[發明專利]一種帶能量回收單元的燃料電池用可變截面空壓機

在審

• 申請號: 202110783272.3
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113339292A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 吳少祥;魏明波;潘紅軍;李猛;段沖;張哲;申帥龍;杜洪水;馮洋
• 申請（專利權）人: 蜂巢蔚領動力科技（江蘇）有限公司
• 主分類號: F04D25/06
• 分類號: F04D25/06;F04D29/00;F04D29/70;F04D29/58;F01K25/14;F01K27/00;F01K13/02;F01D17/12
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 沈鑫

本發明公開了一種帶能量回收單元的燃料電池用可變截面空壓機，包括，電機殼，電機殼兩端設置有壓機端和渦端，壓機端用于壓縮空氣，供燃料電池使用，渦端用來回收燃料電池反應后廢氣中多余能量，減少能源浪費，渦端內設置有截面調節機構，通過在渦流端增加角度調節結構，可控制氣體的流通面積，在低速小流量時，減小氣體流通面積，保持較高的壓比，更容易推動渦輪轉動，提高空壓機響應性，充分利用廢氣中能量；可根據需求對葉片開度實現精準控制，使各工況性能達到最優，充分利用燃料電池化學反應后產生廢氣中的能量，減少電機的電能消耗，大大提高燃料電池的工作效率。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其是一種帶能量回收單元的燃料電池用可變截面空壓機。

背景技術

燃料電池是將燃料與氧劑由外部供給，進行反應，將燃料具有的化學能直接轉變為電能的發電裝置。由于燃料電池經化學反應后排放出的有害氣體較少，噪音較小且效率較高，在目前全球排放法規加嚴的情況下，燃料電池得到了更多的應用，而作為給燃料電池提供空氣的核心零部件空壓機也更多地進入了行業的視野，現有空壓機一般是由外部電源供電帶動轉子軸轉動，壓縮空氣，供燃料電池使用。

由于燃料電池經化學反應產生的能量不能全部轉化為電能，部分能量會隨廢氣直接排入大氣，存在能量浪費問題，現有燃料電池產生的廢氣在經過處理后會直接排入大氣，很少對其廢氣中帶有的能量進行再次利用。本專利旨在設計一種帶能量回收功能的新型可變截面空壓機，用來回收燃料電池反應后廢氣中多余能量，減少能源浪費。

現有帶能量回收功能的空壓機專利，由上海空間電源研究所提出，專利中由電機進行驅動，帶動電機轉子軸旋轉，轉子軸兩端分別有渦輪機和壓輪機，渦輪機與壓輪中，分別有渦輪和壓輪，電機通過轉子軸帶動壓輪轉動，壓縮空氣，供燃料電池使用，燃料電池電堆內，空氣與氫氣經化學反應產生具有一定溫度和壓力的廢氣，廢氣流入渦輪機，帶動渦輪旋轉，從而帶動轉子軸旋轉，減小電機的能量損耗，提高電堆的工作效率。在電堆廢氣出口與渦輪機廢氣入口之間設有旁通閥，可在渦端廢氣量過多時，直接打開旁通閥，旁通掉廢氣，但旁通閥結構只可控制氣體流量，一般是在廢氣流量較大時旁通部分廢氣，而不可控制氣體流通面積，控制不精準，且當廢氣流量較小時，不能通過減小氣體流通面積獲得較高的壓比，不能充分利用廢氣能量。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例，在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中所存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明所要解決的技術問題是提供一種可根據電堆需求以及廢氣流量，精準調節廢氣流通面積，對廢氣能量進行充分回收利用的可變截面空壓機。該可變截面空壓機可在低速小流量時，通過減小氣體流通面積，保持較高的壓比，更容易推動渦輪轉動，提高空壓機響應性，充分利用廢氣中能量；在高速大流量時也可增大廢氣流通面積，減小排氣背壓，到達一般大渦輪的效果，同時在廢氣過多時，通過增大氣體流通面積，可防止渦輪轉速過高，損壞轉子軸，而不再需要外置旁通閥結構，且通過電控系統精準控制廢氣流通面積，可使各工況性能達到最優，減小電機的電能消耗。

為更充分利用廢氣中能量，本發明提供如下技術方案：一種帶能量回收單元的燃料電池用可變截面空壓機，包括電機殼，電機殼兩端設置有壓機端和渦端，壓機端用于壓縮空氣，供燃料電池使用，所述渦端用來回收燃料電池反應后廢氣中多余能量，減少能源浪費，渦端內設置有氣體流通截面調節機構。

作為本發明所述帶能量回收單元的燃料電池用可變截面空壓機的一種優選方案，其中：電機殼包括轉子軸和電機，轉子軸一端連接有壓輪，另一端連接有渦輪，轉子軸由電機驅動旋轉。

作為本發明所述帶能量回收單元的燃料電池用可變截面空壓機的一種優選方案，其中：壓機端包括壓輪，壓輪外側包圍設置有壓殼，壓殼設置有空氣入口和空氣出口，空氣入口內連接有加熱過濾機構。