一种氢燃料电池供气系统及其动力装置的制作方法

1.本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体为一种氢燃料电池供气系统及其动力装置。


背景技术：

2.燃料电池是一种以氢气和空气为载体的发电装置，具有发电效率高、功率密度高、动态响应时间短、反应温度低、清洁环保等优点，在交通和能源领域具有广阔的发展前景，其中氢燃料电池是以氢气为燃料，与氧气经过电化学反应后透过质子交换膜产生电能。由此可知，氢燃料电池要实现发电，需要提供氢气和氧气，即需要供氢管路系统和供氧管路系统，目前氢燃料电池电堆供氧管路系统通常采用的是供气(空气)管路系统代替，
3.如图2所示，在现有的技术中，采用风机抽取外部的空气，并且由于氢燃料电池内部的质子交换膜一定的湿度才能最大程度保持其活性，因此在工作时质子交换膜需要保持湿润，现有技术中，通常采用液体循环水泵来循环氢燃料电池产生的饱和水对质子交换膜进行湿润，湿润的效果及效率较差，并将饱和水和风机抽取外部的空气混合后输送至氢燃料电池，由于风机产生的压缩空气温度较高，需要进行冷却，因此还需要添加中冷器，造成整个系统的体积较大，成本较高并且由于采用了液体循环水泵、风机和中冷器等较为复杂的结构，造成整个系统的噪音较大，整体工作时效率较低，而且空气温度和湿度等无法根据需求进行调节。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种氢燃料电池供气系统及其动力装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种氢燃料电池供气系统，包括空气过滤器、采用水润滑的螺杆空气压缩机、去离子器、氢气系统、氢燃料电池和稀释器，其中：
7.所述螺杆空气压缩机的进气口安装有空气过滤器，排气口和氢燃料电池的进气口连接，所述螺杆空气压缩机的喷液口和出水口与去离子器连接，所述去离子器还和氢燃料电池连接，用于收集氢燃料电池产生的水，并用于螺杆空气压缩机的润滑，所述氢燃料电池的出气口和稀释器连接，所述氢气系统和氢燃料电池连接，用于为氢燃料电池的工作提供氢燃料。
8.优选的，所述螺杆空气压缩机采用单螺杆式的空气压缩机。
9.优选的，所述螺杆空气压缩机出水口和去离子器的进水口之间的管路上设置有用于排水的排水阀门，所述氢燃料电池的出水口和螺杆空气压缩机的喷液口通过管路相连接，且连接的管路上设置有散热器。
10.优选的，所述氢燃料电池的出水口和螺杆空气压缩机的喷液口之间的连接管路上还设置有水箱，所述水箱内存储有饱和水，所述水箱上还安装有用于排放多余饱和水的泄
水阀。
11.优选的，所述氢气系统包括储氢瓶、进气阀门、喷氢器、氢气泵和吹扫阀，所述储氢瓶的排气口通过管路和氢燃料电池的进气口相连接，且该管路上依次设置有进气阀门和喷氢器，所述吹扫阀采用具有入口、气体出口和液体出口的三通的吹扫阀体结构，所述吹扫阀的入口和氢燃料电池的进气口相连接，所述吹扫阀的液体出口和稀释器的排出口相连接，所述吹扫阀的气体出口通过管路和氢燃料电池的进气口相连接，且该管路上设置有氢气泵。
12.优选的，所述氢气系统还包括有安全阀，所述储氢瓶的排气口通和氢燃料电池的进气口之间的管路上设置有至少一个安全阀。
13.优选的，所述氢燃料电池的进气口和出气口上设置有气体阀门系统，所述气体阀门系统包括进气阀、排气阀和连通阀，所述空气压缩机和氢燃料电池之间的连接管路上设置有进气阀，所述氢燃料电池和稀释器之间的连接管路上设置有排气阀，上述两个管路之间通过连通阀相连接。
14.优选的，所述稀释器的排出口上还设置有消音器。
