CN217682141U - 空压机以及氢能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种空压机以及氢能系统，所述空压机包括壳体、压缩组件、膨胀组件和连通件，压缩组件和膨胀组件均设在壳体内，压缩组件用于压缩气体，膨胀组件与压缩组件相连，膨胀组件可利用高压气体膨胀做功以驱动压缩组件，连通件的两端分别与压缩组件和膨胀组件连通，以在压缩组件内的压力达到预设值时，连通件连通压缩组件和膨胀组件，以便压缩组件内的压缩气体流入膨胀组件内以驱动膨胀组件做功。本实用新型的空压机具有结构简单、运行稳定、使用寿命长等优点。

Description

空压机以及氢能系统

技术领域

本实用新型涉及空气压缩领域，具体地，涉及一种空压机以及氢能系统。

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，空压机工作效率低，能量损耗大。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

OEM(主机厂客户)会对燃料电池系统一些工况提出严苛的要求，一般需要运行在小流量高压比的位置，这类工况点大多靠近空压机喘振线，严重影响空压机系统的稳定性。燃料电池空压机会设置空压机出口泄压阀来满足客户的工况点需求，泄压阀会在工况点靠近喘振线时打开，排出一部分气体，为了保证客户需求的工况点，空压机需要吸入更多的空气，此时空压机的工况点将远离喘振线，提高了系统的稳定性。

相关技术中，电池空压机虽然设置了泄压阀，但是泄压阀导出的气流要么回流到空压机进口，要么直接排入大气，并没有对其进行二次利用，结合燃料电池系统的特性，需对该技术方案进行优化改进，回收利用泄压阀导出的气流。

本实用新型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，本实用新型的实施例提出一种结构简单、能量损耗小、成本低廉的空压机。

本实用新型的实施例提出一种结构简单、利用率高的氢能系统

本实用新型实施例的空压机包括：壳体；压缩组件和膨胀组件，所述压缩组件和所述膨胀组件均设在所述壳体内，所述压缩组件用于压缩气体，所述膨胀组件与所述压缩组件相连，所述膨胀组件可利用高压气体膨胀做功以驱动所述压缩组件；连通件，连通件的两端分别与所述压缩组件和所述膨胀组件连通，以在所述压缩组件内的压力达到预设值时，所述连通件连通所述压缩组件和所述膨胀组件，以便所述压缩组件内的压缩气体流入所述膨胀组件内以驱动所述膨胀组件做功。

本实用新型实施例的空压机，设置连通件，从而提高了空压机运行的稳定性，提高了空压机的工作效率，减小了空压机的能量损失。

在一些实施例中，所述压缩组件包括第一压缩单元和第二压缩单元，所述第一压缩单元和所述第二压缩单元设在所述壳体内且沿所述壳体的长度方向间隔设置，所述第二压缩单元与所述膨胀组件相连，以便所述膨胀组件驱动所述第二压缩单元做功。

在一些实施例中，所述壳体具有气流通道，所述气流通道分别与所述第一压缩单元和所述第二压缩单元连通，以便所述第一压缩单元内的压缩气体通过所述气流通道流入所述第二压缩单元，所述连通件分别与所述气流通道和所述膨胀组件连通，以在所述气流通道内的压力达到所述预设值时，所述连通件连通所述气流通道和所述膨胀组件。

在一些实施例中，所述连通件分别与所述第二压缩单元和膨胀组件连通，以在所述第二压缩单元内的压力达到所述预设值时，所述连通件连通所述第二压缩单元和所述膨胀组件。

在一些实施例中，所述连通件为多个，多个所述连通件沿所述壳体的周向间隔设置，多个所述连通件中的至少部分连通件的一端与所述气流通道连通，多个所述连通件中的至少部分连通件的另一端与所述膨胀组件连通，

