氢氧燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及汽车燃料电池领域，特别涉及一种氢氧燃料电池系统。


背景技术：

2.近年来，国内氢氧燃料电池开发以车用质子交换膜燃料电池为主，已经具有系统自主开发能力且生产能力较强，主流车载燃料电池使用质子交换膜燃料电池，通过氢气和空气反应，发电的同时伴随着大量的热量的释放，现有技术中无法充分利用释放的热量，导致能量的浪费。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种氢氧燃料电池系统，旨在充分利用释放的热量，避免能量的浪费。
4.为实现上述目的，本发明提出一种氢氧燃料电池系统，包括：
5.电池堆；
6.供氢系统，用以向所述电池堆输送氢气；
7.供空气系统，形成有空气输入流路，用以向所述电池堆输送空气；
8.循环换热组件，所述循环换热组件上形成有工质循环流路，所述工质循环流路流经所述电池堆，所述工质循环流路包括用以回收自所述电池堆换热完成后汽化的工质的工质回收流路；以及，
9.热利用组件，包括设于所述工质回收流路上的第一涡旋膨胀机、以及设于所述空气输入流路上的第一涡旋压缩机，所述第一涡旋膨胀机与所述第一涡旋压缩机联动设置。
10.可选的，所述第一涡旋膨胀机和所述第一涡旋压缩机同轴布置，且通过第一连接轴相连接。
11.可选的，所述第一连接轴上设置有第一电机转子，所述第一电机转子用于与外界的定子结构组合形成发电机或者电动机，对应的，所述发电机的电输出端或者所述电动机的电输入端用于电连接可充电电池。
12.可选的，所述空气输入流路上设置有加湿器，所述加湿器用于连通水箱，以加湿流向所述第一涡旋压缩机的空气；和/或，
13.所述供空气系统还形成有空气输出流路，所述空气输出流路的一端连通所述电池堆，以将所述电池堆内未反应的空气输出，所述空气输出流路的另一端与所述工质回收流路相连通。
14.可选的，所述供氢系统形成有氢气循环流路，所述氢气循环流路包括氢气输入流路和氢气回收流路，所述氢气输入流路的一端和所述氢气回收流路的一端相连通，所述氢气输入流路的另一端和所述氢气回收流路的另一端分别与所述电池堆相连通。
15.可选的，所述氢气回收流路上设置有第一冷凝分离器，以分离回收的氢气与水汽。
16.可选的，所述氢气输入流路上设置有第二涡旋膨胀机；
17.所述氢气回收流路上设置有第二涡旋压缩机，所述第二涡旋压缩机和所述第二涡旋膨胀机联动设置。
18.可选的，所述氢气输入流路上还设置有第一伺服阀，以控制流向所述第二涡旋膨胀机的氢气的流量。
19.可选的，所述氢氧燃料电池系统还包括水位监测装置，所述水位监测装置用以监测所述电池堆内的水位；和/或，
20.所述氢氧燃料电池系统还包括温度检测装置，所述温度检测装置用以检测所述电池堆内的温度。
21.可选的，所述工质循环流路包括向所述电池堆输送液态工质的工质输出流路，所述工质输出流路上设置有加热器，以加热向所述电池堆输送的液态工质。
22.本发明的技术方案中，通过所述供氢系统向所述电池堆输送氢气，所述供空气系统形成有空气输入流路，以向所述电池堆输送空气，当空气和氢气进入所述电池堆中进行反应，发电的同时伴随着大量的热量的释放，当所述循环换热组件上形成的工质循环流路流经所述电池堆时，通过所述工质回收流路自所述电池堆换热完成后汽化的工质，因为所述工质回收流路上设置有第一涡旋膨胀机，汽化的所述工质流经过所述第一涡旋膨胀机，使得所述第一涡旋膨胀机由于内部压强增大转动，由于设于所述空气输入流路上的第一涡旋压缩机与所述第一涡旋压缩机联动设置，使得当所述第一涡旋膨胀机转动时，所述第一涡旋压缩机转动，实现对所述空气输入流路内的空气压缩增压以进入所述电池堆参与反应，充分利用释放的热量，避免能量的浪费。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的氢氧燃料电池系统的一是实施例的连接结构示意图；
25.图2为本发明提供的涡旋压缩膨胀一体机的一实施例的结构示意图；
26.图3为图2中动涡旋部件的结构示意图；
27.图4为图2中第一定涡旋盘的结构示意图。
28.附图标号说明：
