李飞强，方川，高云庆，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：