多个所述连通件的至少另一部分连通件的一端与所述第二压缩单元连通，多个所述连通件的至少另一部分连通件的另一端与所述膨胀组件连通。

在一些实施例中，所述第一压缩单元包括第一叶轮，所述第一叶轮可转动地设在所述壳体内，且所述叶轮的外周面与所述壳体的内周面沿内外方向间隔设置，所述第二压缩单元包括第一壳和第二叶轮，所述第一壳设在所述壳体远离所述第一叶轮的一侧，且所述第一壳与所述壳体连通，所述第一壳包括第一腔和第一流道,所述第一流道与所述第一腔连通并环绕在所述第一腔的外周侧，所述第二叶轮可转动地设在所述第一腔内，所述膨胀组件包括第二壳和涡轮，所述第二壳设在所述第一壳远离所述壳体的一侧，且所述第二壳与所述第一壳连通，所述第二壳包括第二腔和第二流道,所述第二流道与所述第二腔连通并环绕在所述第二腔的外周侧，所述涡轮可转动地设在所述第二腔内且与所述第二叶轮相连，以便所述涡轮带动所述第二叶轮转动。

在一些实施例中，所述连通件分别与所述第一流道和所述第二流道连通，以在所述第一流道内的压力达到预设值时，所述连通件连通所述第一流道和所述第二流道。

在一些实施例中，所述连通件为多个，多个所述连通件沿所述壳体的周向间隔设置，多个所述连通件的一端与所述压缩组件相连，多个所述连通件的另一端与所述膨胀组件相连。

在一些实施例中，所述预设值小于所述空压机的喘振值，所述连通件为泄压阀。

一种氢能系统包括：空压机，所述空压机为上述实施例中任一项所述空压机；燃料电池，所述燃料电池与所述空压机的压缩组件连通，以便所述压缩组件产生的压缩气体流入所述燃料电池，所述燃料电池与所述空压机的膨胀组件连通，以便所述燃料电池流出的气体流入所述膨胀组件以使所述膨胀组件做功。

附图说明

图1是本实用新型实施例的空压机的第一种实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的空压机的第二种实施例的主视图。

附图标记：

空压机100；

壳体1；气流通道11；第一通孔12；

压缩组件2；第一压缩单元21；第一叶轮211；

第二压缩单元22；第一壳221；第一腔2211；第一流道2212；第二通孔22121；第二叶轮222；

膨胀组件3；第二壳31；第二腔311；第二流道312；第三通孔3121；涡轮32；

电机4。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的空压机。

如图1-2所示，本实用新型实施例的空压机包括壳体1、压缩组件2、膨胀组件3和连通件(图中未示意出)。

压缩组件2和膨胀组件3均设在壳体1内，压缩组件2用于压缩气体，膨胀组件3与压缩组件2相连，膨胀组件3可利用高压气体膨胀做功以驱动压缩组件2。具体地，如图 1-2所示，压缩组件2设在壳体1的左侧，膨胀组件3设在壳体1的右侧，压缩组件2的出口可与燃料电池的进口连通，压缩组件2内的压缩气体流入燃料电池内且在燃料电池内进行做功，膨胀组件3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组件3且在膨胀组件3内进行做功，膨胀组件3做功可驱动压缩组件2做功，从而提高了压缩组件2的效率，减小了压缩组件2的耗能。

连通件的两端分别与压缩组件2和膨胀组件3连通，以在压缩组件2内的压力达到预设值时，连通件连通压缩组件2和膨胀组件3，以便压缩组件2内的压缩气体流入膨胀组件3内以驱动膨胀组件3做功。具体地，如图1-2所示，空压机100可以为一级空压机或二级空压机中的任一种，连通件为泄压阀，连通件的进口与压缩组件2的出口连通，连通件的出口与膨胀组件3的进口连通，当压缩组件2内的压力值达到预设值时，连通件可连通压缩组件2和膨胀组件3，将压缩组件2内的部分压缩气体通过连通件流入膨胀组件3，从而可压气机避免出现喘振的情况，另外，压缩组件2内的压缩气体温度高于膨胀组件3 内的温度，由此，可以利用压缩组件2内的高温压缩气体对膨胀组件3内的气体进行升温，从而增加了膨胀组件3的进气量、提高膨胀组件3的了入口温度，提高了压缩组件2的做功能力。