[0029][0030][0031]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0032]
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的一部分实施例，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作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。
[0033]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能
够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0035]
近年来，国内氢氧燃料电池开发以车用质子交换膜燃料电池为主，已经具有系统自主开发能力且生产能力较强，主流车载燃料电池使用质子交换膜燃料电池，通过氢气和空气反应，发电的同时伴随着大量的热量的释放，现有技术中无法充分利用释放的热量，导致能量的浪费。
[0036]
请参阅图1，本发明提供一种氢氧燃料电池系统100，包括电池堆1、供氢系统、供空气系统、循环换热组件及热利用组件，所述供氢系统用以向所述电池堆1输送氢气，所述供空气系统形成有空气输入流路31，用以向所述电池堆1输送空气，所述循环换热组件上形成有工质循环流路，所述工质循环流路流经所述电池堆1，所述工质循环流路包括用以回收自所述电池堆1换热完成后汽化的工质的工质回收流路41，所述热利用组件包括设于所述工质回收流路41上的第一涡旋膨胀机51、以及设于所述空气输入流路31上的第一涡旋压缩机52，所述第一涡旋膨胀机51与所述第一涡旋压缩机52联动设置。
[0037]
本发明的技术方案中，通过所述供氢系统向所述电池堆1输送氢气，所述供空气系统形成有空气输入流路31，以向所述电池堆1输送空气，当空气和氢气进入所述电池堆1中进行反应，发电的同时伴随着大量的热量的释放，当所述循环换热组件上形成的工质循环流路流经所述电池堆1时，通过所述工质回收自所述电池堆1换热完成后汽化的工质，因为所述工质回收流路41上设置有第一涡旋膨胀机51，汽化的所述工质流经过所述第一涡旋膨胀机51，使得所述第一涡旋膨胀机51由于内部压强增大转动，由于设于所述空气输入流路31上的第一涡旋压缩机52与所述第一涡旋压缩机52联动设置，使得当所述第一涡旋膨胀机51转动时，所述第一涡旋压缩机52转动，实现对所述空气输入流路31内的空气压缩增压以进入所述电池堆1参与反应，充分利用释放的热量，避免能量的浪费。
[0038]
需要说明的是，所述氢氧燃料电池系统100的工作原理及所述第一涡旋膨胀机51和所述第一涡旋压缩机52的工作原理均属于已知技术，本申请对此不一一赘述。
[0039]
为了实现所述第一涡旋膨胀机51与所述第一涡旋压缩机52联动设置，所述第一涡旋膨胀机51和所述第一涡旋压缩机52同轴布置，且通过第一连接轴6相连接，如此设置，使得所述第一涡旋膨胀机51与所述第一涡旋压缩机52整体占地面积小，且结构简单。
[0040]
进一步地，所述第一连接轴6上设置有第一电机转子7，所述第一电机转子7用于与外界的定子结构组合形成发电机或者电动机，对应的，所述发电机的电输出端或者所述电动机的电输入端用于电连接可充电电池a，如此设置，当所述第一涡旋膨胀机51转动时，带动所述第一连接轴6转动，使得所述第一电机转子7转动，所述第一电机转子7与外界的定子结构组合形成发电机，所述发电机的电输出端电连接可充电电池a，将产生的电能存储至所述可充电电池a，进一步地实现了对热能的利用，当所述第一涡旋膨胀机51内的压强不能继续使得所述第一涡旋膨胀机51转动时，所述可充电电池a为所述电动机供电，所述电动机驱动所述第一连接轴6转动，从而使得所述第一涡旋膨胀机51与所述第一涡旋压缩机52继续转动。
[0041]
参照图1，所述空气输入流路31上设置有加湿器8，所述加湿器8连通水箱，以加湿流向所述第一涡旋压缩机52的空气，如此设置，当加湿的空气流经所述第一涡旋压缩机52时，实现了对所述第一涡旋压缩机52的润滑作用。
