一种带有涡轮膨胀机的空压系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带有涡轮膨胀机的空压系统，包括：压缩机；与压缩机的排气口依次连接的中冷器和加湿器，加湿器与燃料电池连接；压缩机排出的压缩气体依次经过中冷器和加湿器后进入到燃料电池；与压缩机同轴设置的电机；与电机同轴设置的涡轮膨胀机，且涡轮膨胀机和压缩机分别位于电机的两侧；涡轮膨胀机被配置为在燃料电池排出的空气的驱动下，与电机一起驱动压缩机；密封气路，密封气路从中冷器的排气口连接至电机与涡轮膨胀机之间，密封气路能够防止涡轮膨胀机中的空气进入到电机内。本发明专利技术的空压系统，避免了对电机的易生锈部件进行防锈处理，降低了制造成本。降低了制造成本。降低了制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种带有涡轮膨胀机的空压系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，尤其涉及一种带有涡轮膨胀机的空压系统，用于给燃料电池供给空气。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种高效清洁的新能源动力系统，空气压缩机将空气压缩，然后送入燃料电池阴极，空气与阳极的氢气进行化学反应，生成的产物是电能和水，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，所以燃料电池非常的清洁环保，目前各国都在大力推动氢燃料电池动力系统的开发推广。
[0003]燃料电池专用的空气压缩机是氢燃料电池动力系统里面非常重要的一个零部件，其作用是为燃料电池的阴极提供一定压力和一定流量的压缩空气，满足燃料电池反应对于空气中氧气的需求。由于润滑油膜对于燃料电池的寿命影响很大，所以为了防止压缩空气中含有润滑油，空压机需要在无油环境中运行，而且空压机的运行转速要求比较高，每分钟转速可高达十几万转，传统的采用滚珠轴承设计鼓风机、压缩机是很难实现这一点的，所以带空气轴承的超高速空气压缩机应运而生。目前燃料电池空压机有单级压缩的，也有两级压缩的。单级压缩即一个电机驱动一个压轮，而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更大。
[0004]但是在两级压缩机中，进入燃料电池电堆的压缩空气中仅有一部分氧气参与反应，其他压缩空气会被排出到大气中，容易造成这部分高压气体所携带的能量被浪费。
[0005]在现有技术中，有些会采用带有涡轮膨胀机的空气压缩机，将燃料电池排出的高压空气引流至与电机同轴安装的涡轮，以吹动涡轮转动。涡轮的转动会辅助电机驱动压缩机。但是，这也带来一个问题，燃料电池排出的高压空气中含有一定水蒸气，导致高压空气中的水分可以通过涡轮机与点击可之间的缝隙进入到电机壳内部，容易造成电机的定子、转子、轴承等部件生锈。为了解决这一问题，现有技术采用的手段是对电机中的容易生锈的部件进行防锈处理，但是这种处理方式会造成成本高昂。
[0006]因此，本领域的技术人员致力于开发一种带有涡轮膨胀机的空压系统，通过设置在涡轮膨胀机与电机之间的密封结构，能够防止燃料电池排出的高压空气中的水分进入到电机内，而无需对电机的易生锈部件进行防锈处理。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何防止从燃料电池排出的吹向涡轮的气体中的水蒸气通过涡轮机与电机壳之间的间隙进入电机壳内部，导致使电机容易生锈。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种带有涡轮膨胀机的空压系统，包括：
[0009]压缩机；
[0010]与所述压缩机的排气口依次连接的中冷器和加湿器，所述加湿器被配置为与燃料电池连接；其中，所述压缩机排出的压缩气体依次经过所述中冷器和所述加湿器后进入到燃料电池；
[0011]与所述压缩机同轴设置的电机，所述电机被配置为能够驱动所述压缩机；
[0012]与所述电机同轴设置的所述涡轮膨胀机，且所述涡轮膨胀机和所述压缩机分别位于所述电机的两侧；所述涡轮膨胀机被配置为在所述燃料电池排出的空气的驱动下，与所述电机一起驱动所述压缩机；
[0013]密封气路，所述密封气路从所述中冷器的排气口连接至所述电机与所述涡轮膨胀机之间，所述密封气路被配置为能够防止所述涡轮膨胀机中的空气进入到所述电机内。
[0014]进一步地，所述压缩机包括串联的第一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机的出口压力小于所述第二压缩机的出口压力。
