一种燃料电池系统氢气回收装置的制作方法

本发明涉及氢气回收技术领域，尤其涉及燃料一种燃料电池系统氢气回收装置。

背景技术：

氢燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池。氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。

氢燃料电池发动机系统在工作过程中，会对排出的剩余氢气进行回收，进行二次循环使用，现有技术中是使用高速电机驱动的压缩装置进行回收，功率在400-1000w，会增加燃料电池系统的自消耗功率，降低燃料电池发动机的功率密度，减少燃料电池的净功率输出，并且电机与压缩机之间的动密封原件易损坏，存在氢气泄露和润滑介质泄露危险，遇明火燃烧或者爆炸的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用燃料电池空气尾气排放能量驱动的燃料电池系统氢气回收装置。

为解决上述问题，本发明提供了一种燃料电池系统氢气回收装置，包括：涡轮驱动装置，设置有空气输入口；氢气压缩装置，与所述涡轮驱动装置驱动连接，其设置有氢气进口和氢气出口；燃料电池，设置有氢气的输入端、氢气的输出端和空气的输出端，其中，所述氢气的输入端连通至所述氢气出口，所述氢气的输出端连通至所述氢气进口，所述空气的输出端连通至所述空气输入口。进一步的，还包括连接装置；所述连接装置的一端连接至所述涡轮驱动装置的叶轮的中心，另一端连接至氢气压缩装置的叶轮的中心，以使所述涡轮驱动装置带动所述氢气压缩装置转动。

进一步的，所述涡轮驱动装置还包括空气输出口，所述空气输出口将所述涡轮驱动装置内的空气输出至大气中。

进一步的，还包括永磁驱动装置，设置在将所述涡轮驱动装置与所述氢气压缩装置之间；所述永磁驱动装置包括：第一连接杆、内磁转子、隔离套、外磁转子和第二连接杆；其中，所述第一连接杆的一端连接至所述氢气压缩装置的叶轮的中心，另一端连接所述内磁转子；所述隔离套套设所述内磁转子外部；所述外磁转子的一端内嵌有所述第二连接杆的一端，另一端套设在所述隔离套的外部，且与所述隔离套设有间隙，并与所述内磁转子对应设置；所述第二连接杆的另一端连接至所述涡轮驱动装置的叶轮的中心，使所述外磁转子转动的同时通过磁力带动所述内磁转子转动。

进一步的，所述永磁驱动装置还包括：永磁电磁耦合磁浮轴承，设置在所述氢气压缩装置与所述涡轮驱动装置之间，套设在所述第一连接杆外；和/或，所述永磁电磁耦合磁浮轴承套设在第二连接杆外。

进一步的，所述永磁驱动装置设置有四个所述永磁电磁耦合磁浮轴承；两个所述永磁电磁耦合磁浮轴承套设在第一连接杆外，分别设置在所述氢气压缩装置的叶轮的两侧；两个所述永磁电磁耦合磁浮轴承套设在第二连接杆外，分别设置在所述涡轮驱动装置的叶轮的两侧。

进一步的，所述氢气压缩装置的所述氢气出口处与所述氢气进口处的氢气压比为0.2-2倍。

进一步的，所述涡轮驱动装置为涡轮膨胀机；和/或，所述氢气压缩装置为离心式氢气压缩机。

进一步的，所述永磁驱动装置还包括：密封圈，设置在所述隔离套与所述氢气压缩装置的壳体之间。

进一步的，所述氢气压缩装置底部设置有冷凝水排放口，所述冷凝水排放口与外接的自动排水器连通，将所述氢气压缩装置产生的水排出。

本发明还提供一种燃料电池发动系统，包括权利要求1-9任一所述的燃料电池系统氢气回收装置和燃料电池发动机；所述燃料电池系统氢气回收装置将所述燃料电池发动机排放的含水、水蒸气的氢气回收至燃料电池的氢气入口，且满足所述氢气入口压力的要求。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：采用来自燃料电池空气尾气排放能量驱动涡轮驱动装置，减少了燃料电池的自消耗功率，增加了燃料电池发动机系统的功率密度，和燃料电池净功率输出。