本实用新型实施例的空压机100，设置连通件，在空压机100内的压力邻近空压机100 的喘振线时，连通件将压缩组件2和膨胀组件3连通，从而有效降低了空压机100的喘振风险，提高空压机100运行的稳定性，另外，膨胀组件3回收了泄压阀导出的气流，提高了膨胀组件3的入口温度，增强了膨胀组件3做功能力，降低膨胀组件3的入口相对湿度，提高膨胀组件3内的涡轮32叶片的使用寿命。

在一些实施例中，压缩组件2包括第一压缩单元21和第二压缩单元22，第一压缩单元 21和第二压缩单元22设在壳体1内且沿壳体1的长度方向(如图1所示的左右方向)间隔设置，第二压缩单元22与膨胀组件3相连，以便膨胀组件3驱动第二压缩单元22做功。具体地，如图1所示，即空压机100为二级空压机，第一压缩单元21和第二压缩单元22 均设在壳体1内，第一压缩单元21设在壳体1的左侧，第二压缩单元22设在壳体1的右侧，第一压缩单元21用于对气体进行初步压缩，第二压缩单元22用于进一步对气体进一步压缩，膨胀组件3与第二压缩单元22相连，从而使得膨胀组件3做功带动第二压缩组件 2做功，从而提高了第二压缩组件2的做功能力，由此，使得空压机100设置更加合理。

在一些实施例中，壳体1具有气流通道11，气流通道11分别与第一压缩单元21和第二压缩单元22连通，以便第一压缩单元21内的压缩气体通过气流通道11流入第二压缩单元22，连通件分别与气流通道11和膨胀组件3连通，以在气流通道11内的压力达到预设值时，连通件连通气流通道11和膨胀组件3。具体地，如图1所示，壳体1内设有电机4，电机4位于第一压缩单元21和第二压缩单元22之间，且电机4分别与第一压缩单元21和第二压缩单元22相连，从而使得电机4带动第一压缩单元21和第二压缩单元22做功，电机4的外周面和壳体1的内周面沿内外方向间隔设置以形成气流通道11，气流通道11的左端与第一压缩单元21连通，气流通道11的右端与第二压缩单元22连通，壳体1上沿内外方向贯穿壳体1第一通孔12，第一通孔12位于第一压缩单元21和第二压缩单元22之间，第一通孔12与气流通道11连通，连通件的进口通过第一通孔12与气流通道11连通，连通件的出口与膨胀组件3的进口连通，以在气流通道11内的压力达到预设值时，气流通道11内的压缩气体通过连通件流入膨胀组件3内。

在一些实施例中，连通件分别与第二压缩单元22和膨胀组件3连通，以在第二压缩单元22内的压力达到预设值时，连通件连通第二压缩单元22和膨胀组件3。具体地，如图1所示，连通件的进口与第二压缩单元22连通，连通件的出口与膨胀组件3连通，以在第二压缩单元22内的压力达到预设值时，第二压缩单元22内的压缩气体通过连通件流入膨胀组件3内。

可以理解的是，连通件的进口可以与气流通道11和第二压缩单元22连通，连通件的出口可以与膨胀组件3连通，使用者可根据实际情况进行设置。

在一些实施例中，连通件为多个，多个连通件沿壳体1的周向间隔设置，多个连通件中的至少部分连通件的一端与气流通道11连通，多个连通件中的至少部分连通件的另一端与膨胀组件3连通，多个连通件的至少另一部分连通件的一端与第二压缩单元22连通，多个连通件的至少另一部分连通件的另一端与膨胀组件3连通。

具体地，多个连通件可根据实际情况进行设置，例如：多个连通件沿壳体1的周向间隔设置，多个连通件的进口均可以与气流通道11连通，多个连通件的出口均可以与膨胀组件3连通，或，多个连通件中的其中一部分的进口与气流通道11连通，多个连通件的其中一部分的出口与膨胀组件3连通，多个连通件的其中另一部分的进口与第二压缩单元22连通，多个连通件的其中另一部分的出口与膨胀组件3连通，或，多个连通件的进口均与第二压缩单元22连通，多个连通件的出口均与膨胀组件3连通，由此，通过多个连通件可对压气机内的压力进行检测，进一步保证了空压机100的运行的稳定性。

