CN115492741A - 压缩机以及氢能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种压缩机以及氢能系统，所述压缩机包括压缩组件、第二电机、第三压缩单元和膨胀单元，压缩组件包括第一电机、第一压缩单元和第二压缩单元，第一压缩单元和和第二压缩单元均与第一电机相连，以便第一电机驱动第一压缩单元和第二压缩单元分别压缩气体，第三压缩单元分别与第一压缩单元和第二压缩单元连通，以便经第一压缩单元内流出的气体和经第二压缩单元内流出的气体均流入第三压缩单元，第二电机与第三压缩单元相连，以便第二电机驱动第二压缩单元压缩气体，膨胀单元与第二电机相连，以便膨胀单元可利用高压气体膨胀做功以驱动第二电机。本发明实施例的压缩机具有结构简单、体积小、压缩效率高等优点。

Description

压缩机以及氢能系统
技术领域
本发明涉及空气压缩领域，具体地，涉及一种压缩机以及氢能系统。
背景技术
空气压缩机是氢燃料电池的核心部件之一，源源不断地为燃料电池电堆提供高压空气。在燃料电池系统中，空压机耗功约占燃料电池输出功率的20％，降低空压机功耗对提高燃料电池系统的效率和输出功率具有重要意义。
相关技术中，压缩机尺寸较大、成本较高、工作效率较低。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
相关技术中，由于压缩机的电机功率增大，为了满足电机的散热的要求，电机转速相应降低，电机转矩增加，但是电机转矩与电机的体积基本成正比。所以单位功率下电机的尺寸增加，从而导致电机成本增加；另外，由于空压机的压比增加，需要采用两级压缩。但由于流量也显著增加，导致第一级压缩机的比转速太高，效率降低。虽然通过降低空压机转速来降低压缩机第一级比转速，但是和电机提升转速降本有矛盾；最后，压缩机的压比增加，导致和涡轮的轴向力差值更大，增加止推轴承的载荷，压缩机的可靠性低。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种使用寿命长、可靠性高、工作效率高的压缩机。
本发明的实施例提出一种结构简单、成本低廉、工作效率高的氢能系统
本发明实施例的压缩机包括：压缩组件，所述压缩组件包括第一电机、第一压缩单元和第二压缩单元，所述第一压缩单元和和所述第二压缩单元均与所述第一电机相连，以便所述第一电机驱动所述第一压缩单元和所述第二压缩单元分别压缩气体；第二电机和第三压缩单元，所述第三压缩单元分别与所述第一压缩单元和所述第二压缩单元连通，以便经所述第一压缩单元内流出的气体和经所述第二压缩单元内流出的气体均流入所述第三压缩单元，所述第二电机与所述第三压缩单元相连，以便所述第二电机驱动所述第三压缩单元压缩气体；膨胀单元，所述膨胀单元与所述第二电机相连，以便所述膨胀单元可利用高压气体膨胀做功以驱动所述第二电机。
本发明实施例的压缩机，设置压缩组件、第二电机、第三压缩单元和膨胀单元，提高了压缩机的压缩比和可靠性，同时也满足大流量的需求，延长了压缩机的使用寿命，降低了压缩机的加工制造成本。
在一些实施例中，所述的压缩机还包括换热组件，所述换热组件分别与所述第三压缩单元和所述膨胀单元连通，以便经所述第三压缩单元流出的气体和流入所述膨胀单元的气体换热以使流入所述膨胀单元的气体温度升高。
在一些实施例中，所述压缩机还包括制冷组件，所述制冷组件的一端分别与所述第一压缩单元和所述第二压缩单元相连，以便经所述第一压缩单元和所述第二压缩单元流出的气体均流入所述制冷组件内，所述制冷组件的另一端与所述第三压缩单元连通，以便经所述制冷组件降温后的气体流入所述第三压缩单元。
在一些实施例中，所述膨胀单元包括涡轮，所述涡轮与所述第二电机相连，所述涡轮为向心式涡轮、混流式涡轮或轴流式涡轮。
在一些实施例中，所述第一压缩单元、所述第二压缩单元和所述第三压缩单元中的每一者为离心式叶轮、斜流式叶轮或轴流式叶轮。
