[發(fā)明專利]一種液力驅(qū)動的燃料電池增壓進(jìn)氣系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711125663.6
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107946613A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫軍
• 申請（專利權(quán)）人: 孫軍
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;B60K13/02
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所37218
• 代理人: 支文彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液力驅(qū)動的燃料電池增壓進(jìn)氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)

空氣供給系統(tǒng)需要為電堆的穩(wěn)定、優(yōu)化運(yùn)行提供適當(dāng)壓力、溫度、濕度的壓縮空氣，是質(zhì)子膜燃料電池的關(guān)鍵設(shè)備?？諝夤┙o系統(tǒng)的性能對燃料電池系統(tǒng)的效率、體積、重量和瞬態(tài)響應(yīng)性等均具有重要影響。燃料電池是在一定的溫度、濕度和氣體壓力下進(jìn)行，也伴隨一定的熱量的釋放，空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空氣具有高溫、高濕、高壓、大流量和無油的特征，油液的介入會降低燃料電池催化劑的催化作用，大大降低燃料電池發(fā)動機(jī)功率輸出。

然而，現(xiàn)有增壓進(jìn)氣系統(tǒng)存在較多技術(shù)局限性。

第一，離心式壓氣機(jī)具有能量效率高、輸出壓力高、增壓氣體濕度變化小、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等比較優(yōu)勢，被認(rèn)為是具有前途的增壓進(jìn)氣路線，得到廣泛關(guān)注。國內(nèi)外多個對比文獻(xiàn)分別提出了基于離心式原理的、使用高速電動機(jī)驅(qū)動離心式增壓葉輪電動增壓器方案，也有類似產(chǎn)品的技術(shù)報道。離心壓氣機(jī)特性表明，流量和增壓比都隨著轉(zhuǎn)速升高而增大。為了提高壓力和流量，離心式空壓機(jī)往往采用超高轉(zhuǎn)速20KRPM，甚至高達(dá)100KRPM，致使高速電機(jī)轉(zhuǎn)子中永磁體材料承受離心力的破壞作用。

第二，高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子支撐技術(shù)方面遇到極大挑戰(zhàn)。例如，由于高速電動機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)質(zhì)量較大、磁場作用脈動等因素，難以滿足平衡平穩(wěn)、耐強(qiáng)震動、無油氣污染、耐高轉(zhuǎn)速等技術(shù)要求。近年來行業(yè)資料、專利公報等報道了電動增壓器采用空氣懸浮軸承、或者液浮軸承。但是氣浮軸承存在啟動過程效果差、抗振動沖擊能力弱的缺點(diǎn)；而采用液浮軸承則必須保證干式電機(jī)轉(zhuǎn)子，以降低功耗；需要保持電機(jī)轉(zhuǎn)子相對潤滑介質(zhì)密封，密封工藝和壽命方面的制約因素難以解決。

第三，低于十千瓦功率量級的電機(jī)的整體效率較低，而且高速電機(jī)的散熱和冷卻問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種實(shí)現(xiàn)燃料電池清潔供氣且發(fā)揮液壓懸浮軸承優(yōu)勢的液力驅(qū)動的燃料電池增壓進(jìn)氣系統(tǒng)。

本發(fā)明克服其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種液力驅(qū)動的燃料電池增壓進(jìn)氣系統(tǒng)，其特征在于，包括：

殼體，其內(nèi)部具有空腔，所述殼體的空腔的一端設(shè)置容納液力渦輪的渦形液體流道；所述殼體上設(shè)置有液體流道入口及出液口；

轉(zhuǎn)子軸，通過液浮軸承Ⅰ轉(zhuǎn)動安裝于殼體中；

液力渦輪、同軸安裝于轉(zhuǎn)子軸的中間部位，其與液體流道相配合；

壓氣機(jī)殼體，安裝于殼體一端，其設(shè)置有空氣進(jìn)口及壓縮空氣出口，所述壓縮空氣出口連接于燃料電池的陰極進(jìn)氣通道；

壓氣機(jī)葉輪，位于壓氣機(jī)殼體內(nèi)，且其同軸安裝于轉(zhuǎn)子軸的一端；

排氣渦殼體，安裝于殼體另一端，其設(shè)置有進(jìn)氣口及尾氣出口，所述進(jìn)氣口連接于燃料電池的陰極排氣通道；以及

排氣渦輪，位于排氣渦殼體內(nèi)，且其同軸安裝于轉(zhuǎn)子軸的另一端；

所述液體流道入口連接于燃料電池系統(tǒng)的液體泵的高壓力端，所述殼體上的出液口連接液體泵的低壓力回流端。

為了提高對軸承的潤滑，上述殼體上設(shè)置有與液浮軸承Ⅰ相連通的潤滑通道。

為了進(jìn)氣順暢，上述壓氣機(jī)殼體的空氣進(jìn)口與轉(zhuǎn)子軸的軸向相同軸。

為了排氣順暢，上述排氣渦殼體的尾氣出口與轉(zhuǎn)子軸的軸向相同軸。

為了提高密封性，還包括設(shè)置于轉(zhuǎn)子軸與殼體之間將液浮軸承Ⅰ與壓氣機(jī)葉輪相隔離的密封件Ⅱ。

為了提高密封性，還包括設(shè)置于殼體中的隔離盤，轉(zhuǎn)子軸穿過隔離盤的中心孔并同軸心，所述隔離盤與轉(zhuǎn)子軸之間設(shè)置有將排氣渦輪與液力渦輪相隔離的密封件Ⅰ。

為了實(shí)現(xiàn)徑向支撐，還包括設(shè)置于殼體中的軸承座，所述軸承座安裝有液浮軸承Ⅱ，轉(zhuǎn)子軸與液浮軸承Ⅱ的內(nèi)孔配合安裝，液浮軸承Ⅱ?qū)⑥D(zhuǎn)子軸的徑向力傳遞至軸承座。

為了提高對軸承的潤滑，所述軸承座上設(shè)置有與液浮軸承Ⅱ相連通的潤滑通道。

為了降低軸向力，上述壓氣機(jī)葉輪與液力渦輪沿軸向的布置方向相同，液力渦輪與排氣渦輪沿軸向的布置方向相反。