[發明專利]一種壓氣機和包括壓氣機的空氣壓縮機以及燃料電池裝置

在審

• 申請號: 202110239154.6
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN114754024A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 顧茸蕾;王燕青
• 申請（專利權）人: 海德韋爾（太倉）能源科技有限公司
• 主分類號: F04D29/40
• 分類號: F04D29/40;F04D29/66;F04D27/02;F04D25/04;F04D25/06;F01D9/06;H01M8/04111;H01M8/2457;H01M8/04082
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本申請提供了一種壓氣機，應用于燃料電池裝置。燃料電池裝置包括燃料電池堆、電機、壓氣機以及渦輪膨脹機，電機被配置為驅動壓氣機與渦輪膨脹機，壓氣機的出氣口與燃料電池堆連接，渦輪膨脹機的進氣口與燃料電池堆連接，其特征在于，壓氣機包括第一連接機構，渦輪膨脹機包括第二連接機構，第一連接機構與第二連接機構連接，還包括控制閥，控制閥設置于第一連接機構與第二連接機構的連接處，控制閥被配置為控制第一連接機構與第二連接機構的聯通。本申請能夠采用大直徑的壓輪，同時還能夠起到消除喘振的效果。

技術領域

本申請涉及燃料電池領域，特別是一種壓氣機和包括壓氣機的空氣壓縮機以及燃料電池裝置。

背景技術

燃料電池專用的空氣壓縮機是氫燃料電池動力系統里面非常重要的一個零部件，其作用是為燃料電池的陰極提供一定壓力和一定流量的壓縮空氣，滿足燃料電池反應對于空氣中氧氣的需求。目前燃料電池空氣壓縮機有單級壓縮的，也有兩級壓縮的。單級壓縮即一個電機驅動一個壓輪，而兩級壓縮就是一個電機驅動兩個壓輪，一個是低壓級，另一個是高壓級，高壓級和低壓級是串聯的，空氣經過低壓級壓縮后再進入高壓級進行第二次壓縮，所以兩級壓縮機比單級壓縮機獲得的空氣壓力和流量要高，可適用的燃料電池功率范圍更大。其中進入燃料電池電堆的壓縮空氣僅有一部分氧氣參與反應，其余壓縮空氣會被排出到大氣中，被燃料電池堆排出的壓縮空氣仍然有很高的壓力，所以這部分高壓空氣直接排放到大氣中的話，高壓氣體所攜帶的能量也就被浪費掉了。

為了回收利用燃料電池堆廢氣中的能量，現有技術中存在帶有渦輪膨脹機的空氣壓縮機，即渦輪膨脹機回收廢氣能量，輔助電機驅動壓縮機，這樣可以降低電機的功率需求，顯著提高燃料電池系統的效率。

一種常見的包含渦輪膨脹機的空氣壓縮機的結構如圖1所示，包括壓氣機1、電機3和渦輪膨脹機2。由于渦輪膨脹機2占用了一個電機3的驅動位置，所以帶有渦輪膨脹機2的空氣壓縮機受限于電機軸承的穩定性，只能采用單級壓氣機。由于現有技術中絕大多數電機3的轉速上限只能達到12萬轉，所以單級壓氣機為了滿足燃料電池堆對于壓縮比(即壓縮空氣的壓強與大氣壓強的比值，壓縮比越高即指壓縮空氣的壓強越高)的要求，就需要采用大直徑的壓輪。但是當燃料電池堆5在中低負荷工作時，對空氣流量的需求減小，但對空氣的壓縮比的要求不變，仍然需要保持較高的壓縮比。而壓氣機1產生的空氣壓縮比和流量呈正比，即為了產生較高的壓縮比，同時會還產生較大流量的空氣。此時壓氣機1產生的壓縮空氣流量大于燃料電池堆5的需求量，而多余的壓縮空氣會產生回流，從而導致壓氣機1發生喘振，嚴重的喘振可能導致壓氣機1損壞失效。如果采用減小壓輪直徑的方案，減小壓縮空氣的流量，會導致無法滿足燃料電池堆5在滿負荷工作時對于空氣壓縮比的要求，從而減小燃料電池堆5的發電功率。如果將多余的壓縮空氣直接排放到大氣中，會造成能量的浪費。

此外，在現有技術中，渦輪膨脹機2在膨脹做功過程中會有液態水析出，導致系統可靠性降低。

因此，現有技術中存在滿負荷的空氣壓縮比與中低負荷的喘振現象無法兩全的問題。本領域技術人員期望研究一種壓氣機，并將這種壓氣機應用于空氣壓縮機和燃料電池裝置中，以解決現有技術中存在的問題。

發明內容

本申請提供了一種壓氣機，包括壓氣出氣口，還包括第一連接機構，所述第一連接機構與所述壓氣出氣口連接，所述第一連接機構被配置為可將流經所述壓氣出氣口的氣體分流。

進一步地，所述第一連接機構包括第一管道，所述第一管道與所述壓氣出氣口聯通。

進一步地，所述第一管道包括第一多通管道，所述第一多通管道的其中一個接口與所述壓氣出氣口聯通。

進一步地，所述第一連接機構還包括控制閥，所述控制閥與所述第一管道連接。

進一步地，所述第一連接機構還包括控制閥，所述控制閥與所述第一多通管道連接。