在一些实施例中，所述第一压缩单元和所述第二压缩单元的叶轮的类型相同。
在一些实施例中，所述第一压缩单元和所述第二压缩单元为斜流式叶轮或轴流式叶轮，第三压缩单元为离心式叶轮。
在一些实施例中，所述压缩组件为多个，多个所述压缩组件依次布置，多个所述压缩组件均与所述第三压缩单元连通。
在一些实施例中，所述压缩机还包括第一壳和第二壳，所述第一电机设在所述第一壳内，所述第二电机设在所述第二壳内，所述第一壳和所述第二壳可一体成型。
本发明实施例的氢能系统包括：压缩机，所述压缩机为上述实施例中任一项所述压缩机；燃料电池，所述燃料电池的与所述压缩机的第三压缩单元连通，以便所述第三压缩单元产生的压缩气体流入所述燃料电池，所述燃料电池与所述压缩机的膨胀单元连通，以便所述燃料电池流出的气体流入所述膨胀单元。
附图说明
图1是本发明实施例的压缩机的结构示意图。
图2是相关技术中单级压缩的结构示意图。
图3是相关技术中双级压缩的结构示意图
图4是相关技术中的速度式压缩机的比转速示意图。
图5是相关技术中的压缩机的第一级工作特性。
图6是相关技术中的压缩机的第二级工作特性。
附图标记：
压缩机100；
压缩组件1；第一电机11；第一压缩单元12；第二压缩单元13；第二电机2；第三压缩单元3；膨胀单元4。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的压缩机。
如图1所示，根据本发明实施例的压缩机包括压缩组件1、第二电机2、第三压缩单元3和膨胀单元4。
压缩组件1包括第一电机11、第一压缩单元12和第二压缩单元13，第一压缩单元12和和第二压缩单元13均与第一电机11相连，以便第一电机11驱动第一压缩单元12和第二压缩单元13分别压缩气体。
具体地，如图1所示，第一压缩单元12设在第一电机11的左侧，第二压缩单元13设在第一电机11的右侧，第一压缩单元12和第二压缩单元13通过转轴与第一电机11相连，使得第一电机11带动第一压缩单元12和第二压缩单元13同步转动，从而带动第一压缩单元12和第二压缩单元13对气体进行初步压缩，从而降低了第一电机11的功率，提升第一电机11的转速，有利于降低第一电机11的单位功率的尺寸和成本，从而对气体进行初步压缩，且第一压缩单元12和第二压缩单元13可平衡第一电机11两侧的轴向力，从而提高了压缩机100的可靠性，延长了压缩机100的使用寿命。
第三压缩单元3分别与第一压缩单元12和第二压缩单元13连通，以便经第一压缩单元12内流出的气体和经第二压缩单元13内流出的气体均流入第三压缩单元3，第二电机2与第三压缩单元3相连，以便第二电机2驱动第三压缩单元3压缩气体。
具体地，如图1所示，第一压缩单元12的出口和第二压缩单元13的出口均与第三压缩单元3的进口连通，第一压缩单元12和第二压缩单元13压缩后的气体流入第三压缩单元3内，第三压缩单元3设在第二电机2的左侧且与第二电机2相连，从而带动第三压缩单元3进一步对气体压缩，使得压缩气体压缩至预设值。
膨胀单元4与第二电机2相连，以便膨胀单元4可利用高压气体膨胀做功以驱动第二电机2。
具体地，如图1所示，膨胀单元4设在第二电机2的右侧且与第二电机2相连，使得膨胀单元4和第三压缩单元3通过轴与第二电机2相连，第三压缩单元3的出口可与燃料电池的进口连通，第三压缩单元3内的压缩气体流入燃料电池内且在燃料电池内进行做功，膨胀单元4的进口与燃料电池的出口连通，以便从燃料电池流出的做功后的气体流入膨胀单元4且在膨胀单元4内进行做功，膨胀单元4做功可驱动第三压缩单元3做功，从而提高了第二电机2的效率，减小了第二电机2的耗能，另外，膨胀单元4和第三压缩单元3分别设在第二电机2的两侧，从而可以平衡第二电机2两侧的轴向力，提高压缩机100的可靠性。
