CN216342891U - 一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，包括，空压机单元；能量回收单元，所述能量回收单元设置在所述空压机单元上，所述能量回收单元包括曲柄组件、VGT组件以及电控执行器，通过在涡流端增加VGT结构，可在低转速流量较小时，减小叶片开度，从而减小气体流通面积，获得较高的压比，同时可在高转速流量过大时，增加叶片开度，从而增大气体流通面积，减小排气背压，不再需要其他旁通阀结构，同时通过电控执行器等电控系统，可根据需求对VGT叶片开度实现精准控制，充使各工况性能达到最优，分利用燃料电池化学反应后产生废气中的能量，减少电能消耗，大大提高燃料电池的工作效率。

Description

一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机

技术领域

本实用新型涉及空压机技术领域，尤其涉及一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机。

背景技术

随着排放法规的加严，氢燃料电池技术逐渐开始普及，作为给氢燃料电池提供空气的核心零部件空压机也开始进入行业的视野，现有空压机一般是由外部电源供电带动转子轴转动，压缩空气，供燃料电池使用。

由于燃料电池经化学反应产生的能量不能全部转化为电能，部分能量会随废气直接排入大气，存在能量浪费问题，本专利旨在设计一种涡端带能量回收功能的新型空压机，用来回收燃料电池反应后废气中多余能量，减少能源浪费。

现有带能量回收功能的空压机专利，由上海空间电源研究所提出，专利中由电机进行驱动，带动电机转子轴旋转，转子轴两端分别有涡轮机和压轮机，涡轮机与压轮中，分别有涡轮和压轮，电机通过转子轴带动压轮转动，压缩空气，供燃料电池使用，燃料电池电堆内，空气与氢气经化学反应产生具有一定温度和压力的废气，废气流入涡轮机，带动涡轮旋转，从而带动转子轴旋转，减小电机的能量损耗，提高电堆的工作效率。在电堆废气出口与涡轮机废气入口之间设有旁通阀，可在涡端废气量过多时，直接打开旁通阀，旁通掉废气，减小背压，但旁通阀结构只可控制气体流量，一般是在废气流量较大时旁通部分废气，而不可控制气体流通面积，当废气流量较小是，不能通过减小气体流通面积获得较高的压比，不能充分利用废气能量。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述现有带涡端能量回收单元的氢燃料电池用空压机存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型目的是提供一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：包括，空压机单元；能量回收单元，所述能量回收单元设置在所述空压机单元上，所述能量回收单元包括曲柄组件、VGT组件以及电控执行器。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述空压机单元包括转子轴、机壳以及位于所述机壳一端的涡流壳和位于所述机壳另一端的压气端。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述转子轴设置在所述机壳内，并且所述转子轴两端分别对应所述涡流壳端与所述压气端设置有涡轮以及压轮。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述涡流壳上设置有废气出口以及废气入口，所述压气端设置有空气出口以及空气入口，所述涡流壳上还设置有背板。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述VGT组件设置在所述涡流壳与所述机壳之间，安装在所述背板上，所述VGT组件包括后盖、定距套以及安装盘，所述VGT 组件通过所述安装盘与所述背板配合设置在所述机壳上。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述后盖上设置有所述定距套，所述定距套另一端与所述安装盘连接，所述后盖与所述安装盘之间设置有叶片。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述安装盘上设置有拨动盘以及拨叉销，所述拨叉销一端与所述拨动盘连接，另一端上设置有拨叉，所述拨动盘上设置有调节销。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述叶片底部设置有叶片轴，所述叶片轴与所述拨叉一端连接，所述叶片轴之间设置有滚轮。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述曲柄组件包括曲柄连杆以及拉杆，所述曲柄连杆与所述调节销连接，所述拉杆一端与所述曲柄连杆连接，另一端与所述电控执行器连接。

作为本实用新型所述带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：所述滚轮设置有三组，沿所述叶片圆心圆周设置。

本实用新型的有益效果：通过在涡流端增加VGT结构，可在低转速流量较小时，减小叶片开度，从而减小气体流通面积，获得较高的压比，同时可在高转速流量过大时，增加叶片开度，从而增大气体流通面积，减小排气背压，不再需要其他旁通阀结构，同时通过电控执行器等电控系统，可根据需求对 VGT叶片开度实现精准控制，充使各工况性能达到最优，分利用燃料电池化学反应后产生废气中的能量，减少电能消耗，大大提高燃料电池的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的整体结构剖面图。

