[实用新型]一种燃料电池用空气压缩机的布置结构

说明书

一种燃料电池用空气压缩机的布置结构，包括电动压缩机、涡轮压缩机、中冷器和燃料电池反应堆；电动压缩机和涡轮压缩机串联连接；电动压缩机包括电动机、一级压缩机和二级压缩机；电动机的输出轴一端连接有一级压缩机，另一端连接有二级压缩机；一级压缩机与二级压缩机串联连接；涡轮压缩机包括三级压缩机、涡轮机和空气轴承；涡轮机的输出轴通过空气轴承连接有三级压缩机；从三级压缩机出来的压缩空气进入中冷器冷却，后进入燃料电池反应堆，与氢气化学反应生成电和水，从燃料电池反应堆排出的废气被涡轮机吸收。本实用新型所述的一种燃料电池用空气压缩机的布置结构，保证涡轮压缩机能够运行到高转速，提高涡轮机的压缩比，使其做更多的功。

技术领域

本实用新型涉及空压机技术领域，具体涉及一种燃料电池用空气压缩机的布置结构。

背景技术

质子交换膜式的燃料电池系统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成高压空气，然后送入燃料电池阴极，空气中的氧气与阳极的氢气进行电化学反应，生成的产物是电和水，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，所以燃料电池动力系统非常的清洁环保，并且氢气有很多制造方法，属于清洁可再生能源，目前世界各国都在大力推动氢燃料电池动力系统的开发推广。

为了回收利用燃料电池高压废气中的能量，目前已经出现了带有涡轮膨胀机的空气压缩机，即涡轮膨胀机回收废气能量，辅助电机驱动压缩机，这样可以降低电机的功率需求，显著提高燃料电池系统的效率。不过涡轮膨胀机占用了原先两级压缩机中的一个位置，所以带有涡轮膨胀机的空压机受限于轴承的稳定性，只能采用单级压缩机。由于目前绝大多数高速电机的转速上限只能达到12万转，所以带有涡轮膨胀机的单级压缩机方案能够覆盖功率范围还是会受到限制，不适用于大功率燃料电池堆。

目前燃料电池应用的范围还主要集中在轻型商用车领域，比如公交车、物流车、货车等，而对于重型商用车，比如重型卡车、渣土车、重型机械等需求的电堆功率比轻型商用车要大很多，所以对于空气压缩机的压力、流量需求也会大很多。目前已有的单级压缩机、两级压缩机、带有膨胀机的单级压缩机均不能满足要求。如果继续提高电机功率和压气机尺寸以满足电堆要求的话会有很多难度，比如无法兼顾低负荷和高负荷工况、电机功率过大，喘振余量不足等，所以推广难度很大，成本也比较高，不具备很强的可行性。

实用新型内容

有鉴于现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种燃料电池用空气压缩机的布置结构，将涡轮压缩机采用空气轴承的结构，保证涡轮压缩机能够运行到高转速，提高涡轮机的压缩比，使其做更多的功，同时设有旁通结构，从而保证空气轴承在低负荷时能够稳定转动，提高空气轴承和空压机的使用寿命。

为了实现上述提高涡轮机的压缩比，使其做更多的功以及提高空气轴承、空压机的使用寿命的目的，本实用新型通过以下技术方案得以实现：

一种燃料电池用空气压缩机的布置结构，包括电动压缩机、涡轮压缩机、中冷器和燃料电池反应堆；电动压缩机和涡轮压缩机串联连接；电动压缩机包括电动机、一级压缩机和二级压缩机；电动机的输出轴一端连接有一级压缩机，电动机的另一端连接有二级压缩机；一级压缩机与二级压缩机串联连接；涡轮压缩机包括三级压缩机、涡轮机和空气轴承；涡轮机的输出轴通过空气轴承连接有三级压缩机；经一级压缩机压缩的空气进入二级压缩机，在二级压缩机内压缩，从二级压缩机出来的压缩空气进入三级压缩机，在三级压缩机内压缩，从三级压缩机出来的压缩空气进入中冷器冷却降温，后进入燃料电池反应堆，部分氧气与氢气化学反应生成电和水，剩余从燃料电池反应堆排出的压缩空气被涡轮机吸收。

本实用新型所述的一种燃料电池用空气压缩机的布置结构，是一个电动两级压缩机和涡轮压缩机串联组成的空压机组，可以实现更高大的压缩比和更大的流量，设置涡轮压缩机采用空气轴承的结构，空气轴承可以对转轴进行支撑和润滑，保证涡轮压缩机能够运行到高转速，从而提高涡轮机的压缩比，使其做更多的功，同时涡轮机回收废气能量，辅助驱动三级压缩机，提高空气压缩机的节能性，降低整体的单位能耗。