本发明实施例的压缩机100，设置压缩组件1、第二电机2、第三压缩单元3和膨胀单元4，提高了压缩机100的压缩比，满足了压缩机100的高原工况的需求，同时也满足大流量的需求，延长了压缩机100的使用寿命，有效降低了压缩机100的单位功率的尺寸和成本。
在一些实施例中，压缩机100还包括换热组件(图中未示意出)，换热组件分别与第三压缩单元3和膨胀单元4连通，以便经第三压缩单元3流出的气体和流入膨胀单元4的气体换热以使流入膨胀单元4的气体温度升高。
具体地，换热组件包括相互独立且可进行热交换的第一通道和第二通道，第一通道的进口与第三压缩单元3的出口连通，第一通道的出口与燃料电池的进口连通，将第三压缩单元3压缩后的气体输送至第一通道内再通过第一通道输送至燃料电池内，第二通道的进口与燃料电池的出口连通，第二通道的出口与膨胀单元4的进口连通，将燃料电池流出的废气流入第二通道内，从而使得第一通道内的气体和第二通道内的气体换热，使得第一通道内的气体温度降低，第二通道内的温度升高后流入膨胀单元内做功，从而提高了流入膨胀单元4气体的温度，降低第二电机2功率。
在一些实施例中，压缩机100还包括制冷组件(图中未示意出)，制冷组件的一端分别与第一压缩单元12和第二压缩单元13相连，以便经第一压缩单元12和第二压缩单元13流出的气体均流入制冷组件内，制冷组件的另一端与第三压缩单元3连通，以便经制冷组件降温后的气体流入第三压缩单元3。具体地，制冷组件为制冷器，第一压缩单元12和第二压缩单元13压缩后的气体通过管道与制冷组件的进口连通，制冷组件的出口与第三压缩单元3的进口连通，从而对第一压缩单元12和第二压缩单元13流出的压缩气体进行降温，再将降温后的压缩气体流入第三压缩单元3内，从而对降温后的气体进一步压缩，由此，降低第二电机2的功耗。
在一些实施例中，膨胀单元4包括涡轮(图中未示意出)，涡轮与第二电机2相连，涡轮可以为向心式涡轮、混流式涡轮或轴流式涡轮。具体地，膨胀单元4包括蜗壳和涡轮，蜗壳可转动地设在涡轮内，且涡轮与第二电机2相连，涡轮可以为向心式涡轮、混流式涡轮或轴流式涡轮，由此，使得膨胀单元4设置的更加合理。
在一些实施例中，第一压缩单元12、第二压缩单元13和第三压缩单元3中的每一者为离心式叶轮、斜流式叶轮或轴流式叶轮。具体地，第一压缩单元12、第二压缩单元13和第三压缩单元3均包括叶轮和壳体，叶轮可转动地设在壳体内且与第一电机11或第二电机2相连，且第一压缩单元12、第二压缩单元13和第三压缩单元3可根据实际情况进行设置，例如，第一压缩单元12、第二压缩单元13和第三压缩单元3的叶轮的类型可以相同，或第一压缩单元12和第二压缩单元13的叶轮的类型相同且与第三压缩单元3的叶轮的类型不同，或第二压缩单元13和第三压缩单元3的叶轮的类型相同且与第一压缩单元12的叶轮的类型不同，第一压缩单元12、第二压缩单元13和第三压缩单元3三者的叶轮的类型均不相同，由此，可为使用者提供多样性的选择。
在一些实施例中，第一压缩单元12和第二压缩单元13的叶轮类型相同。由此，使得第一压缩单元12和第二压缩单元13产生的压比和气流相同，使得第一电机11两侧的第一压缩单元12和第二压缩单元13压比相等，从而显著降低止压缩机100内的推轴承的载荷，提高压缩机100的寿命。
由于第一压缩单元12和第二压缩单元13的流量大，因此，在一些实施例中，第一压缩单元12和第二压缩单元13为斜流式叶轮或轴流式叶轮。由于，流入第三压缩单元3的气流的体积流量小，因此，第三压缩单元3为离心式叶轮。由此，使得第一压缩单元12、第二压缩单元13和第三压缩单元3设置更加合理。
在一些实施例中，压缩组件1为多个，多个压缩组件1依次布置，多个压缩组件1均与第三压缩单元3连通。具体地，压缩组件1可以为多个，第三压缩单元3为一个，多个压缩组件1的第一压缩单元12和第二压缩端元均第三压缩单元3相连，从而提高了流入第三压缩单元3的流量，提升了压缩机100的工作效率。
