[发明专利]一种燃料电池用双螺杆压缩膨胀一体机

说明书

本发明公开了一种燃料电池用双螺杆压缩膨胀一体机，高压孔口均设置在靠近机体中间的位置，低压孔口均设置在机体两端；压缩机阴转子和膨胀机阳转子同轴连接并固定，压缩机阳转子和膨胀机阴转子也通过转子轴连接，但压缩机阳转子与转子轴固定，而膨胀机阴转子与转子轴间隙配合，存在相互滑动；膨胀机低压侧与电机相连。本发明不仅减少了轴承的数量，降低了体积、重量和成本，而且利用转子齿数比有效降低了膨胀机的转速，实现了压缩机和膨胀机的流量匹配，同时利用了压缩机转子与膨胀机转子受力的平衡作用，有效降低了轴承的载荷，减少了轴承的功耗损失，解决了膨胀机低负荷时回收功少的问题。

技术领域

本发明涉及双螺杆机械领域，特别涉及一种燃料电池用双螺杆压缩膨胀一体机。

背景技术

在能源危机及环境保护的双重压力下，氢燃料电池由于其能量转换效率高、环境友好、可再生和噪声低等优点，受到各界格外关注。空压机作为燃料电池供气子系统中最重要的部件，其主要工作是将大气环境中的空气加压至燃料电池组最佳操作压力，并根据实际工况需求提供所需的空气质量流量，可以大幅提高燃料电池的功率密度和效率、减小体积和成本。

双螺杆压缩机由于效率高、压比大、可靠性高等优点，已被广泛应用于燃料电池空压机。空压机的动力来源同样是从燃料电池中获得，提高空气供应系统的压力要求，也意味着空压机的消耗功率的增加，因此，在空压机排气压力大于2.5bar时，可以采用膨胀机来回收部分功，提高系统效率。但是采用膨胀机也存在以下问题：增大了供气系统的体积、重量和成本；在低负荷运转时，膨胀机由于回收功少，甚至会成为寄生功率损失，例如，中国专利200510041994.2。

为了一定程度上解决上述问题，文献“DEVELOPMENT OF WATER LUBRICATEDCOMRPESSOR-EXPANDER FOR FUEL CELL APPLICATION”中提供了一种双螺杆压缩膨胀一体机，其在一根轴上同时加工出压缩机阳转子和膨胀机阳转子，在另一根轴上同时加工出压缩机阴转子和膨胀机阴转子，压缩机转子段和膨胀机转子段之间安装有隔板，其结构的优点在于显著减小了供气系统的体积、重量和成本。此外，通过将高压孔口设置在机体中间位置，有效降低轴承载荷及寄生损失。

由于膨胀机的质量流量通常只有压缩机的80％～90％，膨胀机需要与压缩机的流量进行匹配(或通过降低膨胀机转速，或通过采用直径更小的膨胀机转子)，但是上述一体机中压缩机和膨胀机同类转子连接(压缩机阳转子和膨胀机阳转子相连，压缩机阴转子和膨胀机阴转子相连)，膨胀机转子和压缩机转子型线完全相同，为了满足膨胀机和压缩机的流量匹配，需要减小膨胀机的高压孔口，而膨胀机的高压孔口过小，会导致膨胀机进气阻力损失(进气压力损失)增大，明显降低膨胀机的回收功。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池用双螺杆压缩膨胀一体机。解决现有双螺杆压缩膨胀一体机的膨胀机高压孔口面积过小以及进气压力损失大、回收功少的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种燃料电池用双螺杆压缩膨胀一体机，该压缩膨胀一体机包括机体，所述机体包括机壳以及设置于机壳内的第一转子轴、第二转子轴以及相互分隔的压缩机转子和膨胀机转子，压缩机转子包括可转动啮合的压缩机阳转子和压缩机阴转子，膨胀机转子包括可转动啮合的膨胀机阳转子和膨胀机阴转子，膨胀机阳转子和压缩机阴转子固定在第一转子轴上，压缩机阳转子固定在第二转子轴上，膨胀机阴转子可转动的支撑在第二转子轴上。

所述机壳上设置有压缩机高压排气口、压缩机低压进气口、膨胀机低压排气口及膨胀机高压进气口，压缩机高压排气口和压缩机低压进气口分别位于压缩机转子的旋转工作面的两侧(相对于压缩机阴、阳转子轴线所在水平面采用上下相对设置)，膨胀机低压排气口和膨胀机高压进气口分别位于膨胀机转子的旋转工作面的两侧(相对于膨胀机阴、阳转子轴线所在水平面采用上下相对设置)。