[发明专利]一种在低压环境下用于燃料电池的高压空气输气系统

说明书

本发明提供一种在低压环境下用于燃料电池的高压空气输气系统，属于空压机技术领域，包括管道连接的空气过滤器、空气压缩机、冷却器、燃料电池和隔膜压力回收装置，隔膜压力回收装置包括低压腔和高压腔，通过金属膜片隔开，高压腔和低压腔皆设有进气口和排气口，低压腔的进气口接通空气过滤器，排气口接通空气压缩机，高压腔的进气口接通燃料电池，低压空气经过隔膜压力回收装置被燃料电池排出的高压废气压力回收到中压进入空气压缩机，经过冷却进入燃料电池，本发明在低压环境下用于燃料电池的高压空气输气系统与传统的空气压缩机相比，体积更小，重量负载低，材料消耗少，提高了能源利用率。

技术领域

本发明属于空气压缩机技术领域，尤其涉及一种在低压环境下用于燃料电池的高压空气输气系统。

背景技术

燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能，没有污染。在实际使用过程中，其能量的转换效率也是普通内燃机的数倍。因此燃料电池具有很好的发展前景。高压空气输气系统是燃料电池系统的核心设备之一，其主要作用是为燃料电池系统提供无油的压缩空气。系统性能的好坏直接影响燃料电池系统的效率。

由于工作状况的限制，在超高空或者低压环境下工作的空气压缩机，空气压力低到只有几十千帕，这会引起空气压缩机的吸气比容和压比非常大，且转速不能太高。这将导致空气压缩机体积巨大，进而重量负载太大，增加了材料的使用。对于在超高空作业，把整套压缩机设备带到超高空并维持着进行工作，由于其体积和重量比较大，需要消耗大量的能量。如何解决这个问题对燃料电池或其他设备在超高空或者低压环境下工作具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在低压环境下用于燃料电池的高压空气输气系统，其特征在于，包括依次管道连接的空气过滤器、空气压缩机和燃料电池，其特征在于，燃料电池的出气口管道连接有隔膜压力回收装置；

隔膜压力回收装置包括高压腔和低压腔，高压腔和低压腔通过金属膜片隔开，高压腔设有高压腔进气口和高压腔排气口；低压腔设有低压腔进气口和低压腔排气口，高压腔进气口通过管道与燃料电池的出气口连通，低压腔进气口管道接通空气过滤器，低压腔出气口管道接通空压机，高压腔内高压气体通过挤压金属膜片使低压腔内低压气体变为中压气体。

进一步地，空气过滤器与空气压缩机连接的管道上设有调节阀，高压腔进气口设有吸气电磁控制阀，高压腔出气口设有排气电磁控制阀，低压腔进气口设有进气压力截止阀，低压腔出气口设有排气压力截止阀。

进一步地，调节阀的开关通过手动控制；排气电磁控制阀的开度控制信号来自于金属膜片的形变量；吸气电磁控制阀的开度控制信号来自于低压腔内的瞬时压力；吸气压力截止阀和排气压力截止阀的开关取决于低压腔内压力是否达中压，并使截止阀的阀门发生弹性形变。

进一步地，手动打开调节阀，从空气过滤器中过来的低压空气依次进入空压机、冷却器和燃料电池，低压空气经过燃料电池变成高压废气，吸气电磁控制阀收到低压腔瞬时压力信号打开，高压废气进入隔膜压力回收装置的高压腔，高压气体挤压金属膜片使低压腔内压力回收，并使低压腔内低压气体到中压气体后，排气压力截止阀打开进行排气，直至金属膜片达到最大形变量排气结束，排气压力截止阀关闭；

排气电磁控制阀收到金属膜片形变达到最大的信号打开，吸气电磁控制阀收到低压腔瞬时压力信号关闭，高压腔气体排出，金属膜片恢复形变进行抽气，低压腔压力低于外界，手动关闭调节阀，进气压力截止阀打开，低压空气进入隔膜压力回收装置的低压腔。同时，通过低压腔排出的中压气体依次经过空气压缩机、冷却器后进入燃料电池变为高压废气，最终进入高压腔，使低压腔内低压气体变为中压气体排出，由此形成高压气体通过隔膜压力回收装置使低压气体变为中压气体，中压气体通过冷却器变低压气体，低压气体通过燃料电池变高压气体的循环。

进一步地，空气压缩机与燃料电池连接的管道上设有用于冷却中压气体的冷却器。

进一步地，空气压缩机为无油空气压缩机。