图2为本实用新型带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的整体结构爆炸图。

图3为本实用新型带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机所述的能量回收单元结构示意图。

图4为本实用新型带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机所述的VGT组件结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图2，提供了一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的整体结构示意图，如图2，一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机包括空压机单元100以及能量回收单元200。

具体的，本实用新型主体结构包括空压机单元100以及能量回收单元200，能量回收单元200，能量回收单元200设置在空压机单元100上，能量回收单元 200包括曲柄组件201、VGT组件202以及电控执行器203。

进一步的，曲柄组件201用于连接控制VGT组件202，电控执行器203依据燃料电池控制单元输出的电信号控制曲柄组件201的动作，从而控制VGT组件202的开合。

具体的工作流程及原理如下：当电控执行器203输出扭矩带动摇臂转动，通过曲柄组件202传导，带动拨动盘转动，进而带动叶片轴转动，从而调节叶片开闭角度，控制气体的流通面积。

实施例2

参照图2～4，该实施例不同于第一个实施例的是：转子轴101设置在机壳 102内，并且转子轴两端分别对应涡流壳103端与压气端104设置有涡轮101a 以及压轮101b；其中压轮101b用于将空气进行压缩，涡轮101a则是将废气重新吸入进行二次利用。

具体的，涡流壳103上设置有废气出口103a以及废气入口103b，压气端104 设置有空气出口104a以及空气入口104b，涡流壳103上还设置有背板103c，其中背板103c则是用于安装VGT组件202。

进一步的，VGT组件202设置在涡流壳103与机壳102之间，安装在背板 103c上，VGT组件202包括后盖202a、定距套202b以及安装盘202c，VGT组件202通过安装盘202c与背板103c配合设置在机壳102上；后盖202a上设置有定距套202b，定距套202b另一端与安装盘202c连接，后盖202a与安装盘202c 之间设置有叶片202d；其中叶片202d的开合控制了涡轮处进气量的大小，其中背板103c与安装盘202c之间配合形成的圆柱面起到了一个限制VGT径向运动的作用，而背板103c与涡流壳103之间配合形成的端面起到了一个限制VGT轴向运动的效果。

进一步的，安装盘202c上设置有拨动盘202e以及拨叉销202f，拨叉销202f 一端与拨动盘202e连接，另一端上设置有拨叉202g，拨动盘202e上设置有调节销202e-1，叶片202d底部设置有叶片轴202d-1，叶片轴202d-1与拨叉202g 一端连接，叶片轴202d-1之间设置有滚轮202h，其中滚轮202h与安装盘202c 的端面一起对拨动盘202e进行轴向限位。

实施例3

参照图2～4，提供了一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机的整体结构示意图，如图2，一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机包括空压机单元100以及能量回收单元200。

具体的，本实用新型主体结构包括空压机单元100以及能量回收单元200，能量回收单元200，能量回收单元200设置在空压机单元100上，能量回收单元 200包括曲柄组件201、VGT组件202以及电控执行器203。

进一步的，曲柄组件201用于连接控制VGT组件202，电控执行器203智能的控制曲柄组件201的动作，从而控制VGT组件202的开合。

进一步的，转子轴101设置在机壳102内，并且转子轴两端分别对应涡流壳 103端与压气端104设置有涡轮101a以及压轮101b；其中压轮101b用于将空气进行压缩，涡轮101a则是将废气重新吸入进行二次利用。

更进一步的是，涡流壳103上设置有废气出口103a以及废气入口103b，压气端104设置有空气出口104a以及空气入口104b，涡流壳103上还设置有背板 103c，其中背板103c则是用于安装VGT组件202。

再进一步的，VGT组件202设置在涡流壳103与机壳102之间，安装在背板103c上，VGT组件202包括后盖202a、定距套202b以及安装盘202c，VGT 组件202通过安装盘202c与背板103c配合设置在机壳102上；后盖202a上设置有定距套202b，定距套202b另一端与安装盘202c连接，后盖202a与安装盘202c 之间设置有叶片202d；其中叶片202d的开合控制了涡轮处进气量的大小，其中背板103c与安装盘202c之间配合形成的圆柱面起到了一个限制VGT径向运动的作用，而背板103c与涡流壳103之间配合形成的端面起到了一个限制VGT轴向运动的效果。

