[發明專利]一種燃料電池單級高速離心空壓機與膨脹機集成系統

有效

• 申請號: 202210560555.6
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114893419B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 邢子義;謝元豪;王升科
• 申請（專利權）人: 煙臺東德實業有限公司
• 主分類號: F04D17/10
• 分類號: F04D17/10;F04D25/04;F04D25/08;F04D29/58;F04D29/02;F01D15/08;F01D15/10;F01D25/32;F01D11/00;F01D25/00;F01D25/26;H02K7/14;H02K7/18;H02K9/19
• 代理公司: 濟南魯科專利代理有限公司 37214
• 代理人: 姜月磊

一種燃料電池單級高速離心空壓機與膨脹機集成系統，膨脹機外殼，膨脹端軸承座、膨脹端導向器均采用不銹鋼材質，表面進行表面硬化、硬質氧化或陶化處理；壓縮蝸輪和膨脹葉輪采用合金或陶瓷材質；主軸采用高鎳合金或不銹鋼材質；定子進行灌封或注塑處理；主軸與膨脹端導向器之間設有擋環密封結構；膨脹機與電機、壓縮裝置內部設有分水風冷結構。集成程度高，占用空間小，達到節能降耗目的；分水濾芯可使冷卻氣體內的大部分水蒸氣凝結成水并回流至膨脹機內，避免了水進入電機內部造成電機水淹，擋環密封結構避免了互相磨損，壽命長；大大降低了氣蝕的影響，從整體上提升了整個設備的防腐性能，延長了的壽命，保證了的性能。

技術領域：

本發明涉及一種燃料電池單級高速離心空壓機與膨脹機集成系統。

背景技術：

目前發展新能源燃料電池汽車被認為是交通能源動力轉型的重要環節，為了保障燃料電池發動機正常工作，發動機一般需要氫氣供應子系統、空氣供應子系統和循環水冷卻管理子系統等輔助系統，大量的研究表明，高壓、大流量的空氣供應對提高現有燃料電池發動機的功率輸出具有明顯的效果。因此，一般空氣進入發動機之前，要對進氣進行增壓，離心式空壓機就是實現該目標的一種能量轉換裝置，是燃料電池發動機空氣供應系統的重要零部件之一。

目前的單級高速離心空壓機，如公開號為CN110247504A，名稱為一種用于氫燃料電池雙冷式超高速離心空壓機電機總裝的專利申請，其結構主要包括殼體、定子和主軸，殼體一端內側安裝用于支撐主軸的軸承座，軸承座外側安裝擴壓器，主軸穿出擴壓器安裝蝸輪，蝸輪外安裝有蝸殼，蝸殼上設有進氣口和出氣口，擴壓器與軸承座之間的主軸上套設有止推盤。這種結構的單級高速離心壓縮機，主要存在以下缺點：

(1)從燃料電池排出的氣體，經常會利用膨脹機進行降低能耗，目前所有的單級高速離心空壓機與膨脹機都是分體設置的兩套設備，使用時都是單獨使用，集成程度低，占用空間大，目前還沒有將單級高速離心空壓機與膨脹機集成的技術出現。

(2)目前的單級高速離心壓縮機，工作時，主軸轉速超過10000r/min，由于其轉速很高，工作時內部會產生大量的熱量，這些熱量如果不及時排出形成熱量堆積，會出現因內部溫度過高導致被迫停機的情況。現在一般都通過外部水冷和內部風冷兩種形式對離心壓縮機進行降溫，其中，內部風冷形式要求離心壓縮機內部零件具有導風功能，在內部形成供空氣行進的合理的導通路線才能對各部件進行充分降溫，公開號為CN110247504A的專利中就是公開了通過冷卻水道和冷卻葉輪進行降溫的雙冷卻結構，但是，這僅限于單級高速離心壓縮機的結構形式。而如果將單級高速離心壓縮機與膨脹機集成，上述結構則不適用，一是沒有冷卻葉輪的安裝空間，二是膨脹機內的混合氣體，濕度非常大，這些混合氣體如果直接用來對電機內部進行降溫，會在電機內部產生大量積水，造成電機水淹而無法工作，同時對電機定子和主軸造成腐蝕，影響電機的使用壽命。

(3)在將膨脹機與壓氣機連接安裝時，從燃料電池出來的混合氣體進入膨脹機，其成本主要包含液態水、汽態水、氮氣、少量氧氣、少量氫氣等，膨脹機內的混合氣體會從壓氣機的電機主軸縫隙泄漏至電機腔內部，對電機的定子和主軸造成腐蝕，影響電機的壽命。而普通的接觸式密封圈，由于主軸工作時高速旋轉，很容易將密封圈磨損，導致間隙增大，出現密封失效的情況。

(4)從燃料電池出來的混合氣體，其成本主要包含液態水、汽態水、氮氣、少量氧氣、少量氫氣等，而現在高速離心空壓機與膨脹機的各零部件基本都是采用鋁合金材質，時間久了容易受到氣蝕破壞，氣蝕主要是指金屬表面受到壓力大、頻率高的沖擊而剝蝕以及氣泡內夾帶的少量氧氣等活潑氣體對金屬表面的電化學腐蝕等，使金屬表面呈現海綿狀、魚鱗狀破壞的一種現象，特別是膨脹機外殼，與混合氣體面積大，直接受到混合氣體沖刷，在使用過程中氣蝕嚴重，甚至導致無法使用，從而縮短膨脹機的壽命，影響膨脹機的性能。

綜上，單級高速離心壓縮機與膨脹機的上述問題，已成為行業內亟需解決的技術難題。

發明內容：