[0042]
为了进一步提高能量利用率，所述供空气系统还形成有空气输出流路32，所述空气输出流路32的一端连通所述电池堆1，以将所述电池堆1内未反应的空气输出，所述空气输出流路32的另一端与所述工质回收流路41相连通，如此设置，未反应的空气随着汽化的工质一同进入所述第一涡旋膨胀机51，进一步增大了所述第一涡旋膨胀机51内的压强，在实现驱动所述第一涡旋膨胀机51转动的同时，提高了所述第一涡旋膨胀机51的转速。
[0043]
为了充分利用氢气，所述供氢系统形成有氢气循环流路，所述氢气循环流路包括氢气输入流路21和氢气回收流路22，所述氢气输入流路21的一端和所述氢气回收流路22的一端相连通，所述氢气输入流路21的另一端和所述氢气回收流路22的另一端分别与所述电池堆1相连通，如此设置，通过所述氢气输入流路21向所述电池堆1中输入氢气，未反应的氢气通过所述氢气回收流路22自所述电池堆1中排出，因为所述氢气输入流路21的一端和所述氢气回收流路22的一端相连通，使得未反应的氢气重新自所述氢气输入流路21流入所述电池堆1中参与反应，避免未反应的氢气外排，导致氢气浪费。
[0044]
考虑到自所述电池堆1输出的氢气中含有水汽，所述氢气回收流路22上设置有第一冷凝分离器23，以分离回收的氢气与水汽，避免含有水汽的未反应的氢气重新流入电池堆1中参与反应，导致电池堆1内水位变化。
[0045]
参照图1，所述氢气输入流路21上设置有第二涡旋膨胀机211，所述氢气回收流路22上设置有第二涡旋压缩机221，所述第二涡旋压缩机221和所述第二涡旋膨胀机211联动设置，如此设置，当自所述氢气输入流路21流入的氢气的气压较大，以使得所述第二涡旋压缩机221转动，并带动所述第二涡旋膨胀机211转动，从而使得所述第二涡旋膨胀机211将所述电池堆1中未参与反应的氢气吸出，避免氢气在所述电池堆1积累，造成电池堆1内部压强出现波动。
[0046]
为了实现所述第二涡旋膨胀机211与所述第二涡旋压缩机221联动设置，所述第二涡旋膨胀机211和所述第二涡旋压缩机221同轴布置，且通过第二连接轴9相连接，如此设置，使得所述第二涡旋膨胀机211与所述第二涡旋压缩机221整体占地面积小，且结构简单。
[0047]
进一步地，所述第二连接轴9上设置有第二电机转子10，所述第二电机转子10用于与外界的定子结构组合形成发电机或者电动机，对应的，所述发电机的电输出端或者所述电动机的电输入端用于电连接可充电电池a，如此设置，当所述第二涡旋膨胀机211转动时，带动所述第二连接轴9转动，使得所述第二电机转子10转动，所述第二电机转子10与外界的定子结构组合形成发电机，所述发电机的电输出端电连接可充电电池a，将产生的电能存储至所述可充电电池a，进一步地实现了对热能的利用，当所述第二涡旋膨胀机211内的压强不能继续使得所述第二涡旋膨胀机211转动时，所述可充电电池a为所述电动机供电，所述电动机驱动所述第二连接轴9转动，从而使得所述第二涡旋膨胀机211与所述第二涡旋压缩机221继续转动。
[0048]
为了极大的缩小装置体积，氢氧燃料电池系统100采用将所述第二涡旋膨胀机211和所述第二涡旋压缩机221、所述第一涡旋膨胀机51与所述第一涡旋压缩机52均设置为无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20，参照图2至图4，所述无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20，包括壳体201、定涡旋部件202及动涡旋部件203，所述壳体201形成有安装腔2011，所述定涡旋部件202安装于所述安装腔2011内，包括沿前后向间隔布设的第一定涡旋盘2021和第二定涡旋盘2022，所述第一定涡旋盘2021和所述第二定涡旋盘2022相邻近的侧面分别对应设置有
