[实用新型]一种燃料电池发动机系统

说明书

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，尤其涉及燃料电池发动机系统。

背景技术

为保护环境，减少城市中的大气污染，以PEMFC（质子交换膜燃料电池）为动力的装置受到越来越多的关注，当PEMFC以纯氢为燃料时，它能达到真正的“零”排放。目前PEMFC在交通、通讯等领域均有一定的应用。

现有技术的燃料电池发动机系统设有空气冷却器与氢预热器，空气冷却器需要冷却循环水降温、氢预热器需要冷却循环水预热，由于两者所需水量不一致，因此需要从冷却循环管路中设两个支路，分别对空气冷却和对氢预热，其不足是冷却循环泵的输送水量大，冷却循环泵的能耗大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池发动机系统，将空气冷却器与氢预热器结合，使系统的能耗减小。

本实用新型的技术方案是：一种燃料电池发动机系统，包括燃料电池堆、分配总成、氢气供给单元、空气供给单元和冷却单元，空气供给单元包括过滤消音器和空压机，氢气供给单元包括储气罐、电磁阀、控制阀件、分水器和氢尾排阀，冷却单元包括膨胀水箱、冷却循环泵、过滤器、节温器和加热管，其特征在于所述燃料电池发动机系统还包括换热器，取消空气供给单元的增湿器，所述换热器为三股流换热器，换热器热端是空气流体，换热器冷端设两股各自独立流体，一股为氢气流体，另一股为冷却循环水流体；所述三股换热器热端入口与空压机排气口相连，三股换热器热端出口与燃料电池堆空气入口相连；三股换热器冷端一股流体入口与控制阀件出口相连，三股换热器冷端该股流体出口与燃料电池堆氢气入口相连，三股换热器冷端另一股流体入口与冷却单元冷却循环泵出口相连，三股换热器冷端另一股流体出口与冷却循环泵入口相连；所述氢气供给单元还包括氢气回流部分，氢气回流部分包括电动回流泵，电动回流泵用管路连接在分水器排气口和换热器冷端氢气流体出口的管路上。

本实用新型的有益效果是：

1、将空气冷却器与氢预热器结合，将两个部件集成为一个部件，简化了系统，减小了系统的能耗；

2、用氢回流取代了空气侧增湿器，减小了单个零部件所占的体积和重量，用氢回流取代了空气侧增湿器，即用阳极增湿代替阴极增湿。因阴极为高纯氢做燃料，阳极为空气做氧化剂，因此阳极进气量约占阴极进气量的十分之一左右，采用氢回流取代空气侧增湿器减小了单个零部件所占的体积和重量；

3、三股流体用换热器的3股流体之间不接触，不会产生混扰；

4、三股流换热器中冷却循环水用于空气和氢气热交换量不匹配的换热补充。

附图说明

图1是本实用新型的燃料电池发动机系统示意图。

附图中，1、过滤消音器，2、空压机，3、换热器，4、电磁阀，5、控制阀件，6、分水器，7、电动回流泵，8、氢尾排阀，9、膨胀水箱，10、冷却循环泵，11、过滤器，12、节温器，13、加热管，14、电堆模块，15、分配总成。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

以50kW发动机系统为例。燃料电池发动机系统包括燃料电池堆14、分配总成15、氢气供给单元、空气供给单元、冷却单元和换热器3，空气供给单元包括用管路连接的过滤消音器1和空压机2，氢气供给单元包括用管路连接的储气罐、电磁阀4、控制阀件5、分水器6和氢尾排阀8，冷却单元包括用管路连接的膨胀水箱9、冷却循环泵10、过滤器11、节温器12和加热管13，空气供给单元不设增湿器，以换热器3取代，换热器3为三股流换热器，换热器3热端是空气流体，换热器3冷端设两股各自独立流体，一股为氢气流体，另一股为冷却循环水流体；三股换热器热端入口与空压机2排气口相连，三股换热器热端出口与燃料电池堆空气入口相连；三股换热器冷端一股流体入口与控制阀件5出口相连，三股换热器冷端该股流体出口与燃料电池堆氢气入口相连，三股换热器冷端另一股流体入口与冷却单元冷却循环泵10出口相连，三股换热器冷端另一股流体出口与冷却循环泵10入口相连；氢气供给单元还包括氢气回流部分，氢气回流部分包括电动回流泵7，电动回流泵7用管路连接在分水器6排气口和换热器3冷端氢气流体出口的管路上。

传统的50kW燃料电池发动机系统包括焓轮(阴极加湿器含分水器)重量24.1kg，中冷器（空气冷却器）3.2kg，冷却循环水用量0.9m3/h，氢气预热器1.22kg，冷却循环水用量0.4m3/h。本实用新型的50kW燃料电池发动机系统，取消了焓轮(阴极加湿器含分水器)、中冷器（空气冷却器）和氢气预热器，增加了电动回流泵7和换热器3，电动回流泵7重量4kg，换热器3重量3.5kg，冷却循环水用量0.6m3/h；两者相比，重量减轻了21.02kg，冷却循环水用量减小了0.7m3/h。