CN109378503B - 一种具有能量回收装置的燃料电池空压机 - Google Patents
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Abstract
一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，包括与燃料电池反应装置的排气管相连的能量回收装置，所述能量回收装置与空气压缩装置相连，所述空气压缩装置通过进气管与燃料电池反应装置相连，它具有节能环保、节约能量、成本低的优点，解决了现有技术中的问题。
Description
技术领域
本发明涉及化学热力学中燃料电池技术领域，尤其涉及一种具有能量回收装置的燃料电池空压机
背景技术
燃料电池是将燃料具有的化学能直接转变为电能的发电装置，是将燃料与氧化剂由外部供给，进行反应。其中比较典型的燃料电池为氢氧燃料电池，氢氧燃料电池的反应是电解水的逆过程，电极反应式为：负极：H2+2OH-→2H2O+2e-，正极：1/2O2+H2O+2e-→2OH-。燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极和空气极、及两侧气体流路构成。气体流路的作用是使燃料气体和空气能在流路中通过。所以通常在反应池外部设有空压机为其提供空气(氧气)，在此过程中也会产生不溶于电解质的无用气体，这些气体由于反应程度的剧烈，也会具有一定的压力。这些具有一定压力的气体直接排入到大气中会导致能量的浪费，故很多发电厂也针对这些气体进行处理。但是，现有的发电厂大多对产生的气体进行无污染处理，然后将其排掉，很少对其气体带有的能量进行再次利用。因此，本申请是针对燃料电池反应后产生的气体具有的压力能进行再次利用，节约能量。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
发明内容
本发明提供了一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，它具有节能环保、节约能量、成本低的优点，解决了现有技术中的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，包括与燃料电池反应装置的排气管相连的能量回收装置，所述能量回收装置与空气压缩装置相连，所述空气压缩装置通过进气管与燃料电池反应装置相连。
能量回收装置包括动力转换装置和与动力转换装置相连的动力传动装置，所述动力传动装置与空气压缩装置相连。
优选地，空气压缩装置包括与动力传动装置相连的电机，所述电机与压气装置相连。
优选地，动力转换装置包括与排气管相连的第一壳体，所述第一壳体上还设有与后续工序相连的排气口，所述第一壳体内设有动力转换涡轮，动力转换涡轮为喇叭状并且为壳体状，外壁设有螺旋叶片，其开口朝向动力传动装置方向，所述动力转换涡轮通过传动轴与动力传动装置相连。
优选地，动力传动装置包括第二壳体，所述第二壳体通过第一轴承座与第一壳体连接，所述第一轴承座内设有第一轴承，所述动力转换涡轮穿过第一轴承与动力传动装置相连，所述第二壳体内设有与传动轴相连的第一旋转磁体，所述第一旋转磁体通过磁感应带动与其对正设置的第二旋转磁体旋转，所述第二旋转磁体通过单向轴承与电机的第一输出轴相连。
优选地，动力传动装置包括第二壳体，所述第二壳体通过第一轴承座与第一壳体连接，所述第一轴承座内设有第一轴承，所述动力转换涡轮穿过第一轴承与动力传动装置相连，所述第二壳体内设有与传动轴相连的第一旋转磁体，所述第一旋转磁体与传动轴之间通过单向轴承连接，所述第二壳体内还设有与第一旋转磁体对正设置的第二旋转磁体，所述第二旋转磁体与电机的第一输出轴相连。
优选地，电机外围设有第三壳体，所述第三壳体通过第二轴承座与第二壳体相连，所述第二轴承座内设有第二轴承，所述第二旋转磁体穿过第二轴承与电机的第一输出轴相连，所述电机上还设有第二输出轴，所述第二输出轴与压气装置相连。
