一种燃料电池系统用的空压机及燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池系统用的空压机及燃料电池系统，空压机包括电机、压缩机构和膨胀机构，压缩机构和膨胀机构分别安装在电机的两端并与电机的转轴连接，膨胀机构包括第一蜗壳和第一风轮，第一蜗壳开设有第一空腔、第一流道、第一进气口和第一出气口，第一蜗壳的侧面设置有进气管道，第一出气口和第一流道分别与第一空腔连通，第一进气口与第一流道连通，第一风轮与电机的转轴连接；进气管道的端部设置有圆筒状的套管安装部，第一进气口位于套管安装部的端部且朝下布局，第一蜗壳上均安装有加热组件和温度传感器，加热组件套装在套管安装部的外面、用以加热第一蜗壳及经第一进气口进入的气体，温度传感器用以检测第一流道内的温度。道内的温度。道内的温度。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统用的空压机及燃料电池系统

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[0001]本技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池系统用的空压机及燃料电池系统。

技术介绍
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[0002]燃料电池系统是一种通过氢气和氧气电化学反应产生电能的能量转换装置，具有能量转换效率高，结构简单、低噪音、无污染等优点。目前的燃料电池系统一般需要供氢系统、空气供应系统和冷却系统三大辅助系统来维持整个系统的正常运行。
[0003]而在空气供应系统中，为了保证燃料电池电堆内空气的供应量，一般都会使用空压机对空气进行增压以提高供气效率，空压机是整个燃料电池系统中的耗能大户，消耗的功率约占燃料电池系统的电堆模块输出功率的15％
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20％，为了节约能源，提高整个燃料电池的效率，通常会将膨胀机构到空压机上，膨胀机构通过回收燃料电池系统的电堆模块排出的高温尾排气体的能量来提高整个空压机的功率，在这过程中无需增加功耗，可节约能源；具体地，现有的空压机包括电机、压缩机构和膨胀机构，压缩机构和膨胀机构分别安装在电机的两端并与电机的转轴连接，膨胀机构包括第一蜗壳和第一风轮，第一蜗壳开设有第一空腔、第一流道和第一出气口，第一蜗壳的侧面设置有进气管道，进气管道的端部设置有第一进气口，第一出气口和第一流道分别与第一空腔连通，第一进气口与第一流道连通，第一风轮安装在第一空腔里并与电机的一端的转轴连接，压缩机构包括第二蜗壳和第二风轮，第二蜗壳开设有第二空腔、第二流道、第二进气口和第二出气口，第二进气口和第二流道分别与第二空腔连通，第二出气口与第二流道连通，第二风轮安装在第二空腔里并与所述电机的另一端的转轴连接，电机通过转轴带动第二风轮转动以压缩空气供燃料电池系统的电堆模块使用，而燃料电池系统的电堆模块反应产生尾排气经第一进气口流入第一流道后到达第一空腔以带动第一风轮旋转，从而带动电机的转轴旋转，以减小电机的能量损耗，从而可提高空压机的功率、实现能量回收；具体可参考公布号为CN 113339292 A，名称为一种带能量回收单元的燃料电池用可变截面空压机的专利技术专利申请，但该方案的涡端(即膨胀机构)的进气口是朝上布局的，使得涡端的蜗壳内部容易积水。
[0004]另外，由于燃料电池系统的电堆模块排出的高温尾排气体含水量非常高，若采用涡端(即膨胀机构)的进气口朝上布局的结构，在燃料电池系统停机后，尾排气体中的水分会冷凝成液态水汇集并滞留在膨胀机构的第一蜗壳内的最低处，在低温状态下液态水会凝结成冰，阻塞膨胀机构的第一蜗壳的第一流道，严重时，甚至会将第一风轮与第一蜗壳凝结在一起，从而导致尾排气体排出受阻，损坏空压机，为燃料电池系统带来风险。