[0015]进一步地，所述第一压缩机的压轮的背面与所述第二压缩机的压轮的背面相邻。
[0016]进一步地，所述第一压缩机和所述第二压缩机均为离心式压缩机。
[0017]进一步地，依次在所述电机的壳体、所述电机的轴承座、所述涡轮膨胀机的背板上设置有供气体通过的通道，所述通道与所述密封气路联通。
[0018]进一步地，在所述涡轮膨胀机的定居套与所述涡轮膨胀机的背板之间设置有两组活塞环。
[0019]进一步地，所述通道位于所述两组活塞环的中间位置。
[0020]进一步地，所述密封气路内的气体压力大于所述涡轮膨胀机内的气体压力。
[0021]进一步地，还包括冷却气路，所述冷却气路从所述中冷器的所述排气口连接至所述电机，用于冷却电机。
[0022]进一步地，还包括空滤，所述空滤与所述压缩机的进气口连接，使得空气经过所述空滤后进入所述压缩机。
[0023]进一步地，所述空压系统被配置为由所述燃料电池供电
[0024]和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025]本专利技术的提供的空压系统，在涡轮膨胀机和空压机之间设置密封结构，通过高压空气来防止涡轮膨胀机内的湿空气进入电机壳内部，避免了对电机的易生锈部件进行防锈处理，降低了制造成本。此外，本专利技术提供的结构简单，容易实现，对于现有的未作防锈处理的空压机系统，通过简单的改造后即可达到防锈效果，具有很大的经济价值。
[0026]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的一个较佳实施例的带有涡轮膨胀机的空压系统的模块示意图；
[0028]图2是本专利技术的一个较佳实施例的带有涡轮膨胀机的空压系统的密封气路结构示意图。
[0029]其中，其中：1-轴承座，2-涡轮背板，3-涡轮，4-定居套，5-转轴，6-电机壳，7-通气孔，8-活塞环，9-中冷器，10-空滤，11-第一压缩机，12-第二压缩机，13-电机，14-涡轮膨胀
机，15-密封气路，16-冷却气路，17-燃料电池，18-加湿器。
具体实施方式
[0030]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0031]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，本专利技术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。
[0032]如图1所示，本专利技术提供的带有膨胀机的空压机包括：压缩机、电机13、涡轮膨胀机14、中冷器9、加湿器18和密封气路15。其中，压缩机、电机13、涡轮膨胀机14依次同轴连接，且压缩机和涡轮膨胀机14分别位于电机13的两侧；压缩机的排气口依次连接中冷器9、加湿器18，最后与燃料电池17连接；燃料电池17的排气口与涡轮膨胀机14连接。在中冷器9的排气口处设置有与密封气路15连接的支路，密封气路15连接至涡轮膨胀机14与电机13之间。由于密封气路15中的气体是被压缩机压缩后的空气，其压力大于涡轮膨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有涡轮膨胀机的空压系统，其特征在于，包括：压缩机；与所述压缩机的排气口依次连接的中冷器和加湿器，所述加湿器被配置为与燃料电池连接；其中，所述压缩机排出的压缩气体依次经过所述中冷器和所述加湿器后进入到燃料电池；与所述压缩机同轴设置的电机，所述电机被配置为能够驱动所述压缩机；与所述电机同轴设置的所述涡轮膨胀机，且所述涡轮膨胀机和所述压缩机分别位于所述电机的两侧；所述涡轮膨胀机被配置为在所述燃料电池排出的空气的驱动下，与所述电机一起驱动所述压缩机；密封气路，所述密封气路从所述中冷器的排气口连接至所述电机与所述涡轮膨胀机之间，所述密封气路被配置为能够防止所述涡轮膨胀机中的空气进入到所述电机内；其中，依次在所述电机的壳体、所述电机的轴承座、所述涡轮膨胀机的背板上设置有供气体通过的通道，所述通道与所述密封气路联通。2.如权利要求1所述的带有涡轮膨胀机的空压系统，其特征在于，所述压缩机包括串联的第一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机的出口压力小于所述第二压缩机的出口压力。3.如权利要求2所述的带有涡轮膨胀机的空压系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾茸蕾，王燕青，
申请(专利权)人：海德韦尔太仓能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：