第一定涡旋齿20211和第二定涡旋齿，所述动涡旋部件203沿前后向的轴线转动安装于所述安装腔2011内，所述动涡旋部件203包括动涡旋盘2031，所述动涡旋盘2031位于所述第一定涡旋盘2021和所述第二定涡旋盘2022之间，所述动涡旋盘2031朝向所述第一定涡旋盘2021的一侧面设置有第一动涡旋齿20311，所述第一动涡旋齿20311与所述第一定涡旋齿20211相配合，以限定出压缩腔，所述动涡旋盘2031朝向所述第二定涡旋盘2022的一侧面设置有第二动涡旋齿20312，所述第二动涡旋齿20312与所述第二定涡旋齿相配合，以限定膨胀腔，以在所述动涡旋盘2031转动时，所述压缩腔用于压缩工作流体，所述膨胀腔用于膨胀工作流体，通过在所述动涡旋盘2031朝向所述第一定涡旋盘2021的一侧面设置有第一动涡旋齿20311，所述第一动涡旋齿20311与所述第一定涡旋齿20211相配合，以限定出压缩腔，所述动涡旋盘2031朝向所述第二定涡旋盘2022的一侧面设置有第二动涡旋齿20312，所述第二动涡旋齿20312与所述第二定涡旋齿相配合，以限定膨胀腔，如此使得所述定涡旋部件202与所述动涡旋部件203结构紧凑，缩小了所述无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20的体积，且易于加工。
[0049]
具体地，参照图2，所述第一定涡旋盘2021的中部沿前后向贯设有第一穿设孔，所述第二定涡旋盘2022的中部沿前后向贯设有第二穿设孔，所述第二穿设孔与所述第一穿设孔同轴设置，所述动涡旋盘2031的中部沿前后向贯设有第三穿设孔，所述三穿设孔与所述第一穿设孔偏轴设置，所述无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20还包括固定安装于所述壳体201的电机，所述电机具有动力输出轴2041，所述动力输出轴2041的自由端依次穿过所述第一穿设孔、第三穿设孔及第二穿设孔后转动安装于所述壳体201，如此设置，当所述电机工作时，所述动力输出轴2041转动，带动所述动涡旋盘2031偏心运动，以使得所述第一动涡旋齿20311与所述第一定涡旋齿20211相配合限定出压缩腔，所述第二动涡旋齿20312与所述第二定涡旋齿相配合限定膨胀腔。
[0050]
需要说明的是压缩机和膨胀机分别形成所述压缩腔和所述膨胀腔的技术已经成熟，本申请在次不作赘述。
[0051]
所述动力输出轴2041包括沿前后向依次连接的第一轴段、第二轴段及第三轴段，所述第三轴段与所述第一轴段同轴设置，所述第二轴段与所述第一轴段偏轴设置，所述第一轴段与所述第一穿设孔之间转动连接，第二轴段与所述第三穿设孔固定连接，所述第三轴段与所述第二穿设孔转动连接，如此可以实现所述动涡旋盘2031相对所述第一定涡旋盘2021和所述第二定涡旋盘2022做偏心转动。
[0052]
动涡旋部件203经由动力输出轴2041而被驱动，从而借助例如十字滑环而能够相对于定涡旋部件202进行平动转动即绕动(亦即，动涡旋部件203的轴线相对于定涡旋部件202的轴线公转，但是动涡旋部件203本身并未绕其轴线旋转)。由此，由第一定涡旋齿20211与第一动涡旋齿20311限定的压缩腔，由第二定涡旋齿与第二动涡旋齿20312限定的压缩腔，所述压缩腔在所述动涡旋盘2031转动过程中所述逐渐由大变小，所述压缩腔中的压力也逐渐升高，从而处于所述压缩腔的工作流体(例如制冷剂)被压缩并最终从所述压缩腔排出，同理，所述膨胀腔在所述动涡旋盘2031转动过程中所述逐渐由小变大，所述膨胀腔中的压力也逐渐减小，从而处于所述膨胀腔的工作流体(例如制冷剂)被膨胀并最终从所述膨胀腔排出。
[0053]
为了使得所述无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20工作平稳，所述动力输出轴2041上
设有平衡块，所述平衡块用以动平衡所述动涡旋盘2031的偏心运动，避免所述动涡旋盘2031转动时，使得所述动力输出轴2041承受力矩导致所述动力输出轴2041长时间工作而损坏，且使得所述无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20工作平稳，效果好。
[0054]
