分离式涡轮增压空压机及其电机冷却单元、氢燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种分离式涡轮增压空压机及其电机冷却单元、氢燃料电池系统，属于燃料电池技术领域，分离式涡轮增压空压机的电机冷却单元包括包括分离设置的空气压缩组件和能量回收组件；所述空气压缩组件包括电机壳体和设于所述电机壳体内的驱动电机，所述电机壳体设有风冷通道以及与所述风冷通道连通的排风口；所述能量回收组件包括与所述电机壳体连接的回收壳体，设于所述回收壳体内的回收涡轮，以及与所述回收涡轮同轴设置的回收叶轮，所述回收涡轮、所述回收叶轮的旋转轴与所述驱动电机彼此独立，所述回收壳体具有与所述回收涡轮对应的尾气进气口和尾气出气口，所述尾气进气口和所述尾气出气口连通，所述尾气出气口与所述风冷通道连通。与所述风冷通道连通。与所述风冷通道连通。

【技术实现步骤摘要】
分离式涡轮增压空压机及其电机冷却单元、氢燃料电池系统


[0001]本技术属于燃料电池
，更具体地说，是涉及一种分离式涡轮增压空压机及其电机冷却单元、氢燃料电池系统。

技术介绍

[0002]氢燃料电池以氢气和空气(空气中的氧气)为燃料，发生电化学反应，将燃料的化学能直接转换成电能，反应生成水，兼备无污染、适用范围广、效率高等特点。研究表明，高压、大流量的空气供应对提高氢燃料电池的发电功率具有明显的提升作用。因此，在空气进入氢燃料电池之前，需要通过空气压缩机对空气进行增压。
[0003]传统的氢燃料电池中，电堆反应后的带有热能和动能的尾气通常直接外排至大气，造成了能量的浪费，基于此，利用能量回收的思路，在空气压缩机内设置与电机主轴同轴的涡轮，利用电堆尾气带动涡轮做功，降低驱动电机的功耗。
[0004]但是，在实际应用中，上述带有涡轮的空气压缩机降低驱动电机功耗的效果相对较低，并且，电堆尾气直接经由涡轮排出至大气中，没有充分利用电堆尾气。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种分离式涡轮增压空压机及其电机冷却单元、氢燃料电池系统，旨在解决上述带有涡轮的空气压缩机降低驱动电机功耗的效果相对较低，并且，电堆尾气直接经由涡轮排出至大气中，没有充分利用电堆尾气的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0007]在第一方面，本技术提供一种分离式涡轮增压空压机的电机冷却单元，包括分离设置的空气压缩组件和能量回收组件；其中，所述空气压缩组件包括电机壳体和设于所述电机壳体内的驱动电机，所述电机壳体设有风冷通道以及与所述风冷通道连通的排风口；
[0008]所述能量回收组件包括与所述电机壳体连接的回收壳体，设于所述回收壳体内的回收涡轮，以及与所述回收涡轮同轴设置的回收叶轮，所述回收涡轮、所述回收叶轮的旋转轴与所述驱动电机彼此独立，所述回收壳体具有与所述回收涡轮对应的尾气进气口和尾气出气口，所述尾气进气口和所述尾气出气口连通，所述尾气出气口与所述风冷通道连通。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述风冷通道与所述电机壳体的内部空间连通。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述风冷通道内设有散热翅片。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述能量回收组件还包括与所述尾气进气口连通的第一尾气进气支管，以及与所述第一尾气进气支管并联设置的第二尾气进气支管，所述第二尾气进气支管与所述风冷通道连通。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述第一尾气进气支管设有第一调节阀。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述第二尾气进气支管设有第二调节阀。
[0014]本技术提供的分离式涡轮增压空压机的电机冷却单元至少具有以下技术效
果：与传统技术相比，本技术提供的分离式涡轮增压空压机的电机冷却单元，将空气压缩组件和能量回收组件分离设置，回收涡轮和回收叶轮的旋转轴与驱动电机彼此独立，利用电堆尾气能够使回收涡轮旋转并带动回收叶轮旋转，空气自回收叶轮进行初步增压进入至空气压缩组件中，从而降低驱动电机的功耗；同时，电机壳体设有彼此连通的风冷通道和排风口，电堆尾气先从尾气进气口进入回收涡轮，再从尾气出气口排出并进入到风冷通道内，最后从排风口排出至大气中，充分利用了电堆尾气的低温资源，提高了电堆尾气的利用率。