在一些实施例中，压缩机100还包括第一壳(图中未示意出)和第二壳，第一电机11设在第一壳(图中未示意出)内，第二电机2设在第二壳内，第一壳和第二壳可一体成型。具体地，第一壳和第二壳沿前后方向或上下方向依次布置且一体成型，第一电机11安装在第一壳内，第二电机2安装在第二壳内，由此使得压缩机100设置更加合理，结构更加紧凑。
可以理解的是，第一壳和第二壳的布置可以根据实际情况进行设置，例如，第一壳和第二壳可分开进行设置等。
根据发明人研究发现：交流电机尺寸和功率的关系如公式1所示。由公式1可以得出如下结论：在电机功率一定的情况下，电机电枢的体积和转速成反比。如果需要降低电机成本，通过提升转速可以显著降低电机尺寸。本发明实施例的目的是通过提升电机转速，降低电机的尺寸。
公式1:
Figure BDA0003891478560000051
式中：D:电枢直径；lef:电枢计算长度；pt:计算功率；n:转速；D2lef：等效代表电机的体积；CA:电机常速。对于一定的转速和功率，该常速保持不变。
决定电机转速的一个重要因素是电机的散热，通常交流永磁同步电机的额定效率为95％以上。当电机的转速保持不变是，随着电机的功率增加，电机体积和散热量都是线性增加。但是散热面积并没有线性增加。在相同的散热技术前提下，通常只能降低电机转速，增大电机散热面积，从而满足散热的要求。
决定电机转速的另一个重要因素是转子动力学限制。当电机的转速保持不变时，随着电机的功率增加，电机外径和长度会增加。这样电机的轴承跨距增加，从而导致临界转速下降，可能接近工作转速。此时也只能降低运行转速。
因此，本发明实施例的压缩机100，采用第一电机11和第二电机2组合的方式，将大功率的电机分为小功率的第一电机11和第二电机2。这样第一电机11和第二电机2的转速会明显高于单台大电机，从而使得单位功率的电机体积下降，降低成本。另外，第一电机11和第二电机2可以共用现有的电机物料，降低产品的批量成本。
另外，比转速是确定速度式压缩机100的压缩端和涡轮的重要无量纲单位。其定义式如式2所示：
公式2：
Figure BDA0003891478560000061
式中：Nsp：比转速，为一个无量纲数；n：转速；Qin：进气体积流量；hs：压缩过程中的等熵能量头，压比越高能量头越大。
速度式压缩机100主要分为离心式、斜流式和轴流式三种。由图4可以看出，每种类型都有一个最佳比转速，此时对应的效率最高。因此，压缩机100的压比增加，需要采用两级压缩。但由于流量也显著增加，导致第一级压缩机的比转速太高，效率降低。因此，针对于第一级采用第一压缩单元12和第二压缩单元13并联的方式，可以降低第一压缩单元12和第二压缩单元13的入口流量，让第一压缩单元12的比转速和第二压缩单元13的比转速保持在最佳范围附近，同时，采用两级压缩的方式(设置第一压缩单元12、第二压缩单元13、第三压缩单元3)，能进一步提升高压比工况下的压缩效率。
其次，如图2和图3所示，相关技术中，二级压缩机存在着轴向力无法平衡的问题。其主要原因是压缩机100的排气经过电堆后，压力损失了50～100kPa。所以压缩机100的压缩端的压比高于涡轮的膨胀比。因此，压缩机100的压缩端轴向力通常明显会高于涡轮轴向力。
图2中，相关技术中的单机压缩机叶轮外径大于涡轮外径，且压缩机100叶轮的压缩单元轮背压力更高，所以fC＞＞Ft。净轴向力指向压缩机100侧。
图3中，相关技术中的两级压缩机均产生相同方向的轴向力，F1stc+F2ndc》Ft。净轴向力指向压缩机侧。
图1中，第一电机11两侧的第一压缩单元12的压比和第二压缩单元13的压比相等，因此，第一电机11两侧的轴向力可以完全抵消。膨胀组件的轴向力与第三压缩单元3进行平衡。由此，通过合理的设计，第二电机2两侧的轴向力基本可以完全平衡。因此，本发明可以显著降低止推轴承的载荷，提高机组的寿命。