附图说明

图1是本实施方式提供的一种燃料电池系统氢气回收装置组合图；

图2是本实施方式提供的一种燃料电池系统氢气回收装置爆炸图。

附图标记：

1：涡轮驱动装置；11：空气输入口；12：空气输出口；2：氢气压缩装置；21：氢气进口；22：氢气出口；23：氢气压缩装置的壳体；3：永磁驱动装置；31：第一连接杆；32：内磁转子；33：隔离套；34：外磁转子；35：永磁电磁耦合磁浮轴承；36：密封圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本实施方式提供的一种燃料电池系统氢气回收装置组合图。

图2是本实施方式提供的一种燃料电池系统氢气回收装置爆炸图。

如图1-2所示，本实施方式提供一种燃料电池系统氢气回收装置，包括燃料电池，涡轮驱动装置1，氢气压缩装置2和永磁驱动装置3。具体如下：

燃料电池分别与涡轮驱动装置1和氢气压缩装置2连通。

燃料电池上设置有氢气的输入端、氢气的输出端和空气的输出端，涡轮驱动装置1上设置有空气输入口11和空气输出口12。燃料电池的空气的输出端与涡轮驱动装置1的空气输入口11连通，将其剩余的空气输入涡轮驱动装置1；涡轮驱动装置1的空气输出口12与大气连通，将涡轮驱动装置1内的空气输出至大气中。燃料电池输入至涡轮驱动装置1的空气压强大于大气压强，产生压强差，从而使涡轮驱动装置1的叶轮转动。

涡轮驱动装置1与氢气压缩装置2通过永磁驱动装置3驱动连接。永磁驱动装置3的一端连接至涡轮驱动装置1的叶轮的中心，另一端连接至氢气压缩装置2的叶轮的中心，使涡轮驱动装置1带动氢气压缩装置2转动。

氢气压缩装置2设置有氢气进口21和氢气出口22。燃料电池的氢气的输入端与氢气压缩装置2的氢气出口22连通，氢气的输出端与氢气进口21连通。燃料电池将没有消耗掉的氢气输入至氢气压缩装置2，氢气压缩装置2的叶轮快速转动，将这些氢气升压后，重回输回燃料电池发动机继续使用。

涡轮驱动装置1可以采用涡轮膨胀机，和/或，氢气压缩装置2可以采用离心式氢气压缩机，在这里并不做限制。

在另一个实施例中，还设置有永磁驱动装置3，该永磁驱动装设置在将所述涡轮驱动装置1与所述氢气压缩装置2之间；永磁驱动装置3包括：第一连接杆31、内磁转子32、隔离套33、外磁转子34和第二连接杆。第一连接杆31的一端连接至氢气压缩装置2的叶轮的中心，其另一端连接内磁转子32；隔离套33套设所述内磁转子32外部。

内磁转子32为内空的圆筒形结构，第一连接杆31设置在其中间位置。圆筒形结构的外表面设置有一个或多个与圆筒形结构轴向相同的永磁条。隔离套33同样为圆筒形结构，内磁转子32包裹在隔离套33的内部。

外磁转子34的两端分别为圆筒形结构。外磁转子34的一端内嵌有第二连接杆的一端，第二连接杆的另一端连接至涡轮驱动装置1的叶轮的中心。

外磁转子34的另一端套设在隔离套33的外部，隔离套33将内磁转子32与外磁转子34隔离开。外磁转子34的内径大于隔离套33的外径，使外磁转子34与隔离套33设有一定间隙。套设有隔离套33的外磁转子34的一端的内径大于设置有第二连接杆的一端的内径。外磁转子34与内磁转子32相对应设置；外磁转子34圆筒形结构的内表面设置有一个或多个永磁条。这些永磁条与内磁转子32的永磁条相对设置。内、外转子的两个磁条极性相同，可以同时是是s或n极。这样设置可以使外磁转子34转动的同时通过磁力带动内磁转子32同时转动。