在本申请的实施例中，所述第一定涡旋盘2021沿前后向贯设有压缩入口和压缩出口，所述压缩入口邻近所述第一定涡旋盘2021的周缘设置，所述压缩出口邻近所述第一定涡旋盘2021的中心设置，以在所述动涡旋盘2031转动时，带动所述压缩腔活动，使得所述压缩腔分别与所述压缩入口、所述压缩出口交替连通，如此设置，使得当所述压缩入口与所述压缩腔相连通时，工作流体进入所述压缩腔，随着所述动涡旋盘2031转动时，所述压缩腔的体积逐渐减小，实现对所述工作流体的压缩，当所述压缩出口与所述压缩腔相连通时，从所述压缩出口排出压缩的工作流体，结构简单，效果好。
[0055]
具体地，所述第二定涡旋盘2022沿前后向贯设有膨胀入口和膨胀出口，所述膨胀入口邻近所述第二定涡旋盘2022的周缘设置，所述膨胀出口邻近所述第二定涡旋盘2022的中心设置，以在所述动涡旋盘2031转动时，带动所述膨胀腔活动，使得所述膨胀腔分别与所述膨胀入口、所述膨胀出口交替连通，如此设置，使得当所述膨胀入口与所述膨胀腔相连通时，工作流体进入所述膨胀腔，随着所述动涡旋盘2031转动时，所述膨胀腔的体积逐渐增大，实现对所述工作流体的膨胀，当所述膨胀出口与所述膨胀腔相连通时，从所述膨胀出口排出膨胀的工作流体，结构简单，效果好。
[0056]
具体地，在本申请的实施例中，所述第一定涡旋齿20211的长度长于所述第二定涡旋齿的长度，且所述第一动涡旋齿20311的长度长于所述第二动涡旋齿20312的长度，通过将第二定涡旋齿和第二动涡旋齿20312设置为较短，可以确保工作流体在得到适当膨胀的同时避免在后期(即在膨胀腔即将与膨胀出口连通以便排出膨胀工作流体之前的期间)膨胀腔的容积过度变小而导致膨胀腔中的膨胀工作流体被过度压缩。
[0057]
另外，通过将第一定涡旋齿20211和第一涡旋齿设置为较长，可以确保获得较高的压缩比。而且，通过将第一定涡旋齿20211的径向内端和第一动涡旋齿20311的径向内端修正为具有合适的圆弧形状，可以使位于径向最内侧的中心压缩腔在排气时的余隙容积最小化。换言之，压缩腔在移动至径向最内侧时其内的工作流体体积几乎变为零，这意味着压缩腔中的压缩工作流体几乎能够完全被排出涡旋组件，从而提高压缩比并且改进涡旋组件的压缩机构的工作效率。
[0058]
为了实现所述无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20的散热，所述第一定涡旋盘2021和所述第二定涡旋盘2022相互远离的侧面分别设置有散热翅片，通过设置所述散热翅片，提高了所述无油润滑涡旋压缩膨胀一体机20在工作时的散热效果。
[0059]
为了提高所述散热翅片的散热效果，所述散热翅片的材质为扇热效果好的材质，比如，铜、铝等，具体地，在本申请的实施例中，所述散热翅片的材质为铜铝复合材料，如此设置，可大大提高所述散热翅片的散热效果，当然，在其他实施例中，所述散热翅片的材质可以根据需要进行选定，本申请对此不做限定。
[0060]
参照图1，所述氢气输入流路21上还设置有第一伺服阀212，通过所述第一伺服阀212控制流向所述第二涡旋膨胀机211的氢气的流量，避免流入所述第二涡旋膨胀机211的氢气的流量过大导致所述第二涡旋膨胀机211转动过快或者所述氢气的流量过小导致所述第二涡旋膨胀机211无法转动。
[0061]
具体地，所述氢氧燃料电池系统100还包括水位监测装置101，通过所述水位监测装置101监测所述电池堆1内的水位，避免所述电池堆1内的水位过高，导致所述电池堆1内发生水淹现象，引起电池堆1性能衰减和影响下次正常启动。
[0062]
具体地，所述氢氧燃料电池系统100还包括温度检测装置102，通过所述温度检测装置102检测所述电池堆1内的温度，以实时获取所述电池堆1内的温度，根据需要调整所述电池堆1的温度，避免所述电池堆1内温度过低或过高，导致电池堆1性能衰减和影响正常启动。
[0063]
考虑到在冬天所述电池堆1内部温度较低，所述工质循环流路包括向所述电池堆1输送液态工质的工质输出流路42，所述工质输出流路42上设置有加热器421，以加热向所述电池堆1输送的液态工质，可以使得电池堆1升温到合适的温度，再启动所述电池堆1开始工作，大大提高了所述电池堆1性能，效果好。
[0064]
