[發(fā)明專利]燃料電池?fù)醢迨交諌簷C(jī)及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010828574.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-09
• 公開（公告）號(hào): CN112012927B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅顯平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 肇慶高新區(qū)伙伴汽車技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): F04C23/02
• 分類號(hào): F04C23/02;F04C29/02;F04C29/04;F04C29/00;F01C13/04;F01C21/04;F01C21/06;F01C21/02;H01M8/04111
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本發(fā)明公開了能達(dá)到燃料電池車用空壓機(jī)的要求，能輸出無油壓縮空氣的燃料電池?fù)醢迨交諌簷C(jī)；由燃料電池?fù)醢迨交諌簷C(jī)構(gòu)成的燃料電池。燃料電池?fù)醢迨交諌簷C(jī)，包括空壓機(jī)、電動(dòng)機(jī)、膨脹機(jī)，空壓機(jī)是擋板式滑片空壓機(jī)和膨脹機(jī)是擋板式滑片膨脹機(jī)，都是容積效率較高的容積式擋板式滑片機(jī)，定子內(nèi)壁和或滑片具有自潤(rùn)滑功能，或每塊滑片頭部設(shè)有圓柱滾軸，使滑片壓向定子內(nèi)表面接觸時(shí)構(gòu)成滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，使其無油潤(rùn)滑工作。能輸出無油壓縮空氣，能效高，小型化，低噪聲，能小流量高壓比工況下地運(yùn)行，良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，能降低燃料電池造價(jià)，能用作燃料電池車用空壓機(jī)。由燃料電池?fù)醢迨交諌簷C(jī)構(gòu)成的燃料電池能作汽車用燃料電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池空壓機(jī)，具體來說涉及適用于燃料電池使用的燃料 電池?fù)醢迨交諌簷C(jī)及其裝置。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池電池堆、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、熱 及水管理系統(tǒng)，如果說電池堆是燃料電池系統(tǒng)中的心臟，那么空氣供應(yīng)系統(tǒng)就 是讓心臟強(qiáng)勁跳動(dòng)的肺，同樣在燃料電池的供氣方面扮演重要角色。其中，空 氣供應(yīng)系統(tǒng)總成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的20％，能耗約占燃料電池輸出功率 的20％左右，占輔助系統(tǒng)總能耗80％。

燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括空氣過濾器、空壓機(jī)、電機(jī)、中冷器、增濕 器和膨脹機(jī)，關(guān)鍵部件為空氣壓縮機(jī)，由空壓機(jī)、電動(dòng)機(jī)、膨脹機(jī)三個(gè)部件組 成，是提升燃料電池功率密度和效率的核心裝置之一。空氣壓縮機(jī)的性能對(duì)燃 料電池系統(tǒng)的效率、緊湊性等有著重要影響，在其他條件相同的情況下，一個(gè) 與燃料電池系統(tǒng)匹配程度高的空氣壓縮機(jī)往往能直接提升燃料電池的整體性 能。

燃料電池電動(dòng)汽車相比純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃油汽車等汽車造 價(jià)昂貴，但更加環(huán)保、能效高，為此目前人們已開發(fā)出燃料電池空氣壓縮機(jī)分 別有：

無油潤(rùn)滑雙渦圈渦旋式空壓機(jī)是適合用于燃料電池的空壓機(jī)結(jié)構(gòu)形式， 具有效率高、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、可靠性高等特點(diǎn)。

螺桿式空壓機(jī)利用螺桿之間形成的空氣槽來壓縮空氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、具有寬的流量范圍和良好的壓比、流量特性。

離心式空壓機(jī)屬于葉片式空壓機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)和效 率高等特點(diǎn)。

螺旋式交叉滑片壓縮機(jī)，螺旋式交叉滑片結(jié)構(gòu)是一種富有創(chuàng)造性的機(jī)械 結(jié)構(gòu)，屬于容積式機(jī)械。兩組呈90°的滑片鏈相互嚙合形成壓縮空腔，并通過 交叉旋轉(zhuǎn)來壓縮空氣。

羅茨式空壓機(jī)作為原型機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由電機(jī)和膨脹機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。

人們通過對(duì)目前燃料電池空氣壓縮機(jī)進(jìn)行性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，渦旋式空壓機(jī)、 螺桿式空壓機(jī)、螺旋式交叉滑片壓縮機(jī)和羅茨式空壓機(jī)，不是存在葉片間存在 相互摩擦，噪聲和質(zhì)量較大，就是存在難以與渦輪匹配工作，無法回收排氣能 量問題，顯然空壓機(jī)的寄生功率會(huì)使能耗約占去燃料電池輸出功率的20％左右， 不利于節(jié)能，現(xiàn)有技術(shù)的滑片式空壓機(jī)更是榜上無名，離心式壓縮機(jī)具有更大 的性能優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景，被視為當(dāng)前燃料電池空壓機(jī)的最佳方案。

人們總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出適用于燃料電池車用空壓機(jī)需要滿足以下要求：

1.能輸出無油壓縮空氣。潤(rùn)滑油會(huì)使電堆發(fā)生中毒，因此空壓機(jī)需要 采用水潤(rùn)滑軸承或空氣軸承。

2.能效高。空壓機(jī)的寄生功率巨大，其效率直接影響著燃料電池系統(tǒng) 的性能。

3.小型化和低成本。燃料電池受其功率密度和成本的限制，小型化和 低成本有助于燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化。

4.低噪聲。空壓機(jī)是燃料電池系統(tǒng)最大的噪聲源之一，空壓機(jī)的噪聲 必須被控制。

5.喘振線在小流量區(qū)。可以實(shí)現(xiàn)燃料電池在小流量高壓比工況下地運(yùn) 行。

6.良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。當(dāng)需求功率發(fā)生變化時(shí)，空氣流量和壓力需 進(jìn)行無延遲地進(jìn)行調(diào)整，以跟蹤輸出功率的變化。