CN214705992U

CN214705992U - 一种用于氢燃料电池的空压机组

Info

Publication number: CN214705992U
Application number: CN202121066351.4U
Authority: CN
Inventors: 顾茸蕾; 朱明明
Original assignee: Hedwell Taicang Energy Technology Co ltd
Current assignee: Hedwell Taicang Energy Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2031-05-18

Abstract

本实用新型公开了一种用于氢燃料电池的空压机组，包括空滤、第一电机、A组一级压缩机、A组一级压缩机进气管、第二电机、A组二级压缩机、A组连接气管、A组二级压缩机出气管、中冷器、增湿器、增湿器出气管、B组二级压缩机出气管、B组二级压缩机、B组连接气管、B组一级压缩机进气管和B组一级压缩机；第一电机的输出轴一头连接A组一级压缩机的压轮，另一头连接B组一级压缩机的压轮；第二电机的输出轴一头连接A组二级压缩机的压轮，另一头连接B组二级压缩机的压轮；A组内和B组内两级压缩机分别串联压缩；最后A组和B组并联，压缩空气经冷却和加湿进入燃料电池堆。本实用新型装置有更高的压比和流量，设备结构简单。

Description

一种用于氢燃料电池的空压机组

技术领域

本实用新型涉及空压机领域，尤其涉及一种用于氢燃料电池的空压机组。

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，将压缩空气送入燃料电池阴极，压缩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，因此，氢燃料电池动力系统得到大力开发推广。

目前市场上燃料电池空压机多为单级压缩机和两级压缩机。单级压缩即一个电机驱动一个压轮，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会更大一点，目前单级压缩多用于小功率燃料电池堆，两级压缩多用于中高功率燃料电池堆。

进入燃料电池的压缩空气仅有一部分氧气参与反应，其余压缩空气会被排出到大气中。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大难度，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、轴向不平衡力过大等，所以推广难度很大，成本也比较高，不具备很强的可行性。另外两级串联压缩机由于两端的压轮设计不同，所以轴向不平衡力比较大，对于推力轴承的要求也就比较高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的用于氢燃料电池的空压机组，作为大功率燃料电池的配套。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是增大压缩空气的流量和压力。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于氢燃料电池的空压机组，包括空滤、第一电机、A组一级压缩机、A组一级压缩机进气管、第二电机、A组二级压缩机、A组连接气管、A组二级压缩机出气管、中冷器、增湿器、增湿器出气管、B组二级压缩机出气管、B组二级压缩机、B组连接气管、B组一级压缩机进气管和B组一级压缩机；所述第一电机的输出轴一头连接所述A组一级压缩机的压轮，另一头连接所述B组一级压缩机的压轮；所述第二电机的输出轴一头连接所述A组二级压缩机的压轮，另一头连接所述B组二级压缩机的压轮；经所述A组一级压缩机压缩的空气进入所述A组二级压缩机，在所述A组二级压缩机内被压缩，进入所述A组二级压缩机出气管；经所述B组一级压缩机压缩的空气进入所述B组二级压缩机，在所述B组二级压缩机内被压缩，进入所述B组二级压缩机出气管；A组的压缩空气与B组的压缩空气汇合进入所述中冷器冷却，后经所述增湿器加湿进入燃料电池堆，其中部分氧气与氢气发生化学反应，生成电和水。

进一步地，所述空滤的出气口连接管分两路，分别与所述A组一级压缩机进气管和所述B组一级压缩机进气管连接。

进一步地，所述A组一级压缩机进气管的末端与所述A组一级压缩机的进气口连接，所述B组一级压缩机进气管的末端与所述B组一级压缩机的进气口连接。

进一步地，所述A组连接气管一头连接所述A组一级压缩机的出气口，另一头连接所述A组二级压缩机的进气口。

进一步地，所述B组连接气管一头连接所述B组一级压缩机的出气口，另一头连接所述B组二级压缩机的进气口。

进一步地，所述A组二级压缩机出气管与所述B组二级压缩机出气管汇合连接所述中冷器的进气口。

进一步地，所述中冷器的出气口通过管子与所述增湿器的进气口连接。

进一步地，所述增湿器的出气口通过所述增湿器出气管与阴极的进气口连接。

进一步地，氢气经阳极的入气口进入所述燃料电池堆。

进一步地，废气从所述阴极的排气口排入大气。

本实用新型的技术效果是，本实用新型装置是两个两级压缩后并联模式的空压机组，可以实现更高的压比和更大的流量。采用两个电机，单个电机的功率比较低，比机组只有单个大功率电机的装置更节能，而且两个电机的输出轴的轴向不平衡力比较小，降低了对轴承的磨损。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的一个较佳实施例的一种用于氢燃料电池的压缩空气系统的示意图；

