專利名稱：一種可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及燃料電池的輔助設(shè)備，尤其涉及一種可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池可用作一切車、船等運載工具的動力系統(tǒng)，又可用作手提式、移動式、固定式的發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池一般用氫氣或含富態(tài)氫或醇類作燃料。在用作車、船動力系統(tǒng)或移動式、固定式發(fā)電站時一般用空氣作氧化劑。質(zhì)子交換膜燃料電池用作車、船動力系統(tǒng)或移動式、固定式發(fā)電站時必須包括電池堆、燃料供應(yīng)、空氣供應(yīng)、冷卻散熱、自動控制及電能輸出各個部分。其中空氣供應(yīng)是必不可少的。理論上燃料電池輸出功率與空氣供應(yīng)的需求量有一定的比例關(guān)系。但在實際運行過程中，空氣供應(yīng)量往往比理論需求量大很多，一方面是燃料電池中由于電化學(xué)反應(yīng)使氧氣消耗而產(chǎn)生氧氣濃度降低，需要用過量的空氣及時補(bǔ)充；另一方面是燃料電池中電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物水需要及時用過量的空氣將其帶走，否則過量的水會導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部泛濫，空氣中的氧氣無法擴(kuò)散到電極內(nèi)部參與化學(xué)反應(yīng)。所以，適當(dāng)足量的空氣輸送對提高燃料電池的運行效率非常重要。
目前可以用于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)空氣輸送的裝置主要有以下二類(1)借助于容積的變化來實現(xiàn)空氣壓縮的壓縮機(jī)，例如渦旋空氣壓縮機(jī)，螺桿式空氣壓縮機(jī)，活塞式空氣壓縮機(jī)。
(2)借助于快速運動的空氣來實現(xiàn)空氣壓縮的風(fēng)泵或風(fēng)機(jī)，例如高壓、中壓、低壓鼓風(fēng)機(jī)、滑片式風(fēng)泵等。
目前，第一類空氣壓縮機(jī)可以實現(xiàn)高壓空氣輸送給燃料電池，一般可達(dá)1至5個大氣壓(相對壓力)，但這類空氣壓縮機(jī)由于空氣壓縮比大，壓縮熱也較大，導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗較大。雖然質(zhì)子交換膜燃料電池隨著工作壓力增大輸出性能大大增高，但由于壓縮機(jī)消耗的功率也增高，整個燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率反而降低。而且這一類空氣壓縮機(jī)械對加工精度要求很高，因此造價較高。另外，實現(xiàn)高壓向燃料電池輸送空氣時，對燃料電池中的連接管路、接頭、閥門以及控制系統(tǒng)要求也很高，因此造價也較高。
第二類空氣壓縮機(jī)械實際上是鼓風(fēng)機(jī)，這一類壓縮空氣機(jī)械也可以實現(xiàn)低壓向燃料電池輸送空氣。這一類空氣壓縮機(jī)械往往是輸送空氣壓力低，流量可以較大，優(yōu)點是功耗消耗較小，造價低，而且燃料電池低壓運行支持系統(tǒng)簡單、便宜。為了有利于空氣中的氧氣向電極內(nèi)部擴(kuò)散，加快電化學(xué)反應(yīng)，往往將燃料電池中的導(dǎo)流極板導(dǎo)流場設(shè)計成蛇形狀。這種導(dǎo)流場設(shè)計一般使空氣流動產(chǎn)生較大的阻力，使空氣就輸送時產(chǎn)生較大的壓力降。所以第二類空氣壓縮機(jī)械由于產(chǎn)生的空氣壓縮壓力太低，往往無法較順暢地克服導(dǎo)流場的阻力，將燃料電池產(chǎn)生的水帶出燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置。
本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置，包括燃料電池堆、風(fēng)機(jī)、貯氫瓶、冷卻水循環(huán)泵、冷卻散熱器，所述的燃料電池堆設(shè)有進(jìn)、出空氣口，進(jìn)、出氫氣口，進(jìn)、出冷卻水口，所述的貯氫瓶與燃料電池的進(jìn)氫氣口連接，所述的冷卻水循環(huán)泵的進(jìn)口與燃料電池的出冷卻水口連接，所述的冷卻散熱器的進(jìn)口與冷卻水循環(huán)泵的出口連接，冷卻散熱器的出口與燃料電池的進(jìn)冷卻水口連接，其特征在于，所述的風(fēng)機(jī)包括供氣風(fēng)機(jī)、排氣風(fēng)機(jī)，所述的供氣風(fēng)機(jī)與燃料電池的進(jìn)空氣口連接，所述的排氣風(fēng)機(jī)與燃料電池的出空氣口連接。
還包括空氣過濾器，該空氣過濾器與供氣風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連接。