15.本发明另外还提供一种氢燃料电池动力装置，其中，所述动力装置包括电池供气系统、电压放大器、逆变器和电动机，所述电池供气系统采用上述的氢燃料电池供气系统，所述氢燃料电池供气系统的氢燃料电池的负载端电性连接电压放大器的输入端，所述电压放大器的输出端电性连接逆变器，所述逆变器电性连接电动机，驱动电动机转轴转动。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明去除了液体循环水泵和风机的结构，采用水润滑的螺杆空气压缩机代替水泵等结构功能，因此具有噪音低，体积小，转速高，效率高，空气温度和湿度可以调节等优势，去除了增湿器，由于水润滑的螺杆空气压缩机采用循环水润滑，产生的压缩空气中含有当下温度的饱和水，这样氢燃料电池中的气源既有湿度，又不含水分，对质子交换膜的增湿增效起到最大程度的作用，最大程度保障质子交换膜的高效转换，提高氢燃料电池的转换率，也能减小整个系统的体积，降低成本，另外由于螺杆空气压缩机产生的压缩空气温度可以调节，而且温度较低，所以不再需要中冷器结构，精简了结构，并且氢燃料电池产生的水进入单螺杆空气压缩机，对其进行润滑，循环使用，高效节能，另外可以通过调节单螺杆压缩机转速，从而调节气体压力，气体温度和湿度可以根据需求进行调节，满足燃料电池的需求。
附图说明
18.图1为本发明整体系统结构示意图；
19.图2为现有技术中的供气系统结构示意图。
20.图中：1空气过滤器、2螺杆空气压缩机、3去离子器、4氢气系统、401储氢瓶、402进气阀门、403喷氢器、404氢气泵、405吹扫阀、406安全阀、5氢燃料电池、6稀释器、7消音器、8气体阀门系统、801进气阀、802排气阀、803连通阀、9水箱、10散热器。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例：
23.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
24.一种氢燃料电池供气系统，包括空气过滤器1、采用水润滑的螺杆空气压缩机2、去离子器3、氢气系统4、氢燃料电池5和稀释器6，其中：
25.所述螺杆空气压缩机2采用单螺杆式的空气压缩机，所述螺杆空气压缩机2的进气口安装有空气过滤器1，空气过滤器1起到过滤空气的效果，并且螺杆空气压缩机2的进气口还可根据需求安装空气流量计，方便检测进气的流量，可以通过调节螺杆空气压缩机2转速，从而调节气体压力，可以根据需求自由的调节进气的压力，满足氢燃料电池5的需求，所述螺杆空气压缩机2的喷液口和出水口与去离子器3连接，所述去离子器3还和氢燃料电池5连接，用于收集氢燃料电池5产生的水，并用于螺杆空气压缩机2的润滑。
26.所述螺杆空气压缩机2出水口和氢燃料电池5的进水口之间通过管路相连通，且该管路上设置有去离子器3，所述氢燃料电池5的出水口和螺杆空气压缩机2的喷液口通过管路相连接，且连接的管路上设置有散热器10，散热器10起到冷却氢燃料电池5产生的饱和水的作用，同时散热器10可以调节进水的温度从而起到调节进入氢燃料电池5内气体温度的效果，由于空气湿度是根据螺杆空气压缩机2当下温度条件下所含的饱和水，所以湿度和温度是匹配的，因此控制温度即可控制湿度，实现根据需求调节氢燃料电池5进气的温湿度，所述去离子器3主要起到吸附由氢燃料电池5及水路相关零部件所释放出来的阴阳离子，使水路内的电导率维持在较低数值，防止系统漏电。
27.所述螺杆空气压缩机2出水口和去离子器3的进水口之间的管路上设置有用于排水的排水阀门，排水阀门用于排出螺杆空气压缩机和去离子器之间水循环系统内多余的循环水，所述氢燃料电池5的出水口和螺杆空气压缩机2的喷液口通过管路相连接。
28.所述氢燃料电池5的出水口和螺杆空气压缩机2的喷液口之间的连接管路上设置有水箱9，所述水箱9内存储有饱和水，氢燃料电池5刚启动时还未产生水的情况下，螺杆空气压缩机2需要润滑，此时就从水箱9中吸入水进行润滑，所述水箱9上还安装有用于排放多余饱和水的泄水阀，用于排出水箱9内多余的水。
29.所述螺杆空气压缩机2的排气口和氢燃料电池5的进气口连接，螺杆空气压缩机2在进行工作时，进气口抽取经过空气过滤器1过滤后的空气，输送至氢燃料电池5内，螺杆空气压缩机2刚开始进行工作时，从水箱9中吸入水进行润滑，随着氢燃料电池5的持续工作产生的水输送至水箱9内，进行存储，水箱9内多余的水通过水箱9上的泄水阀排出，进入螺杆空气压缩机2内的水会经过散热器10进行散热降温处理，螺杆空气压缩机2内润滑后的水经过去离子器3后重新流入氢燃料电池5的水循环系统内。