其中，1-空滤，2-第一电机，3-A组一级压缩机，4-A组一级压缩机进气管，5-第二电机，6-A组二级压缩机，7-A组连接气管，8-A组二级压缩机出气管，9-中冷器，10-增湿器，11-增湿器出气管，12-阳极，13-燃料电池堆，14-阴极，15-B组二级压缩机出气管，16-B组二级压缩机，17-B组连接气管，18-B组一级压缩机进气管，19-B组一级压缩机。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，一种用于氢燃料电池的空压机组，包括空滤1、第一电机2、A组一级压缩机3、A组一级压缩机进气管4、第二电机5、A组二级压缩机6、A组连接气管7、A组二级压缩机出气管8、中冷器9、增湿器10、增湿器出气管11、B组二级压缩机出气管15、B组二级压缩机16、B组连接气管17、B组一级压缩机进气管18和B组一级压缩机19；第一电机2的输出轴一头连接A组一级压缩机3的压轮，另一头连接B组一级压缩机19的压轮；第二电机5的输出轴一头连接A组二级压缩机6的压轮，另一头连接B组二级压缩机16的压轮；经A组一级压缩机3压缩的空气进入A组二级压缩机6，在A组二级压缩机6内被再压缩，进入A组二级压缩机出气管8；经B组一级压缩机19压缩的空气进入B组二级压缩机16，在B组二级压缩机16内被再压缩，进入B组二级压缩机出气管15；A组的压缩空气与B组的压缩空气汇合进入中冷器9冷却，后经增湿器10加湿进入燃料电池堆13，其中部分氧气与氢气发生化学反应，生成电和水。

空滤1的出气口连接管分两路，分别与A组一级压缩机进气管4和B组一级压缩机进气管18连接。A组一级压缩机进气管4的末端与A组一级压缩机3的进气口连接，B组一级压缩机进气管18的末端与B组一级压缩机19的进气口连接。A组连接气管7一头连接A组一级压缩机3的出气口，另一头连接A组二级压缩机6的进气口。B组连接气管17一头连接B组一级压缩机19的出气口，另一头连接B组二级压缩机16的进气口。A组二级压缩机出气管8与B组二级压缩机出气管15汇合连接中冷器9的进气口。中冷器9的出气口通过管子与增湿器10的进气口连接。增湿器10的出气口通过增湿器出气管11与阴极14的进气口连接。氢气经阳极12的入气口进入燃料电池堆13。废气从阴极14的排气口排入大气。

本实用新型空压机组的工作过程，开机，第一电机2和第二电机5启动，因为第一电机2的输出轴、A组一级压缩机3的压轮和B组一级压缩机19的压轮同轴，第二电机5的输出轴、A组二级压缩机6的压轮和B组二级压缩机16的压轮同轴，所以相应地，A组一级压缩机3、B组一级压缩机19、A组二级压缩机6和B组二级压缩机16都工作。空气经空滤1过滤后分两路，一路经A组一级压缩机进气管4进入A组一级压缩机3内，另一路经B组一级压缩机进气管18进入B组一级压缩机19内。被A组一级压缩机3压缩的空气经A组连接气管7进入A组二级压缩机6再压缩，出来进入A组二级压缩机出气管8。被B组一级压缩机19压缩的空气经B组连接气管17进入B组二级压缩机16再压缩，出来进入B组二级压缩机出气管15。A组二级压缩机出气管8与B组二级压缩机出气管15汇合连接中冷器9的进气口，即A组的空气和B组的空气分别经过两级压缩，然后它们并联汇合。然后经中冷器9冷却，经增湿器10加湿，从阴极14进入燃料电池堆13，压缩空气中的氧气与从阳极12进入的氢气发生电化学反应。废气从阴极14的排气口排入大气。

因为本实用新型空压机组实现两级压缩，所以生产的压缩空气压力比较大；又因为是两组二级压缩的空气并联，所以生产的压缩空气流量大。因为同级压缩机同轴，所以轴向不平衡力很小，轴承耐用。

本实用新型装置适合于中大功率燃料电池堆。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，包括空滤、第一电机、A组一级压缩机、A组一级压缩机进气管、第二电机、A组二级压缩机、A组连接气管、A组二级压缩机出气管、中冷器、增湿器、增湿器出气管、B组二级压缩机出气管、B组二级压缩机、B组连接气管、B组一级压缩机进气管和B组一级压缩机；所述第一电机的输出轴一头连接所述A组一级压缩机的压轮，另一头连接所述B组一级压缩机的压轮；所述第二电机的输出轴一头连接所述A组二级压缩机的压轮，另一头连接所述B组二级压缩机的压轮；经所述A组一级压缩机压缩的空气进入所述A组二级压缩机，在所述A组二级压缩机内被压缩，进入所述A组二级压缩机出气管；经所述B组一级压缩机压缩的空气进入所述B组二级压缩机，在所述B组二级压缩机内被压缩，进入所述B组二级压缩机出气管；A组的压缩空气与B组的压缩空气汇合进入所述中冷器冷却，后经所述增湿器加湿进入燃料电池堆，其中部分氧气与氢气发生化学反应，生成电和水。

2.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，所述空滤的出气口连接管分两路，分别与所述A组一级压缩机进气管和所述B组一级压缩机进气管连接。

3.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，所述A组一级压缩机进气管的末端与所述A组一级压缩机的进气口连接，所述B组一级压缩机进气管的末端与所述B组一级压缩机的进气口连接。

4.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，所述A组连接气管一头连接所述A组一级压缩机的出气口，另一头连接所述A组二级压缩机的进气口。

5.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，所述B组连接气管一头连接所述B组一级压缩机的出气口，另一头连接所述B组二级压缩机的进气口。

6.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，所述A组二级压缩机出气管与所述B组二级压缩机出气管汇合连接所述中冷器的进气口。

7.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，所述中冷器的出气口通过管子与所述增湿器的进气口连接。

8.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，所述增湿器的出气口通过所述增湿器出气管与阴极的进气口连接。

9.如权利要求1所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，氢气经阳极的入气口进入所述燃料电池堆。

10.如权利要求8所述的用于氢燃料电池的空压机组，其特征在于，废气从所述阴极的排气口排入大气。