[发明专利]一种带有涡轮膨胀机的空压系统在审

专利信息
申请号: 202011247147.2 申请日: 2020-11-10
公开(公告)号: CN112360569A 公开(公告)日: 2021-02-12
发明(设计)人: 顾茸蕾;王燕青 申请(专利权)人: 海德韦尔(太仓)能源科技有限公司
主分类号: F01D15/08 分类号: F01D15/08;F01D11/04;F01D11/00;F04D25/04;F04D25/08;F04D25/16;F04D17/10;H01M8/04111;H01M8/04119
代理公司: 上海旭诚知识产权代理有限公司 31220 代理人: 郑立
地址: 215400 江苏省苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 带有 涡轮 膨胀 系统
【说明书】:

发明公开了一种带有涡轮膨胀机的空压系统,包括:压缩机;与压缩机的排气口依次连接的中冷器和加湿器,加湿器与燃料电池连接;压缩机排出的压缩气体依次经过中冷器和加湿器后进入到燃料电池;与压缩机同轴设置的电机;与电机同轴设置的涡轮膨胀机,且涡轮膨胀机和压缩机分别位于电机的两侧;涡轮膨胀机被配置为在燃料电池排出的空气的驱动下,与电机一起驱动压缩机;密封气路,密封气路从中冷器的排气口连接至电机与涡轮膨胀机之间,密封气路能够防止涡轮膨胀机中的空气进入到电机内。本发明的空压系统,避免了对电机的易生锈部件进行防锈处理,降低了制造成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域,尤其涉及一种带有涡轮膨胀机的空压系统,用于给燃料电池供给空气。

背景技术

燃料电池是一种高效清洁的新能源动力系统,空气压缩机将空气压缩,然后送入燃料电池阴极,空气与阳极的氢气进行化学反应,生成的产物是电能和水,还有部分热量随着多余的空气排放到大气中,除此外没有其他对环境有污染的产物,所以燃料电池非常的清洁环保,目前各国都在大力推动氢燃料电池动力系统的开发推广。

燃料电池专用的空气压缩机是氢燃料电池动力系统里面非常重要的一个零部件,其作用是为燃料电池的阴极提供一定压力和一定流量的压缩空气,满足燃料电池反应对于空气中氧气的需求。由于润滑油膜对于燃料电池的寿命影响很大,所以为了防止压缩空气中含有润滑油,空压机需要在无油环境中运行,而且空压机的运行转速要求比较高,每分钟转速可高达十几万转,传统的采用滚珠轴承设计鼓风机、压缩机是很难实现这一点的,所以带空气轴承的超高速空气压缩机应运而生。目前燃料电池空压机有单级压缩的,也有两级压缩的。单级压缩即一个电机驱动一个压轮,而两级压缩就是一个电机驱动两个压轮,一个是低压级,另一个是高压级,高压级和低压级是串联的,空气经过低压级压缩后再进入高压级进行第二次压缩,所以两级压缩机比单级压缩机获得的空气压力和流量要高,可适用的燃料电池功率范围更大。

但是在两级压缩机中,进入燃料电池电堆的压缩空气中仅有一部分氧气参与反应,其他压缩空气会被排出到大气中,容易造成这部分高压气体所携带的能量被浪费。

在现有技术中,有些会采用带有涡轮膨胀机的空气压缩机,将燃料电池排出的高压空气引流至与电机同轴安装的涡轮,以吹动涡轮转动。涡轮的转动会辅助电机驱动压缩机。但是,这也带来一个问题,燃料电池排出的高压空气中含有一定水蒸气,导致高压空气中的水分可以通过涡轮机与点击可之间的缝隙进入到电机壳内部,容易造成电机的定子、转子、轴承等部件生锈。为了解决这一问题,现有技术采用的手段是对电机中的容易生锈的部件进行防锈处理,但是这种处理方式会造成成本高昂。

因此,本领域的技术人员致力于开发一种带有涡轮膨胀机的空压系统,通过设置在涡轮膨胀机与电机之间的密封结构,能够防止燃料电池排出的高压空气中的水分进入到电机内,而无需对电机的易生锈部件进行防锈处理。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是如何防止从燃料电池排出的吹向涡轮的气体中的水蒸气通过涡轮机与电机壳之间的间隙进入电机壳内部,导致使电机容易生锈。

为实现上述目的,本发明提供了一种带有涡轮膨胀机的空压系统,包括:

压缩机;

与所述压缩机的排气口依次连接的中冷器和加湿器,所述加湿器被配置为与燃料电池连接;其中,所述压缩机排出的压缩气体依次经过所述中冷器和所述加湿器后进入到燃料电池;

与所述压缩机同轴设置的电机,所述电机被配置为能够驱动所述压缩机;

与所述电机同轴设置的所述涡轮膨胀机,且所述涡轮膨胀机和所述压缩机分别位于所述电机的两侧;所述涡轮膨胀机被配置为在所述燃料电池排出的空气的驱动下,与所述电机一起驱动所述压缩机;

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