再进一步的，安装盘202c上设置有拨动盘202e以及拨叉销202f，拨叉销 202f一端与拨动盘202e连接，另一端上设置有拨叉202g，拨动盘202e上设置有调节销202e-1，叶片202d底部设置有叶片轴202d-1，叶片轴202d-1与拨叉 202g一端连接，叶片轴202d-1之间设置有滚轮202h，其中滚轮202h与安装盘 202c的端面一起对拨动盘202e进行轴向限位。

进一步的，曲柄组件201包括曲柄连杆201a以及拉杆201b，曲柄连杆201a 与调节销202e-1连接，拉杆201b一端与曲柄连杆201a连接，另一端与电控执行器203连接，

具体的，滚轮202h设置有三组，沿叶片202d圆心圆周设置。

具体的工作流程及原理如下：针对VGT组件202，安装盘202c和后盖202a 通过定距套202b铆接在一起，形成通道，叶片202d安装在通道内，叶片轴202d-1 通过安装盘202c上轴孔伸出到安装盘202d上另一侧，拨叉202g与叶片轴202d-1 不可旋转的固定在一起，拨叉销202f伸入拨动盘202e的外侧槽内，拨动盘202e 上安装有调节销202e-1，调节销202e-1不可转动的固定在拨动盘202e上，拨动盘202e置于安装盘202c一侧，安装盘202c上安装有滚轮202h，可与安装盘202c 端面一起对拨动盘202e进行轴向限位，另外安装盘202c与拨动盘202e接触的圆柱面则对拨动盘进202e行径向限位。

电控执行器203与VGT组件202之间设有曲柄组件201，曲柄组件201由拉杆201b、曲柄连杆201a等构成，当电控执行器203输出扭矩带动摇臂转动，通过曲柄连杆机构传导，带动拨动盘202e转动，进而带动叶片轴202d-1转动，从而调节叶片开闭角度，控制气体的流通面积。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本实用新型的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本实用新型的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本实用新型不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本实用新型的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本实用新型不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：包括，空压机单元(100)；

能量回收单元(200)，所述能量回收单元(200)设置在所述空压机单元(100)上，所述能量回收单元(200)包括曲柄组件(201)、VGT组件(202)以及电控执行器(203)。

2.如权利要求1所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述空压机单元(100)包括转子轴(101)、机壳(102)以及位于所述机壳(102)一端的涡流壳(103)和位于所述机壳(102)另一端的压气端(104)。

3.如权利要求2所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述转子轴(101)设置在所述机壳(102)内，并且所述转子轴两端分别对应所述涡流壳(103)端与所述压气端(104)设置有涡轮(101a)以及压轮(101b)。

4.如权利要求3所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述涡流壳(103)上设置有废气出口(103a)以及废气入口(103b)，所述压气端(104)设置有空气出口(104a)以及空气入口(104b)，所述涡流壳(103)上还设置有背板(103c)。

5.如权利要求4所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述VGT组件(202)设置在所述涡流壳(103)与所述机壳(102)之间，安装在所述背板(103c)上，所述VGT组件(202)包括后盖(202a)、定距套(202b)以及安装盘(202c)，所述VGT组件(202)通过所述安装盘(202c)与所述背板(103c)配合设置在所述机壳(102)上。

6.如权利要求5所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述后盖(202a)上设置有所述定距套(202b)，所述定距套(202b)另一端与所述安装盘(202c)连接，所述后盖(202a)与所述安装盘(202c)之间设置有叶片(202d)。

7.如权利要求6所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述安装盘(202c)上设置有拨动盘(202e)以及拨叉销(202f)，所述拨叉销(202f)一端与所述拨动盘(202e)连接，另一端上设置有拨叉(202g)，所述拨动盘(202e)上设置有调节销(202e-1)。

8.如权利要求7所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述叶片(202d)底部设置有叶片轴(202d-1)，所述叶片轴(202d-1)与所述拨叉(202g)一端连接，所述叶片轴(202d-1)之间设置有滚轮(202h)。

9.如权利要求8所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述曲柄组件(201)包括曲柄连杆(201a)以及拉杆(201b)，所述曲柄连杆(201a)与所述调节销(202e-1)连接，所述拉杆(201b)一端与所述曲柄连杆(201a)连接，另一端与所述电控执行器(203)连接。

10.如权利要求9所述的带涡端能量回收单元的氢燃料电池用可变截面空压机，其特征在于：所述滚轮(202h)设置有三组，沿所述叶片(202d)圆心圆周设置。

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