[0015]在第二方面，本技术还提供一种分离式涡轮增压空压机，包括如上任一实施例所述的电机冷却单元，其中，所述空气压缩组件还包括设于所述电机壳体内且与所述驱动电机配合的叶轮结构；所述电机壳体还设有与所述叶轮结构对应的第一进气口，与所述第一进气口分隔的第二进气口，以及与所述第一进气口和所述第二进气口均连通的总排气口；所述回收壳体还设有与所述回收叶轮对应的第三进气口和中间排气口，所述中间排气口和所述第二进气口连通。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述回收涡轮和所述回收叶轮为背靠背一体式设置。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述叶轮结构包括：前端叶轮，套设于所述驱动电机的电机轴，且设于所述电机壳体内，所述第一进气口、所述第二进气口对应所述前端叶轮设置；后端叶轮，套设于所述驱动电机的电机轴，与所述前端叶轮间隔设置，且设于所述电机壳体内，所述总排气口对应所述后端叶轮设置；以及级间管道，连通于所述电机壳体对应所述前端叶轮和所述后端叶轮的级间出口和级间进口之间。
[0018]本技术提供的分离式涡轮增压空压机采用如上任一实施例所述的电机冷却单元，二者技术效果相同，在此不再赘述。此外，当初始启动时，利用第一进气口为叶轮结构通入空气，当电池电堆功率升高后，利用尾气进气口为回收涡轮通入电堆尾气，回收涡轮依靠电堆尾气驱动旋转，进而带动回收叶轮旋转，利用第三进气口和第二进气口为叶轮结构通入空气，此时，可以控制第一进气口的开度状态，能够对通入叶轮结构的空气进行初步增压，提高空气的初始通入压力，进而降低驱动电机的功耗。
[0019]在第三方面，本技术还提供一种氢燃料电池系统，包括如上任一实施例所述的分离式涡轮增压空压机。
[0020]本技术提供的氢燃料电池系统采用如上任一实施例所述的分离式涡轮增压空压机，二者技术效果相同，在此不再赘述。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本技术一实施例提供的分离式涡轮增压空压机的电机冷却单元的示意图；
[0023]图2为本技术一实施例中电机壳体的示意图；
[0024]图3为本技术一实施例中能量回收组件的示意图；
[0025]图4为本技术一实施例提供的分离式涡轮增压空压机的示意图；
[0026]图5为本技术一实施例提供的氢燃料电池系统的示意图。
[0027]附图标记说明：
[0028]1、电机冷却单元
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2、分离式涡轮增压空压机
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3、氢燃料电池系统
[0029]100、空气压缩组件
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110、电机壳体
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111、风冷通道
[0030]112、排风口
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113、第一进气口
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114、第二进气口
[0031]115、总排气口
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116、级间出口
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117、级间进口
[0032]120、驱动电机
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130、叶轮结构
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.分离式涡轮增压空压机的电机冷却单元，其特征在于，包括分离设置的空气压缩组件和能量回收组件；其中，所述空气压缩组件包括电机壳体和设于所述电机壳体内的驱动电机，所述电机壳体设有风冷通道以及与所述风冷通道连通的排风口；所述能量回收组件包括与所述电机壳体连接的回收壳体，设于所述回收壳体内的回收涡轮，以及与所述回收涡轮同轴设置的回收叶轮，所述回收涡轮、所述回收叶轮的旋转轴与所述驱动电机彼此独立，所述回收壳体具有与所述回收涡轮对应的尾气进气口和尾气出气口，所述尾气进气口和所述尾气出气口连通，所述尾气出气口与所述风冷通道连通。2.如权利要求1所述的电机冷却单元，其特征在于，所述风冷通道与所述电机壳体的内部空间连通。3.如权利要求1所述的电机冷却单元，其特征在于，所述风冷通道内设有散热翅片。4.如权利要求1所述的电机冷却单元，其特征在于，所述能量回收组件还包括与所述尾气进气口连通的第一尾气进气支管，以及与所述第一尾气进气支管并联设置的第二尾气进气支管，所述第二尾气进气支管与所述风冷通道连通。5.如权利要求4所述的电机冷却单元，其特征在于，所述第一尾气进气支管设有第一调节阀。6.如权利要求4或5所述的电机冷却单元，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红，张玉松，张学智，杨登峰，
申请(专利权)人：河北金士顿新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：