最后，第一电机11和第二电机2的转速可以不同。在调节过程中，增加了一个调节自由度，有利于提高压缩机100的效率。如图5和图6所示，相关技术中，压缩机100给定的气体质量流量和压比后，一级和二级的压缩比就完全确定且保持不变。此时第一级压缩机运行在C1点，第二级压缩机运行在C2点。此时，可以降低第一级压缩机的转速，第一级工作点从C1移动到D1。压比下降，级效率增加。由于第一级的排气压力降低，在入口质量流量不变的情况下，第二级压缩机的折合流量会增加。由于第一级压缩机压比下降，为了保证总压比不变，第二级压缩机压比需要增加。所以增加第二级压缩机转速，第二级压缩机工作点从C2移动到D2。第二级压缩机的压比上升，效率略有增加。最终通过转速调整，实现了一二级总效率提升。通过分析可以得出，增加转速变量后，在给定的流量和压比下，可以找出多个工况点组合，最终获得效率最高的转速设定。
根据本发明实施例的氢能系统包括压缩机100和燃料电池(图中未示意出)。
压缩机100为上述实施例中任一项压缩机100。
燃料电池的与压缩机100的第三压缩单元3连通，以便第三压缩单元3产生的压缩气体流入燃料电池，燃料电池与压缩机100的膨胀单元4连通，以便燃料电池流出的气体流入膨胀单元4。具体地，燃料电池的进口与压缩机100的第三压缩单元3的出口连通，从而将第三压缩单元3压缩后的气体流入燃料电池内，提高了燃料电池内的压力，有利于提高燃料电池的发电效率，燃料电池的出口与压缩机100的膨胀单元4的入口连通，从而仍将燃料电池做功后的气体流入膨胀单元4内，从而使得气体驱动膨胀单元4进行做功。
下面根据本发明实施例的压缩机100描述本发明氢能系统的工作过程。
气体从环境进入到第一压缩单元12和第二压缩单元13。经过第一压缩单元12和第二压缩单的一级压缩后，第一压缩单元12和第二压缩单流出的气体混合后进入第三压缩单元3入口。通过第三压缩单元3对气体进行二级压缩后，进入燃料电池系统电堆。气体在电堆里面参与电化学反应，反应成为氮气、氧气、水蒸气以及水滴等混合气体。为了进一步提高系统的效率，在电堆排气进入到涡轮膨胀做功前。先经过一个换热器，通过压缩机100的排气将热量传递给涡轮进气的气体，提高气体温度，增加涡轮做功能力。电堆排气进入到涡轮膨胀做功。由于压缩机100的功耗大于涡轮的输出功率，功率差值最后由电机平衡。
本发明实施例的氢能系统具有结构简单、工作效率高、节能环保等优点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种压缩机，其特征在于，包括：
压缩组件，所述压缩组件包括第一电机、第一压缩单元和第二压缩单元，所述第一压缩单元和和所述第二压缩单元均与所述第一电机相连，以便所述第一电机驱动所述第一压缩单元和所述第二压缩单元分别压缩气体；
第二电机和第三压缩单元，所述第三压缩单元分别与所述第一压缩单元和所述第二压缩单元连通，以便经所述第一压缩单元内流出的气体和经所述第二压缩单元内流出的气体均流入所述第三压缩单元，所述第二电机与所述第三压缩单元相连，以便所述第二电机驱动所述第三压缩单元压缩气体；
膨胀单元，所述膨胀单元与所述第二电机相连，以便所述膨胀单元可利用高压气体膨胀做功以驱动所述第二电机。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，还包括换热组件，所述换热组件分别与所述第三压缩单元和所述膨胀单元连通，以便经所述第三压缩单元流出的气体和流入所述膨胀单元的气体换热以使流入所述膨胀单元的气体温度升高。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，还包括制冷组件，所述制冷组件的一端分别与所述第一压缩单元和所述第二压缩单元相连，以便经所述第一压缩单元和所述第二压缩单元流出的气体均流入所述制冷组件内，所述制冷组件的另一端与所述第三压缩单元连通，以便经所述制冷组件降温后的气体流入所述第三压缩单元。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述膨胀单元包括涡轮，所述涡轮与所述第二电机相连，所述涡轮为向心式涡轮、混流式涡轮或轴流式涡轮。