优选地，压气装置包括通过第三轴承座与第三壳体相连的第四壳体，所述第三轴承座内设有第三轴承，所述第四壳体内设有能够将气体进行压缩的涡轮，所述涡轮穿过第三轴承与电机上的第二输出轴相连，所述第四壳体上设有与燃料电池反应装置相连的进气管和与外界空气相连的进气口。
进一步优选地，第一旋转磁体包括与传动轴相连的涡流盘，所述涡流盘内镶嵌有第一软铁，所述第二旋转磁体包括与电机第一输出轴相连的永磁体固定盘，所述永磁体固定盘靠近第一旋转磁体的侧面上设有若干个磁性不同的永磁体，所述永磁体与永磁体固定盘之间镶嵌有第二软铁。
还可以将上述第一磁体与第二磁体变换位置具体为，第一旋转磁体包括与传动轴相连的永磁体固定盘，所述永磁体固定盘靠近第二旋转磁体的侧面上设有若干个磁性不同的永磁体，所述永磁体与永磁体固定盘之间镶嵌有第二软铁，所述第二旋转磁体包括与电机第一输出轴相连的涡流盘，所述涡流盘内镶嵌有第一软铁。
永磁体镶嵌在第一旋转磁体或者第二旋转磁体的表面处，设置为四个并且中心对称，为圆柱形状。
第一软铁和第二软铁分别为环形形状分别镶嵌在永磁体固定盘和涡流盘内。
本发明采用上述技术方案具有节能环保的优点，通过设置动力回收装置可以将燃料电池反应排出的废气带有的能量进行回收，不仅能够对燃料电池反应装置排出的无用气体进行能量收集，而且通过动力传动装置将能量进行传递给电机进而减小电机的功率的使用节省了电能。
附图说明
图1为本发明中实施例1中的结构示意图。
图2为本发明中实施例1的使用状态结构图。
图3为本发明中实施例2中的结构示意图。
图4为图1实施例1中涡流盘以及其内的第一软铁的主视图。
图5为图1实施例1中涡流盘以及其内的第一软铁的左视图。
图6为图1实施例1中永磁体固定盘以及其内的第二软铁、永磁体的主视图。
图7为图1实施例1中永磁体固定盘以及其内的第二软铁、永磁体的左视图。
图中，1、进气管，2、排气管，3、排气口，4、动力转换涡轮，5、第一轴承座，6、第一轴承，7、传动轴，8、涡流盘，9、第一软铁，10、第一壳体，11、第二壳体，12、永磁体固定盘，13、第二软铁，14、永磁体，15、第二轴承座，16、第二轴承，17、第三壳体，18、电机，19、第三轴承座，20、第三轴承，21、第一输出轴，22、第二输出轴，23、第四壳体，24、涡轮，25、进气口，26、燃料电池反应装置，27、单向轴承。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。
实施例1：
如图1-7所示，一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，包括与燃料电池反应装置26的排气管2相连的能量回收装置，能量回收装置能将燃料电池反应装置26产生的废气进行能量转换进而能够再次利用，一方面不仅起到环保的作用，另一方面能够节省能量，降低成本，所述能量回收装置与空气压缩装置相连，所述空气压缩装置通过进气管1与燃料电池反应装置26相连，能量回收装置将能量转换并传递给空气压缩装置对燃料电池反应装置26进行供气(氧气)，节省了空气压缩装置的动力消耗，节省能量。
能量回收装置包括动力转换装置和与动力转换装置相连的动力传动装置，所述动力传动装置与空气压缩装置相连，具体来说就是动力转换装置将燃料电池反应装置26所产生的有压气体转换为机械能，经动力传动装置传递给空气压缩装置中的电机18，为电机18提供动能，可以进一步降低电机18的功率要求。
优选地，空气压缩装置包括与动力传动装置相连的电机18，所述电机18与压气装置相连。
优选地，动力转换装置包括与排气管2相连的第一壳体10，所述第一壳体10上还设有与后续工序相连的排气口3，所述第一壳体10内设有动力转换涡轮4，动力转换涡轮4为喇叭状并且为壳体状，外壁设有螺旋叶片，其开口朝向动力传动装置方向，所述动力转换涡4轮通过传动轴7与动力传动装置相连。