可以理解的是，多个连通件还可以沿壳体1的长度方向依次设置，从而通过多个连通件检测壳体1内的不同位置的压力，进一步保证了空压机100的运行的稳定性。

在一些实施例中，第一压缩单元21包括第一叶轮211，第一叶轮211可转动地设在壳体1内，且叶轮的外周面与壳体1的内周面沿内外方向间隔设置，第二压缩单元22包括第一壳221和第二叶轮222，第一壳221设在壳体1远离第一叶轮211的一侧，且第一壳221 与壳体1连通，第一壳221包括第一腔2211和第一流道2212,第一流道2212与第一腔2211 连通并环绕在第一腔2211的外周侧，第二叶轮222可转动地设在第一腔2211内，膨胀组件3包括第二壳31和涡轮32，第二壳31设在第一壳221远离壳体1的一侧，且第二壳31 与第一壳221连通，第二壳31包括第二腔311和第二流道312,第二流道312与第二腔311 连通并环绕在第二腔311的外周侧，涡轮32可转动地设在第二腔311内且与第二叶轮222 相连，以便涡轮32带动第二叶轮222转动。

具体地，如图1所示，第一叶轮211可转动地设在壳体1内且位于壳体1的左侧，从而对气体进行加压，第一壳221设在壳体1的左侧，第一腔2211与壳体1连通，第二叶轮 222可转动地设在第一壳221，从而将第一叶轮211压缩后的气体通过壳体1流入第一壳 221内，再通过第二叶轮222进行再次压缩，第二壳31设在第一壳221的在右侧且与第一壳221一体成型，第一腔2211和第二腔311连通，涡轮32可转动地设在第二腔311内，且涡轮32与第二叶轮222一体成型，从而通过涡轮32在第二腔311内利用压缩气体转动以带动第二叶轮222转动，从而减小了第二叶轮222的耗能。

在一些实施例中，连通件分别与第一流道2212和第二流道312连通，以在第一流道2212 内的压力达到预设值时，连通件连通第一流道2212和第二流道312。具体地，第一流道2212 的内周面上设有第二通孔22121，连通件的进口通过第二通孔22121与第一流道2212连通，第二流道312上设有第三通孔3121，连通件的出口通过第三通孔3121与第二流道312连通，在第一流道2212内的压力达到预设值时，连通件将连通第一流道2212和第二流道312，从而将第一流道2212内的气流通过连通件流入第二流道312内，以减少第一流道2212内的压力。

在一些实施例中，连通件为多个，多个连通件沿壳体的周向间隔设置，多个连通件的一端与压缩组件2相连，多个连通件的另一端与膨胀组件2相连。具体地，空压机100为一级空压机，多个连通件的进口与压缩组件2的出口连通，多个连通件的出口与膨胀组件 3的进口连通，由此，通过多个连通件可对压气机内的压力进行检测，进一步保证了空压机100的运行的稳定性。

可以理解的是，如图2所示，对于一级空压机来说，第二通孔22121还可以设置在压缩组件2的蜗壳上。

在一些实施例中，预设值小于空压机100的喘振值。由此，当空压机100内的流量近接近空压机100的喘振值时，连通件连通压缩组件2和膨胀组件3，从而将压缩组件2内的高压气体流入膨胀组件3内，以保证空压机100运行的稳定性。

本实用新型实施例的氢能系统包括空压机100和燃料电池(图中未示意出)。

空压机100为上述实施例中任一项空压机100。

燃料电池与空压机100的压缩组件2连通，以便压缩组件2产生的压缩气体流入燃料电池，燃料电池与空压机100的膨胀组件3连通，以便燃料电池流出的气体流入膨胀组件3以使膨胀组件3做功。具体地，燃料电池的进口与空压机100的压缩组件2的出口连通，从而将压缩组件2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，燃料电池的出口与空压机100的膨胀组件3的入口连通，从而仍将燃料电池做功后的气体流入膨胀组件3内，从而使得气体驱动膨胀组件3进行做功。

本实用新型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。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