30.由于本实施例去除了液体循环水泵和风机的结构，采用水润滑的螺杆空气压缩机2代替水泵等结构功能，因此具有噪音低，体积小，转速高，效率高，空气温度和湿度可以调节等优势，去除了增湿器，由于水润滑的螺杆空气压缩机2采用循环水润滑，产生的压缩空气中含有当下温度的饱和水，这样氢燃料电池5中的气源既有湿度，又不含水分，对质子交换膜的增湿增效起到最大程度的作用，最大程度保障质子交换膜的高效转换，提高氢燃料
电池5的转换率，也能减小整个系统的体积，降低成本，另外由于螺杆空气压缩机2产生的压缩空气温度可以调节，而且温度较低，所以不再需要中冷器结构，精简了结构，并且氢燃料电池5产生的水进入单螺杆空气压缩机，对其进行润滑，循环使用，高效节能。
31.所述氢燃料电池5的出气口和稀释器6连接，所述氢燃料电池5的进气口和出气口上设置有气体阀门系统8，所述气体阀门系统8包括进气阀801、排气阀802和连通阀903，所述空气压缩机2和氢燃料电池5之间的连接管路上设置有进气阀801，所述氢燃料电池5和稀释器6之间的连接管路上设置有排气阀802，上述两个管路之间通过连通阀803相连接，进气阀801和排气阀802用来控制氢燃料电池5的进气速率和排气速率，连通阀803起到平衡进出气气压的作用。
32.所述氢气系统4和氢燃料电池5连接，用于为氢燃料电池5的工作提供氢燃料，所述氢气系统4包括储氢瓶401、进气阀门402、喷氢器403、氢气泵404和吹扫阀405，所述储氢瓶401的排气口通过管路和氢燃料电池5的进气口相连接，且该管路上依次设置有进气阀门402和喷氢器403，储氢瓶401用于存储氢气燃料，氢气燃料从储氢瓶401内依次通过进气阀门402、喷氢器403后进入氢燃料电池5，所述吹扫阀405采用具有入口、气体出口和液体出口的三通的吹扫阀体结构，所述吹扫阀405的入口和氢燃料电池5的进气口相连接，所述吹扫阀405的液体出口和稀释器6的排出口相连接，所述吹扫阀405的气体出口通过管路和氢燃料电池5的进气口相连接，且该管路上设置有氢气泵404，吹扫阀405会周期性的开启与关闭，将氢燃料电池5排出的氢气回路中的部分氢气和水等周期性的进行排放，其中排放的氢气周期性的通过氢气泵404重新进入氢燃料电池5，水周期性的通过稀释器6排放至外部，防止氢气和水在回路中的不断积聚。
33.所述氢气系统4还包括有安全阀406，所述储氢瓶401的排气口通和氢燃料电池5的进气口之间的管路上设置有至少一个安全阀406，防止通向氢燃料电池5的气体压力过高，所述稀释器6的排出口上还设置有消音器7，消音器7降低排放时的声音。
34.本发明另外还提供一种氢燃料电池动力装置，其中，所述动力装置包括电池供气系统、电压放大器、逆变器和电动机，所述电池供气系统采用上述的氢燃料电池供气系统，所述氢燃料电池供气系统的氢燃料电池5的负载端电性连接电压放大器的输入端，所述电压放大器的输出端电性连接逆变器，所述逆变器电性连接电动机，驱动电动机转轴转动。
35.本发明的使用原理：
36.使用时，螺杆空气压缩机2通过进气口抽取经过空气过滤器1过滤后的空气，送至氢燃料电池5内，螺杆空气压缩机2刚开始进行工作时，从水箱9中吸入水进行润滑，随着氢燃料电池5的持续工作产生的水输送至水箱9内，进行存储，水箱9内多余的水通过水箱9上的泄水阀排出，进入螺杆空气压缩机2内的水会经过散热器10进行散热降温处理，螺杆空气压缩机2内润滑后的水经过去离子器3后重新流入氢燃料电池5水循环系统内，水润滑的螺杆空气压缩机2产生的压缩空气中含有当下温度的饱和水，螺杆空气压缩机2将混合的压缩空气输送至氢燃料电池5；
37.氢气燃料从储氢瓶401内依次通过进气阀门402、喷氢器403后进入氢燃料电池5，氢燃料电池5使用混合空气和氢气进行做工，排出多余的氢气和水，吹扫阀405周期性的开启与关闭，排放的氢气周期性的通过氢气泵404重新进入氢燃料电池5，水周期性的通过稀释器6排放至外部。
38.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。