优选地，动力传动装置包括第二壳体11，所述第二壳体11通过第一轴承座5与第一壳体10连接，所述第一轴承座5内设有第一轴承6，所述动力转换涡轮4穿过第一轴承6与动力传动装置相连，所述第二壳体11内设有与传动轴7相连的第一旋转磁体，所述第一旋转磁体通过磁感应力带动与其对正设置的第二旋转磁体旋转，所述第二旋转磁体通过单向轴承27与电机18的第一输出轴21相连。
优选地，电机18外围设有第三壳体17，第三壳体17对电机18起到保护作用，防止外部脏物落入电机18内部导致电机18烧坏，另外还可以保护工作人员的安全，防止工作人员不小心触碰到高速旋转的电机18造成安全事故。所述第三壳体17通过第二轴承座15与第二壳体11相连，所述第二轴承座15内设有第二轴承16，所述第二旋转磁体穿过第二轴承16与电机18的第一输出轴21相连，第二旋转磁体将动力通过电机18的第一输出轴21传递给电机18进而为电机18添加动力，减轻电机18的功率，节省了一部分电能。所述电机18上还设有第二输出轴22，所述第二输出轴22与压气装置相连。
优选地，压气装置包括通过第三轴承座19与第三壳体17相连的第四壳体23，所述第三轴承座19内设有第三轴承20，所述第四壳体23内设有能够将空气进行压缩的涡轮24，所述涡轮24穿过第三轴承20与电机18上的第二输出轴22相连，电机18的第二输出轴22与涡轮24连接为涡轮24旋转提供动力，将空气(氧气)压缩，得到具有一定压力的空气，然后将空气压入燃料电池反应装置26中为燃料电池的反应提供反应所需要的气体。所述第四壳体23上设有与燃料电池反应装置26相连的进气管1和与外界空气相连的进气口25。
进一步优选地，第一旋转磁体包括与传动轴7相连的涡流盘8，所述涡流盘8内镶嵌有第一软铁9，所述第二旋转磁体包括与电机18第一输出轴21相连的永磁体固定盘12，所述永磁体固定盘12靠近第一旋转磁体的侧面上设有四个磁性不同的永磁体14，所述永磁体14与永磁体固定盘12之间镶嵌有第二软铁13。第一软铁9和涡流盘8在永磁体14的磁场的相互作用下，将涡流盘8和其内的第一软铁9进行磁化到达临近的与永磁体14磁性相反的磁极，起初工作时将电机18转动，但在电机18与永磁体固定盘12之间的单向轴承27的作用下，永磁体固定盘12不转，传动轴7带动涡流盘8和其内的的第一软铁9转动，这样会相对于永磁体14的磁场运动，切割磁感线产生电涡流，形成电磁感应驱动，永磁体固定盘12和其内的第二软铁13、永磁体14会跟随转动。
实施例2:
如图1-7所示，一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，包括与燃料电池反应装置26的排气管2相连的能量回收装置，能量回收装置能将燃料电池反应装置26产生的无用气体进行能量转换进而能够再次利用，一方面不仅起到环保的作用，另一方面能够节省能量，降低成本，所述能量回收装置与空气压缩装置相连，所述空气压缩装置通过进气管1与燃料电池反应装置26相连，能量回收装置将能量转换并传递给空气压缩装置对燃料电池反应装置26进行供气(氧气)，节省了空气压缩装置的动力消耗，节省能量。
能量回收装置包括动力转换装置和与动力转换装置相连的动力传动装置，所述动力传动装置与空气压缩装置相连，具体来说就是将动力转换装置将燃料电池反应装置26所产生的有压气体转换为机械能，经动力传动装置传递给空气压缩装置中的电机18，为电机18提供动能，可以进一步降低电机18的功率要求。
优选地，空气压缩装置包括与动力传动装置相连的电机18，所述电机18与压气装置相连。
优选地，动力转换装置包括与排气管2相连的第一壳体10，所述第一壳体10上还设有与后续工序相连的排气口3，所述第一壳体10内设有动力转换涡轮4，动力转换涡轮4为喇叭状并且为壳体状，外壁设有螺旋叶片，其开口朝向动力传动装置方向，所述动力转换涡轮4通过传动轴7与动力传动装置相连。