5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述第一压缩单元、所述第二压缩单元和所述第三压缩单元中的每一者为离心式叶轮、斜流式叶轮或轴流式叶轮。
6.根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述第一压缩单元的类型和所述第二压缩单元的类型相同。
7.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述第一压缩单元和所述第二压缩单元为斜流式叶轮或轴流式叶轮，第三压缩单元为离心式叶轮。
8.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩组件为多个，多个所述压缩组件依次布置，多个所述压缩组件均与所述第三压缩单元连通。
9.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，还包括第一壳和第二壳，所述第一电机设在所述第一壳内，所述第二电机设在所述第二壳内，所述第一壳和所述第二壳可一体成型。
10.一种氢能系统，其特征在于，包括：
压缩机，所述压缩机为上述权利要求1-9中任一项所述压缩机；
燃料电池，所述燃料电池的与所述压缩机的第三压缩单元连通，以便所述第三压缩单元产生的压缩气体流入所述燃料电池，所述燃料电池与所述压缩机的膨胀单元连通，以便所述燃料电池流出的气体流入所述膨胀单元。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018202906A1 (de) * 2018-02-27 2019-08-29 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem
CN111477914A (zh) * 2020-04-08 2020-07-31 中国人民解放军海军工程大学 一种燃料电池系统能量回收利用系统及方法
CN114198157A (zh) * 2021-11-03 2022-03-18 蜂巢蔚领动力科技(江苏)有限公司 一种燃料电池能量回收系统及控制方法
CN115117394A (zh) * 2021-03-19 2022-09-27 海德韦尔(太仓)能源科技有限公司 一种空气压缩装置以及包括空气压缩装置的燃料电池装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018202906A1 (de) * 2018-02-27 2019-08-29 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem
CN111477914A (zh) * 2020-04-08 2020-07-31 中国人民解放军海军工程大学 一种燃料电池系统能量回收利用系统及方法
CN115117394A (zh) * 2021-03-19 2022-09-27 海德韦尔(太仓)能源科技有限公司 一种空气压缩装置以及包括空气压缩装置的燃料电池装置
CN114198157A (zh) * 2021-11-03 2022-03-18 蜂巢蔚领动力科技(江苏)有限公司 一种燃料电池能量回收系统及控制方法

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