這種向燃料電池輸送空氣的裝置避免了采用第一類高壓向燃料電池輸送空氣的壓縮機(jī)械帶來的種種技術(shù)缺陷，又利用了第二類低壓向燃料電池輸送空氣的風(fēng)機(jī)功耗低等優(yōu)點，其特點是采用兩個低壓風(fēng)機(jī)，一個是供氣風(fēng)機(jī)，其旋轉(zhuǎn)方向是向燃料電池供應(yīng)空氣，另一個是排氣風(fēng)機(jī)，其旋轉(zhuǎn)方向是吸入燃料電池排出的空氣，由于排氣風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)作用，使供氣風(fēng)機(jī)向燃料電池輸送空氣可以較容易地克服極板上導(dǎo)流場的空氣阻力，并且把生成水帶出燃料電池，從而可提高燃料電池的運行性能。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置，包括燃料電池堆1、供氣風(fēng)機(jī)2、排氣風(fēng)機(jī)3、貯氫瓶4、冷卻水循環(huán)泵5、冷卻散熱器6、空氣過濾器7；所述的燃料電池堆1設(shè)有進(jìn)空氣口11、出空氣口12，進(jìn)氫氣口13、出氫氣口14，進(jìn)冷卻水口15、出冷卻水口16，所述的供氣排氣風(fēng)機(jī)與燃料電池的進(jìn)空氣口11連接，所述的排氣排氣風(fēng)機(jī)與燃料電池的出空氣口12連接，所述的貯氫瓶4與燃料電池的進(jìn)氫氣口13連接，所述的冷卻水循環(huán)泵5的進(jìn)口與燃料電池的出冷卻水口16連接，所述的冷卻散熱器6的進(jìn)口與冷卻水循環(huán)泵5的出口連接，冷卻散熱器6的出口與燃料電池的進(jìn)冷卻水口15連接，所述的空氣過濾器7與供氣排氣風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連接。
在本實用新型中，供氣風(fēng)機(jī)的吸氣口與空氣過濾器相連接，供氣風(fēng)機(jī)排氣口與一只4KW燃料電池堆的空氣進(jìn)氣口相連，而排氣風(fēng)機(jī)的吸氣口與4KW燃料電池堆空氣排氣口相連接，燃料電池生成的水與過量的空氣從排氣風(fēng)機(jī)的排氣口排出。供氣風(fēng)機(jī)與排氣風(fēng)機(jī)都是同一型號的離心式風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)功耗為250W，靜壓大約為0.2Bar，空氣流量最大1～2立方米/分。若單獨采用供氣風(fēng)機(jī)向燃料電池堆輸送空氣，該燃料電池堆工作性能與輸送功率無法得到保障，經(jīng)常發(fā)生燃料電池內(nèi)部積水，但采用排氣風(fēng)機(jī)后，該燃料電池可以穩(wěn)定長期輸出4KW，兩個風(fēng)機(jī)消耗總功率大約為400～500W。其余燃料電池系統(tǒng)中的氫氣供應(yīng)與冷卻散熱子系統(tǒng)與正常的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的情況保持一樣(注燃料電池堆采用內(nèi)增濕結(jié)構(gòu))。
這種新的向燃料電池輸送空氣的裝置，具有空氣供應(yīng)機(jī)械本身功耗低，價格低廉，而且整個燃料電池運行系統(tǒng)在低壓下運行，系統(tǒng)本身簡單，造價低，并且運行可靠，系統(tǒng)控制本身簡單等優(yōu)點。
權(quán)利要求1.一種可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置，包括燃料電池堆、風(fēng)機(jī)、貯氫瓶、冷卻水循環(huán)泵、冷卻散熱器，所述的燃料電池堆設(shè)有進(jìn)、出空氣口，進(jìn)、出氫氣口，進(jìn)、出冷卻水口，所述的貯氫瓶與燃料電池的進(jìn)氫氣口連接，所述的冷卻水循環(huán)泵的進(jìn)口與燃料電池的出冷卻水口連接，所述的冷卻散熱器的進(jìn)口與冷卻水循環(huán)泵的出口連接，冷卻散熱器的出口與燃料電池的進(jìn)冷卻水口連接，其特征在于，所述的風(fēng)機(jī)包括供氣風(fēng)機(jī)、排氣風(fēng)機(jī)，所述的供氣風(fēng)機(jī)與燃料電池的進(jìn)空氣口連接，所述的排氣風(fēng)機(jī)與燃料電池的出空氣口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置，其特征在于，還包括空氣過濾器，該空氣過濾器與供氣風(fēng)機(jī)的進(jìn)口連接。
專利摘要本實用新型涉及一種可提高燃料電池運行性能的空氣輸送裝置，包括燃料電池堆、風(fēng)機(jī)、貯氫瓶、冷卻水循環(huán)泵、冷卻散熱器，其特征在于，所述的風(fēng)機(jī)包括供氣風(fēng)機(jī)、排氣風(fēng)機(jī)，該供氣風(fēng)機(jī)與排氣風(fēng)機(jī)分別與燃料電池的進(jìn)、出空氣口連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型不但具有空氣供應(yīng)機(jī)械本身功耗低、制造成本低等優(yōu)點，而且可以使整個燃料電池運行系統(tǒng)在低壓下運行，從而可降低運行成本，提高系統(tǒng)可靠性。
文檔編號H01M8/04GK2577451SQ0226004
公開日2003年10月1日 申請日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者胡里清 申請人:上海神力科技有限公司