需要说明的是，氢氧燃料电池系统100的电池堆1内的质子交换膜工作具有最佳的工作温度，为了使氢氧燃料电池系统100稳定工作，所选工质沸点应与所述质子交换膜工作温度相拟合，所选工质沸点和所述工作温度的温度差在比较小的范围内，具体地，所述工质可以是燃烧气体(正己烷或正戊烷)、水蒸汽、制冷剂以及空气等，本申请对此不做限定。
[0065]
参照图1，所述工质输出流路42上设置有第二冷凝分离器422，所述第二冷凝分离器422还设置在所述空气输出流路32上，如此设置，使得自所述电池堆1中排出的含有水汽的空气与所述第二冷凝分离器422进行换热，以分离回收空气与水汽，此时所述第二冷凝分离器422升温，使得流经所述第二冷凝分离器422内的所述工质升温，从而利用了所述电池堆1产生的热量。
[0066]
具体地，所述工质输出流路42一端连通所述工质箱b，所述工质箱b内存储有工质，所述工质输出流路42上还设置有工质泵423，通过所述工质泵423以将所述工质箱b内的工质抽出并通过所述工质输出流路42将所述工质输送至所述电池堆1进行换热。
[0067]
为回收利用与所述电池堆1换热后得到的汽化工质，所述工质回收流路41的一端连通所述工质箱b，且所述工质回收流路41上设置有第三冷凝分离器411，通过所述第三冷凝分离器411将处于气态的所述工质液化，使得液化的所述工质回流到所述工质箱b，实现了工质的循环利用。
[0068]
具体地，在本申请的氢氧燃料电池系统100的工作流程具体为：供氢系统工作时，通过使所述氢气输入流路21连通氢气储气罐c，通过打开所述氢气储气罐c的阀门，由伺服阀212控制氢气的流量，高压氢气经所述氢气输入流路21进入所述第二涡旋膨胀机211带动所述第二连接轴9转动，降压膨胀后的氢气经氢气输入流路21进入电池堆1中参与反应，因所述第二涡旋压缩机221和所述第二涡旋膨胀机211通过所述第二连接轴9连接，所以在所述第二涡旋压缩机221转动下，所述电池堆1中未能及时参与反应的氢气被及时吸出，避免氢气在所述电池堆1积累，造成所述电池堆1内部压强出现波动，通过所述水位监测装置101对所述电池堆1内的水位进行监测，通过在所述氢气回收流路22上设置第二伺服阀(图中未标出)控制氢气回吸的流速，以实现通过所述第二涡旋压缩机221吸出未反应的氢气的同时可将反应产生的水汽带出，保证所述电池堆1中离子浓度稳定，吸出的氢气和水汽进入所述第一冷凝分离器23，对氢气和水汽降温，以将水汽凝结液化流入水箱，冷却后的氢气通过所述氢气回收流路22与所述第二涡旋膨胀机211流出的氢气合流，再次进入所述电池堆1中参
与反应，通过在氢气合流处安装单行阀(图中未标出)，能保证氢气按设计好的方向流动，同时由于所述第二连接轴9上设置有第二电机转子10，所述第二电机转子10与外界的定子结构组合形成发电机，所述发电机的电输出端电连接可充电电池a，实现给可充电电池a充电，随着所述氢气的持续供应，所述氢气贮气罐中压力降低，不足以使所述第二涡旋膨胀机211带动所述第二连接轴9转动时，可以通过所述可充电电池a给所述第二电机转子10供电，使得所述第二涡旋膨胀机211和所述第二涡旋压缩机221继续转动，上述过程中，未反应的的氢气中含有水汽流经所述第二涡旋压缩机221实现了水降温和水润滑密封的目的，避免了采用油润滑对氢气产生污染，影响氢氧燃料电池系统100的使用。
[0069]
具体地，在本申请的氢氧燃料电池系统100的工作流程具体为：供空气系统工作时，通过所述加湿器8给空气加湿，通过可充电电池a给所述电动机供电，使得所述电动机的所述第一电机转子7转动，所述第一电动机转子位于所述第一连接轴6上，从而带动所述第一涡旋压缩机52和所述第一涡旋膨胀机51开始工作，加湿后的空气经所述第一涡旋压缩机52压缩增压后通过所述空气输入流路31进入所述电池堆1参与反应，未参与反应的空气则经所述第一涡旋膨胀机51吸出，送至所述第二冷凝分离器422，使得未反应的所述空气与携带的水汽凝结流入水箱，未参与反应的空气降温排入大气中，上述过程中，空气中携带的水汽均可实现对所述第一涡旋压缩机52和所述第一涡旋膨胀机51的水降温和水润滑密封的目的，避免了由油润滑对供应空气产生污染，影响氢氧燃料电池系统100的使用。
