[實用新型]一種燃料電池用空氣壓縮機的布置結構

有效

• 申請號: 202221658645.0
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN217719688U
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 俞宇楓;曾強;辛宇;葉世嘉
• 申請（專利權）人: 海德韋爾（太倉）能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04111;H01M8/04007
• 代理公司: 蘇州市方略專利代理事務所(普通合伙) 32267
• 代理人: 李瑞清

一種燃料電池用空氣壓縮機的布置結構，包括電動壓縮機、渦輪壓縮機、中冷器和燃料電池反應堆；電動壓縮機和渦輪壓縮機串聯連接；電動壓縮機包括電動機、一級壓縮機和二級壓縮機；電動機的輸出軸一端連接有一級壓縮機，另一端連接有二級壓縮機；一級壓縮機與二級壓縮機串聯連接；渦輪壓縮機包括三級壓縮機、渦輪機和空氣軸承；渦輪機的輸出軸通過空氣軸承連接有三級壓縮機；從三級壓縮機出來的壓縮空氣進入中冷器冷卻，后進入燃料電池反應堆，與氫氣化學反應生成電和水，從燃料電池反應堆排出的廢氣被渦輪機吸收。本實用新型所述的一種燃料電池用空氣壓縮機的布置結構，保證渦輪壓縮機能夠運行到高轉速，提高渦輪機的壓縮比，使其做更多的功。

技術領域

本實用新型涉及空壓機技術領域，具體涉及一種燃料電池用空氣壓縮機的布置結構。

背景技術

質子交換膜式的燃料電池系統是一種高效清潔的新能源動力系統，空氣壓縮機將空氣壓縮成高壓空氣，然后送入燃料電池陰極，空氣中的氧氣與陽極的氫氣進行電化學反應，生成的產物是電和水，還有部分熱量隨著多余的空氣排放到大氣中，除此外沒有其他對環境有污染的產物，所以燃料電池動力系統非常的清潔環保，并且氫氣有很多制造方法，屬于清潔可再生能源，目前世界各國都在大力推動氫燃料電池動力系統的開發推廣。

為了回收利用燃料電池高壓廢氣中的能量，目前已經出現了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。不過渦輪膨脹機占用了原先兩級壓縮機中的一個位置，所以帶有渦輪膨脹機的空壓機受限于軸承的穩定性，只能采用單級壓縮機。由于目前絕大多數高速電機的轉速上限只能達到12萬轉，所以帶有渦輪膨脹機的單級壓縮機方案能夠覆蓋功率范圍還是會受到限制，不適用于大功率燃料電池堆。

目前燃料電池應用的范圍還主要集中在輕型商用車領域，比如公交車、物流車、貨車等，而對于重型商用車，比如重型卡車、渣土車、重型機械等需求的電堆功率比輕型商用車要大很多，所以對于空氣壓縮機的壓力、流量需求也會大很多。目前已有的單級壓縮機、兩級壓縮機、帶有膨脹機的單級壓縮機均不能滿足要求。如果繼續提高電機功率和壓氣機尺寸以滿足電堆要求的話會有很多難度，比如無法兼顧低負荷和高負荷工況、電機功率過大，喘振余量不足等，所以推廣難度很大，成本也比較高，不具備很強的可行性。

實用新型內容

有鑒于現有技術存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種燃料電池用空氣壓縮機的布置結構，將渦輪壓縮機采用空氣軸承的結構，保證渦輪壓縮機能夠運行到高轉速，提高渦輪機的壓縮比，使其做更多的功，同時設有旁通結構，從而保證空氣軸承在低負荷時能夠穩定轉動，提高空氣軸承和空壓機的使用壽命。

為了實現上述提高渦輪機的壓縮比，使其做更多的功以及提高空氣軸承、空壓機的使用壽命的目的，本實用新型通過以下技術方案得以實現：

一種燃料電池用空氣壓縮機的布置結構，包括電動壓縮機、渦輪壓縮機、中冷器和燃料電池反應堆；電動壓縮機和渦輪壓縮機串聯連接；電動壓縮機包括電動機、一級壓縮機和二級壓縮機；電動機的輸出軸一端連接有一級壓縮機，電動機的另一端連接有二級壓縮機；一級壓縮機與二級壓縮機串聯連接；渦輪壓縮機包括三級壓縮機、渦輪機和空氣軸承；渦輪機的輸出軸通過空氣軸承連接有三級壓縮機；經一級壓縮機壓縮的空氣進入二級壓縮機，在二級壓縮機內壓縮，從二級壓縮機出來的壓縮空氣進入三級壓縮機，在三級壓縮機內壓縮，從三級壓縮機出來的壓縮空氣進入中冷器冷卻降溫，后進入燃料電池反應堆，部分氧氣與氫氣化學反應生成電和水，剩余從燃料電池反應堆排出的壓縮空氣被渦輪機吸收。

本實用新型所述的一種燃料電池用空氣壓縮機的布置結構，是一個電動兩級壓縮機和渦輪壓縮機串聯組成的空壓機組，可以實現更高大的壓縮比和更大的流量，設置渦輪壓縮機采用空氣軸承的結構，空氣軸承可以對轉軸進行支撐和潤滑，保證渦輪壓縮機能夠運行到高轉速，從而提高渦輪機的壓縮比，使其做更多的功，同時渦輪機回收廢氣能量，輔助驅動三級壓縮機，提高空氣壓縮機的節能性，降低整體的單位能耗。