[0005]为解决上述问题，已有人专利技术了一种防冷冻燃料电池冷启动系统，具体可参考公开号为CN 114256487 A，专利技术名称为防冷冻燃料电池冷启动系统、燃料电池系统及融冰方法的专利技术专利申请，该方案将电阻丝组件贴设在蜗壳表面，这样的结构可以对蜗壳进行加热，从而达到融冰的效果，但是由于蜗壳为不规则形状，很难将电阻丝组件完全贴于蜗壳的表面，使得操作起来很困难，并且对蜗壳表面大面积加热，需要消耗很多的电能。

技术实现思路
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[0006]本技术的目的是提供一种燃料电池系统用的空压机及燃料电池系统，能解决现有技术中蜗壳内部易积水，电阻丝组件安装困难的技术问题。
[0007]本技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0008]本技术的一个目的是提供一种燃料电池系统用的空压机，包括电机、压缩机构和膨胀机构，压缩机构和膨胀机构分别安装在电机的两端并与电机的转轴连接，膨胀机构包括第一蜗壳和第一风轮，第一蜗壳开设有第一空腔、第一流道、第一进气口和第一出气口，第一蜗壳的侧面设置有进气管道，第一出气口和第一流道分别与第一空腔连通，第一进气口与第一流道连通，第一风轮安装在第一空腔里并与电机的一端的转轴连接；进气管道的端部设置有套管安装部，第一进气口位于套管安装部的端部且朝下布局，套管安装部外面套装有加热组件，加热组件用以加热第一蜗壳及经第一进气口进入的气体。
[0009]优选地，所述第一蜗壳上安装有温度传感器，温度传感器用以检测所述第一流道内的温度。
[0010]优选地，所述加热组件包括加热套管和安装在加热套管的内壁面上的加热丝，加热丝贴设于所述套管安装部的外面。
[0011]优选地，所述加热丝包括呈螺旋线段状的加热丝主体和分别连接于加热丝主体两端部的接线端，所述加热套管的侧壁上设置有供接线端伸出的通孔。
[0012]优选地，套管安装部是圆筒状，所述进气管道的外面设置有连接法兰，连接法兰位于套管安装部的上方，连接法兰上设置有若干安装孔，所述加热套管的端部的外侧面设置有若干凸起的安装脚，若干安装脚与若干安装孔对应，每一个安装脚上设置有螺孔，采用螺钉穿过安装孔后与对应的螺孔螺纹连接以使所述加热组件与所述进气管道固定安装。
[0013]优选地，压缩机构包括第二蜗壳和第二风轮，第二蜗壳开设有第二空腔、第二流道、第二进气口和第二出气口，第二进气口和第二流道分别与第二空腔连通，第二出气口与第二流道连通，第二风轮安装在第二空腔里并与所述电机的另一端的转轴连接。
[0014]本技术的另一个目的是提供一种燃料电池系统，燃料电池系统包括燃料电池系统控制器、电堆模块、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，燃料电池系统控制器控制电堆模块、供氢系统、空气供应系统和冷却系统工作，空气供应系统包括空压机和空压机控制器，空压机控制器受控于燃料电池系统控制器，所述空压机采用上述所述的一种燃料电池系统用的空压机，空压机包括电机、压缩机构和膨胀机构，电机受控于空压机控制器，膨胀机构包括第一蜗壳，第一蜗壳开设有第一空腔、第一流道和第一出气口，第一蜗壳的侧面设置有进气管道，进气管道的端部设置有第一进气口，第一蜗壳上均安装有加热组件和温度传感器，加热组件套装在进气管道外面，加热组件受控于燃料电池系统控制器，压缩机构包括第二蜗壳，第二蜗壳开设有第二进气口和第二出气口，第二蜗壳的第二出气口连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气，电堆模块的空气出口连接到第一蜗壳的第一进气口以使排出的空气流入第一流道，温度传感器检测第一流道的温度并将温度信号传送至燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器根据温度信号控制加热组件通断电，并通过空压机控制器控制电机的运行状态。