优选地，动力传动装置包括第二壳体11，所述第二壳体11通过第一轴承座5与第一壳体10连接，所述第一轴承座5内设有第一轴承6，所述动力转换涡轮4穿过第一轴承6与动力传动装置相连，所述第二壳体11内设有与传动轴7相连的第一旋转磁体，所述第一旋转磁体与传动轴7之间通过单向轴承27连接，所述第二壳体11内还设有与第一旋转磁体对正设置的第二旋转磁体，所述第二旋转磁体与电机18的第一输出轴21相连。
优选地，电机18外围设有第三壳体17，第三壳体17对电机18起到保护作用，防止外部脏物落入电机18内部导致电机18烧坏，另外还可以保护工作人员的安全，防止工作人员不小心触碰到高速旋转的电机18造成安全事故。所述第三壳体17通过第二轴承座15与第二壳体11相连，所述第二轴承座15内设有第二轴承16，所述第二旋转磁体穿过第二轴承16与电机18的第一输出轴21相连，第二旋转磁体将动力通过电机18的第一输出轴21传递给电机18进而为电机18添加动力，减轻电机18的功率，节省了一部分电能。所述电机18上还设有第二输出轴22，所述第二输出轴22与压气装置相连。
优选地，压气装置包括通过第三轴承座19与第三壳体17相连的第四壳体23，所述第三轴承座19内设有第三轴承20，所述第四壳体23内设有能够将气体进行压缩的涡轮24，所述涡轮24穿过第三轴承20与电机18上的第二输出轴22相连，电机18的第二输出轴22与涡轮24连接为涡轮24旋转提供动力，将空气(氧气)压缩，得到具有一定压力的空气，然后将空气压入燃料电池反应装置26中为燃料电池的反应提供反应所需要的气体。所述第四壳体23上设有与燃料电池反应装置26相连的进气管1和与外界空气相连的进气口25。
还可以将实施例1中的第一磁体与第二磁体变换位置具体为，第一旋转磁体包括与传动轴7相连的永磁体固定盘12，所述永磁体固定盘12靠近第二旋转磁体的侧面上设有四个磁性不同的永磁体14，所述永磁体14与永磁体固定盘12之间设有第二软铁13，所述第二旋转磁体包括与电机18第一输出轴21相连的涡流盘8，所述涡流盘8内镶嵌有第一软铁9。第一软铁9和涡流盘8在永磁体14的磁场的相互作用下，将涡流盘8和其内的第一软铁9进行磁化到达临近的与永磁体14磁性相反的磁极，起初工作时将电机18转动，带动涡流盘8和其内的第一软铁9转动，但由于永磁体固定盘12与传动轴7之间的单向轴承27的作用，永磁体固定盘12不因与涡流盘8和其内的第一软铁9产生相对运动而切割磁感线产生电涡流，形成电磁感应驱动的原因而跟随涡流盘8转动，在单向轴承27作用下只在传动轴7的带动下与电机18同方向转动。
本发明的工作过程为：
基于实施例1的工作状态，工作时，启动电机18，电机18旋转同时带动其上的第一输出轴21和第二输出轴22转动，一方面，第二输出轴22与涡轮24转动对从进气口25进来的空气进行压缩，压缩后的空气经进气管1进入到燃料电池反应装置26内，另一方面，第一输出轴21转动但是在第一输出轴21与永磁体固定盘12之间的单向轴承27的作用，永磁体固定盘12不进行旋转，当燃料电池反应装置26经反应产生的无用气体经排气管2进入到动力转换装置中推动动力转换涡轮4旋转，动力转换涡轮4带动其上的传动轴7转动，传动轴7带动与其相连的涡流盘8以及涡流盘8内的第一软铁9旋转，第一软铁9和涡流盘8在永磁体14的磁场的相互作用下，将涡流盘8和其内的第一软铁9进行磁化到达临近的与永磁体14磁性相反的磁极，这样会相对于永磁体14的磁场运动，切割磁感线产生电涡流，形成电磁感应驱动，永磁体固定盘12和其内的第二软铁13、永磁体14会跟随转动，永磁体固定盘12转动会带动与其相连的电机18的第一输出轴21并进而带动电机18转动，由于这种转速很高，会给电机18一个助力，大大可以减小电机18的使用功率，节省电能。