[0070]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种氢氧燃料电池系统，其特征在于，包括：电池堆；供氢系统，用以向所述电池堆输送氢气；供空气系统，形成有空气输入流路，用以向所述电池堆输送空气；循环换热组件，所述循环换热组件上形成有工质循环流路，所述工质循环流路流经所述电池堆，所述工质循环流路包括用以回收自所述电池堆换热完成后汽化的工质的工质回收流路；以及，热利用组件，包括设于所述工质回收流路上的第一涡旋膨胀机、以及设于所述空气输入流路上的第一涡旋压缩机，所述第一涡旋膨胀机与所述第一涡旋压缩机联动设置。2.如权利要求1所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述第一涡旋膨胀机和所述第一涡旋压缩机同轴布置，且通过第一连接轴相连接。3.如权利要求2所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述第一连接轴上设置有第一电机转子，所述第一电机转子用于与外界的定子结构组合形成发电机或者电动机，对应的，所述发电机的电输出端或者所述电动机的电输入端用于电连接可充电电池。4.如权利要求1所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述空气输入流路上设置有加湿器，所述加湿器用于连通水箱，以加湿流向所述第一涡旋压缩机的空气；和/或，所述供空气系统还形成有空气输出流路，所述空气输出流路的一端连通所述电池堆，以将所述电池堆内未反应的空气输出，所述空气输出流路的另一端与所述工质回收流路相连通。5.如权利要求1所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述供氢系统形成有氢气循环流路，所述氢气循环流路包括氢气输入流路和氢气回收流路，所述氢气输入流路的一端和所述氢气回收流路的一端相连通，所述氢气输入流路的另一端和所述氢气回收流路的另一端分别与所述电池堆相连通。6.如权利要求5所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述氢气回收流路上设置有第一冷凝分离器，以分离回收的氢气与水汽。7.如权利要求5所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述氢气输入流路上设置有第二涡旋膨胀机；所述氢气回收流路上设置有第二涡旋压缩机，所述第二涡旋压缩机和所述第二涡旋膨胀机联动设置。8.如权利要求7所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述氢气输入流路上还设置有第一伺服阀，以控制流向所述第二涡旋膨胀机的氢气的流量。9.如权利要求1所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述氢氧燃料电池系统还包括水位监测装置，所述水位监测装置用以监测所述电池堆内的水位；和/或，所述氢氧燃料电池系统还包括温度检测装置，所述温度检测装置用以检测所述电池堆内的温度。10.如权利要求1所述的氢氧燃料电池系统，其特征在于，所述工质循环流路包括向所述电池堆输送液态工质的工质输出流路，所述工质输出流路上设置有加热器，以加热向所述电池堆输送的液态工质。
技术总结
本发明公开氢氧燃料电池系统，包括电池堆、供氢系统、供空气系统、循环换热组件及热利用组件，通过供氢系统向电池堆输送氢气，通过供空气系统形成的空气输入流路向电池堆输送空气，空气和氢气进入电池堆中反应，发电的同时伴随着大量的热量的释放，当工质循环流路流经电池堆时，通过工质回收流路回收自所述电池堆换热完成后汽化的工质，因为工质回收流路上设置有第一涡旋膨胀机，汽化的工质流经过第一涡旋膨胀机，使得第一涡旋膨胀机转动，带动与第一涡旋压缩机联动设置的第一涡旋压缩机转动，实现对空气输入流路内的空气压缩增压以进入电池堆参与反应，充分利用释放的热量。充分利用释放的热量。充分利用释放的热量。


技术研发人员：刘祯 李正 马飞 吴华伟 谢东升
受保护的技术使用者：湖北文理学院
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2021/6/29