[0015]优选地，所述空气供应系统还包括空气过滤器、流量计、中冷器和增湿器，外部空气依次经过空气过滤器、流量计、所述空压机的压缩机构的第二进气口、所述空压机的压缩
机构的第二出气口、中冷器和增湿器后送到所述电堆模块的空气入口，所述冷却系统为所述电堆模块提供冷却液，同时为中冷器提供冷却液以便对外部输入空气进行一次冷却。
[0016]优选地，所述燃料电池系统还包括背压阀和分水器，所述电堆模块的空气出口排出的空气依次经过所述增湿器、背压阀、分水器和所述空压机的膨胀机构的第一进气口后从所述空压机的膨胀机构的第一出气口排出。
[0017]优选地，所述燃料电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统用的空压机，包括电机(1)、压缩机构(2)和膨胀机构(3)，压缩机构(2)和膨胀机构(3)分别安装在电机(1)的两端并与电机(1)的转轴连接，膨胀机构(3)包括第一蜗壳(31)和第一风轮(32)，第一蜗壳(31)开设有第一空腔(33)、第一流道(34)、第一进气口(35)和第一出气口(36)，第一蜗壳(31)的侧面设置有进气管道(37)，第一出气口(36)和第一流道(34)分别与第一空腔(33)连通，第一进气口(35)与第一流道(34)连通，第一风轮(32)安装在第一空腔(33)里并与电机(1)的一端的转轴连接；其特征在于：进气管道(37)的端部设置有套管安装部(38)，第一进气口(35)位于套管安装部(38)的端部且朝下布局，套管安装部(38)外面套装有加热组件(4)，加热组件(4)用以加热第一蜗壳(31)及经第一进气口(35)进入的气体。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用的空压机，其特征在于：所述第一蜗壳(31)上安装有温度传感器(5)，温度传感器(5)用以检测所述第一流道(34)内的温度。3.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池系统用的空压机，其特征在于：所述加热组件(4)包括加热套管(41)和安装在加热套管(41)的内壁面上的加热丝(42)，加热丝(42)贴设于所述套管安装部(38)的外面。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池系统用的空压机，其特征在于：所述加热丝(42)包括呈螺旋线段状的加热丝主体(421)和分别连接于加热丝主体(421)两端部的接线端(422)，所述加热套管(41)的侧壁上设置有供接线端(422)伸出的通孔(411)。5.根据权利要求4所述的一种燃料电池系统用的空压机，其特征在于：套管安装部(38)是圆筒状，所述进气管道(37)的外面设置有连接法兰(6)，连接法兰(6)位于套管安装部(38)的上方，连接法兰(6)上设置有若干安装孔(61)，所述加热套管(41)的端部的外侧面设置有若干凸起的安装脚(7)，若干安装脚(7)与若干安装孔(61)对应，每一个安装脚(7)上设置有螺孔(71)，采用螺钉穿过安装孔(61)后与对应的螺孔(71)螺纹连接以使所述加热组件(4)与所述进气管道(37)固定安装。6.根据权利要求3所述的一种燃料电池系统用的空压机，其特征在于：压缩机构(2)包括第二蜗壳(21)和第二风轮(22)，第二蜗壳(21)开设有第二空腔(23)、第二流道(24)、第二进气口(25)和第二出气口(26)，第二进气口(25)和第二流道(24)分别与第二空腔(23)连通，第二出气口(26)与第二流道(24)连通，第二风轮(22)安装在第二空腔(23)里并与所述电机(1)的另一端的转轴连接。7.一种燃料电池系统，包括燃料电池系统控制器(8)、电堆模块(9)、供氢系统(10)、空气供应系统(20)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小青，邓佳，邴黎明，
申请(专利权)人：大洋电机燃料电池科技中山有限公司，
类型：新型
国别省市：