在另一个实施例中，与前述实施例不同的是，氢气压缩装置2氢气出口22处的氢气压强为氢气进口21处的氢气压强的0.2-2倍；和/或，涡轮驱动装置1的空气输入口11处的空气的压强为空气输出口12处空气的压强的1-2倍。

在另一个实施例中，与前述实施例不同的是，永磁驱动装置3还包括：永磁电磁耦合磁浮轴承35。永磁电磁耦合磁浮轴承35设置在氢气压缩装置2与所述涡轮驱动装置1之间，可以套设在第一连接杆31外，或者套设在第二连接杆外，也可以在第一连接杆31外和第二连接杆外上都套设。这样设置可以减小永磁驱动装置3在转动过程中受到的摩擦，使永磁驱动装置3转动的更流畅。需要注意的是永磁电磁耦合磁浮轴承35的位置并不固定，可以设置在永磁驱动装置3的任一位置。

在另一个实施例中，与前述实施例不同的是，永磁驱动装置3设置有四个永磁电磁耦合磁浮轴承35；其中两个永磁电磁耦合磁浮轴承35套设在第一连接杆31外，分别设置在氢气压缩装置2的叶轮的两侧；另外两个永磁电磁耦合磁浮轴承35套设在第二连接杆外，分别设置在所述涡轮驱动装置1的叶轮的两侧。

在另一个实施例中，与前述实施例不同的是，永磁驱动装置3设置有两个永磁电磁耦合磁浮轴承35，两个永磁电磁耦合磁浮轴承35套设在第一连接杆31外，分别设置在氢气压缩装置2的叶轮的两侧。

在另一个实施例中，与前述实施例不同的是，永磁驱动装置3设置有两个永磁电磁耦合磁浮轴承35，两个永磁电磁耦合磁浮轴承35套设在第二连接杆外，分别设置在所述涡轮驱动装置1的叶轮的两侧。

在另一个实施例中，与前述实施例不同的是，氢气压缩装置2底部设置有冷凝水排放口，该冷凝水排放口与外接的自动排水器连通，将氢气压缩装置2产生的水自动随时排出，且只排水不漏气。

在另一个实施例中，与前述实施例不同的是，燃料电池系统氢气回收装置还设置有密封圈36，该密封圈36设置在隔离套33与氢气压缩装置2的壳体之间，使氢气压缩装置2的壳体和隔离套33贴合的更紧密的同时，保证隔离套33为一个相对密封的空间，该隔离套33不导磁、不导电，保证内磁转子32和外磁转子34同时转动的，并且防止氢气泄露。

本发明还提供一种燃料电池发动系统，包括燃料电池系统氢气回收装置和燃料电池发动机；燃料电池系统氢气回收装置将所述燃料电池发动机排放的含水、水蒸气的氢气回收至燃料电池的氢气入口，且满足氢气入口压力的要求。

本发明的上述技术方案具体工作原理如下：

燃料电池将空气输入涡轮驱动装置1，空气驱动涡轮驱动装置1的叶轮转动，转动的所述叶轮带动与其驱动连接的外磁转子34转动，利用磁场力，外磁转子34带动内磁转子32转动，内磁转子32带动与其驱动连接的氢气压缩装置2的叶轮快速转动，将从燃料电池输入至氢气压缩装置2的低压氢气进行增加处理，然后将增压的氢气输回燃料电池。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：采用来自燃料电池空气尾气排放能量驱动涡轮驱动装置1，减少了燃料电池的自消耗功率，增加了燃料电池发动机系统的功率密度，和燃料电池净功率输出。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。