在本实用新型中，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实用新型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，不能理解为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空压机，其特征在于，包括：壳体；压缩组件和膨胀组件，所述压缩组件和所述膨胀组件均设在所述壳体内，所述压缩组件用于压缩气体，所述膨胀组件与所述压缩组件相连，所述膨胀组件可利用高压气体膨胀做功以驱动所述压缩组件；连通件，连通件的两端分别与所述压缩组件和所述膨胀组件连通，以在所述压缩组件内的压力达到预设值时，所述连通件连通所述压缩组件和所述膨胀组件，以便所述压缩组件内的压缩气体流入所述膨胀组件内以驱动所述膨胀组件做功。

2.根据权利要求1所述的空压机，其特征在于，所述压缩组件包括第一压缩单元和第二压缩单元，所述第一压缩单元和所述第二压缩单元设在所述壳体内且沿所述壳体的长度方向间隔设置，所述第二压缩单元与所述膨胀组件相连，以便所述膨胀组件驱动所述第二压缩单元做功。

3.根据权利要求2所述的空压机，其特征在于，所述壳体具有气流通道，所述气流通道分别与所述第一压缩单元和所述第二压缩单元连通，以便所述第一压缩单元内的压缩气体通过所述气流通道流入所述第二压缩单元，所述连通件分别与所述气流通道和所述膨胀组件连通，以在所述气流通道内的压力达到所述预设值时，所述连通件连通所述气流通道和所述膨胀组件。

4.根据权利要求3所述的空压机，其特征在于，所述连通件分别与所述第二压缩单元和所述膨胀组件连通，以在所述第二压缩单元内的压力达到所述预设值时，所述连通件连通所述第二压缩单元和所述膨胀组件。

5.根据权利要求4所述的空压机，其特征在于，所述连通件为多个，多个所述连通件沿所述壳体的周向间隔设置，多个所述连通件中的至少部分连通件的一端与所述气流通道连通，多个所述连通件中的至少部分连通件的另一端与所述膨胀组件连通，

多个所述连通件的至少另一部分连通件的一端与所述第二压缩单元连通，多个所述连通件的至少另一部分连通件的另一端与所述膨胀组件连通。

6.根据权利要求4所述的空压机，其特征在于，所述第一压缩单元包括第一叶轮，所述第一叶轮可转动地设在所述壳体内，且所述叶轮的外周面与所述壳体的内周面沿内外方向间隔设置，

所述第二压缩单元包括第一壳和第二叶轮，所述第一壳设在所述壳体远离所述第一叶轮的一侧，且所述第一壳与所述壳体连通，所述第一壳包括第一腔和第一流道,所述第一流道与所述第一腔连通并环绕在所述第一腔的外周侧，所述第二叶轮可转动地设在所述第一腔内，

所述膨胀组件包括第二壳和涡轮，所述第二壳设在所述第一壳远离所述壳体的一侧，且所述第二壳与所述第一壳连通，所述第二壳包括第二腔和第二流道,所述第二流道与所述第二腔连通并环绕在所述第二腔的外周侧，所述涡轮可转动地设在所述第二腔内且与所述第二叶轮相连，以便所述涡轮带动所述第二叶轮转动。

7.根据权利要求6所述的空压机，其特征在于，所述连通件分别与所述第一流道和所述第二流道连通，以在所述第一流道内的压力达到预设值时，所述连通件连通所述第一流道和所述第二流道。

8.根据权利要求1所述的空压机，其特征在于，所述连通件为多个，多个所述连通件沿所述壳体的周向间隔设置，多个所述连通件的一端与所述压缩组件相连，多个所述连通件的另一端与所述膨胀组件相连。

9.根据权利要求1所述的空压机，其特征在于，所述预设值小于所述空压机的喘振值，所述连通件为泄压阀。

10.一种氢能系统，其特征在于，包括：

空压机，所述空压机为上述权利要求1-9中任一项所述空压机；

燃料电池，所述燃料电池与所述空压机的压缩组件连通，以便所述压缩组件产生的压缩气体流入所述燃料电池，所述燃料电池与所述空压机的膨胀组件连通，以便所述燃料电池流出的气体流入所述膨胀组件以使所述膨胀组件做功。

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