[发明专利]一种燃料电池的空气系统

说明书

本发明公开了一种燃料电池的空气系统，包括燃料电池电堆、用于产生并向燃料电池电堆输送压缩空气的压缩装置、用于对压缩空气进行降温的冷却装置以及换热器，换热器的第一进气口连通于压缩装置的出气口，换热器的第一出气口连通于冷却装置的进气口，冷却装置的出气口连通于燃料电池电堆的进气口，燃料电池电堆的出气口连通于换热器的第二进气口。利用燃料电池电堆排出的气温较低的气体，将压缩装置所产生的温度较高的压缩空气与燃料电池电堆排出的温度较低的气体先在换热器内进行热量交换，从而降低压缩空气进入冷却装置时的温度，进而降低了冷却装置在对压缩空气进行降温时的能量消耗，提升了燃料电池的发电效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池的空气系统。

背景技术

随着现代船舶、汽车等耗能设备的不断增加和全球石油储量的不断减少，对新能源的开发和利用刻不容缓。在动力装置领域，由于燃料电池的功率密度和续航能力较传统锂电池等的传统电池能源具有明显的优势，被认为是未来具有巨大发展前景的新能源动力。

目前开发较为成熟的燃料电池为氢氧燃料电池，利用氢气和氧气在燃料电池中发生化学反应产生的热量来发电，而氢氧燃料电池的排气只有无污染的水和水蒸气。对于反应所需要的氢气，一般采用高压储氢管来储存和携带，而反应所需要的氧气一般利用空气压缩机从环境供给。

在现有技术中，为了提高燃料电池电堆的功率密度，需要降低电堆进口的进入燃料电池电堆的压缩空气的空气温度，从而提升其进气密度。但是在降低压缩空气的温度的过程中，消耗了消耗一部分的冷却介质的输运能量，从而降低了燃料电池系统效率。

因此，如何在对压缩空气降温的同时降低燃料电池消耗的能量，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种燃料电池的空气系统，有效地利用燃料电池电堆排气能量来对压缩空气的温度进行降温，以降低燃料电池能量的消耗。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃料电池的空气系统，包括燃料电池电堆、用于产生并向所述燃料电池电堆输送压缩空气的压缩装置、用于对所述压缩空气进行降温的冷却装置以及换热器，换热器的第一进气口连通于所述压缩装置的出气口，所述换热器的第一出气口连通于所述冷却装置的进气口，所述冷却装置的出气口连通于所述燃料电池电堆的进气口，所述燃料电池电堆的出气口连通于所述换热器的第二进气口。

优选的，所述压缩装置包括一级空气压缩机、二级空气压缩机以及电机，所述一级空气压缩机的出气口连接于所述二级空气压缩机的进气口，所述二级空气压缩机的出气口连接于所述换热器的第一进气口，所述电机分别驱动连接于所述一级空气压缩机与所述二级空气压缩机，以使空气从所述一级空气压缩机的进气口输入并分别经所述一级空气压缩机与所述二级空气压缩机压缩后从所述二级空气压缩机的出气口输出。

优选的，所述一级空气压缩机与所述二级空气压缩机均为离心式压缩机。

优选的，所述冷却装置为中冷器。

优选的，所述中冷器为水冷式中冷器。

优选的，还包括连接于所述电机的膨胀机，所述膨胀机的进气口连通于所述换热器的第二出气口。

优选的，所述电机通过第一连接轴连接于所述一级空气压缩机，所述电机通过第二连接轴连接于所述二级空气压缩机，所述膨胀机通过第三连接轴连接于所述第二连接轴，且所述第一连接轴、所述第二连接轴以及所述第三连接轴同轴。