基于实施例1的工作状态，工作时，启动电机18，电机18旋转同时带动其上的第一输出轴21和第二输出轴22转动，一方面，第二输出轴22与涡轮24转动对从进气口25进来的空气进行压缩，压缩后的空气经进气管1进入到燃料电池反应装置26内，另一方面，第一输出轴21转动带动与其相连的涡流盘8和其内的第一软铁9转动，但由于永磁体固定盘12与传动轴7之间的单向轴承27的作用，永磁体固定盘12不因与涡流盘8和其内的第一软铁9产生相对运动而切割磁感线产生电涡流，形成电磁感应驱动的原因而跟随涡流盘8转动，而是在燃料电池反应装置26排出的无用气体带动动力转换装置中的动力转换涡轮4转动，进而带动与其相连的传动轴7转动，传动轴7带动与其相连的永磁体固定盘12与电机18转动方向相同的方向转动，由于这种转速很高进而超过涡流盘8的转速会给电机18一个助力，大大可以减小电机18的使用功率，节省电能。
本发明采用上述技术方案具有节能环保的优点，通过设置动力回收装置可以将燃料电池反应装置26排出的废气带有的能量进行回收，不仅能够对燃料电池反应排出的无用气体进行能量收集，而且通过动力传动装置将能量进行传递给电机18进而减小电机18的功率的使用节省了电能。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (5)
1.一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，其特征在于：包括与燃料电池反应装置的排气管相连的能量回收装置，所述能量回收装置与空气压缩装置相连，所述空气压缩装置通过进气管与燃料电池反应装置相连；
所述能量回收装置包括动力转换装置和与动力转换装置相连的动力传动装置，所述动力传动装置与空气压缩装置相连；
所述空气压缩装置包括与动力传动装置相连的电机，所述电机与压气装置相连；
所述动力转换装置包括与排气管相连的第一壳体，所述第一壳体上还设有与后续工序相连的排气口，所述第一壳体内设有动力转换涡轮，所述动力转换涡轮通过传动轴与动力传动装置相连；
所述动力传动装置包括第二壳体，所述第二壳体通过第一轴承座与第一壳体连接，所述第一轴承座内设有第一轴承，所述动力转换涡轮穿过第一轴承与动力传动装置相连，所述第二壳体内设有与传动轴相连的第一旋转磁体，所述第一旋转磁体通过磁感应带动与其对正设置的第二旋转磁体旋转，所述第二旋转磁体通过单向轴承与电机的第一输出轴相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，其特征在于：所述电机外围设有第三壳体，所述第三壳体通过第二轴承座与第二壳体相连，所述第二轴承座内设有第二轴承，所述第二旋转磁体穿过第二轴承与电机的第一输出轴相连，所述电机上还设有第二输出轴，所述第二输出轴与压气装置相连。
3.根据权利要求2所述的一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，其特征在于：所述压气装置包括通过第三轴承座与第三壳体相连的第四壳体，所述第三轴承座内设有第三轴承，所述第四壳体内设有能够将气体进行压缩的涡轮，所述涡轮穿过第三轴承与电机上的第二输出轴相连，所述第四壳体上设有与燃料电池反应装置相连的进气管和与外界空气相连的进气口。
4.根据权利要求1所述的一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，其特征在于：所述第一旋转磁体包括与传动轴相连的涡流盘，所述涡流盘内镶嵌有第一软铁，所述第二旋转磁体包括与电机第一输出轴相连的永磁体固定盘，所述永磁体固定盘靠近第一旋转磁体的侧面上设有若干个磁性不同的永磁体，所述永磁体与永磁体固定盘之间镶嵌有第二软铁。
5.根据权利要求1所述的一种具有能量回收装置的燃料电池空压机，其特征在于：所述第一旋转磁体包括与传动轴相连的永磁体固定盘，所述永磁体固定盘靠近第二旋转磁体的侧面上设有若干个磁性不同的永磁体，所述永磁体与永磁体固定盘之间镶嵌有第一软铁，所述第二旋转磁体包括与电机第一输出轴相连的涡流盘，所述涡流盘内镶嵌有第二软铁。
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