气体压缩设备及燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术提出了气体压缩设备及燃料电池系统。该气体压缩设备包括电机以及设置在电机两侧的压缩机和涡轮机，涡轮机适于与电机一起驱动压缩机，涡轮机包括：在内部限定有内部腔室的蜗壳；可旋转地设置在内部腔室中的涡轮，该涡轮包括设有中心孔的轮毂和从轮毂沿径向突出的端板，该内部腔室被分成沿周向环绕涡轮的进气腔室以及沿轴向从涡轮延伸的排气腔室；以及传动轴，其具有插入涡轮轮毂的中心孔中的轴头，其中，涡轮设有从端板的背对排气腔室的表面延伸至中心孔孔壁的第一减压孔，传动轴的轴头设有从其端面延伸至其侧面的第二减压孔，该第一减压孔与该第二减压孔相连通。该燃料电池系统装备有该气体压缩设备。燃料电池系统装备有该气体压缩设备。燃料电池系统装备有该气体压缩设备。

【技术实现步骤摘要】
气体压缩设备及燃料电池系统


[0001]本技术涉及燃料电池
，更具体地，涉及用于燃料电池系统的气体压缩设备以及装备有该气体压缩设备的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]空气压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。电动空气压缩机(EAC)作为气源装置已被广泛应用于各个行业中。例如，电动空气压缩机在车辆中被用作制动用的气源、涡轮增压器的气源或燃料电池的气源等。在应用于氢氧燃料电池系统时，空气压缩机将空气压缩成高压空气，然后送入燃料电池阴极，空气中的氧气与阳极的氢气进行电化学反应，生成的产物是电和水，还有部分热量随着多余的空气排放到大气中。然而，将燃料电池的高压废气直接排放至大气中会导致这些高压废气中的能量被浪费。为了回收利用燃料电池高压废气中的能量，目前已经出现了带有涡轮膨胀机的空气压缩机，即涡轮膨胀机回收废气能量，辅助电机驱动压缩机，这样可以降低电机的功率需求，从而显著提高燃料电池系统的效率。然而，这些现有的利用涡轮膨胀机回收燃料电池的高压废气中的能量的技术方案往往存在以下问题，由于高压废气中往往携带有大量水分并且具有较高压力，因此，这些高压废气在经过涡轮膨胀机时可能会侵入空气压缩机的电机内部从而导致电机内部积水、甚至线圈短路烧毁等危险情况发生。
[0003]因此，在本领域中，亟需一种能够回收燃料电池高压废气中的能量同时能够可靠地避免高压废气侵入空气压缩机电机内部的技术方案。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中的问题，本技术提出了一种气体压缩设备，其包括电机以及设置在所述电机的两侧的压缩机和涡轮机，所述涡轮机适于与所述电机一起驱动所述压缩机，所述涡轮机包括：蜗壳，所述蜗壳在内部限定有内部腔室；可旋转地设置在所述内部腔室中的涡轮，所述涡轮包括设有中心孔的轮毂和从所述轮毂沿径向突出的端板，所述内部腔室被分成沿周向环绕所述涡轮的进气腔室以及沿轴向从所述涡轮延伸的排气腔室；以及传动轴，所述传动轴具有插入所述涡轮的轮毂的中心孔中的轴头；其中，所述涡轮设有从所述端板的背对所述排气腔室的表面延伸至所述中心孔的孔壁的第一减压孔，所述传动轴的轴头设有从其端面延伸至其侧面的第二减压孔，并且所述涡轮被固定在所述轴头上，以使得所述第一减压孔与所述第二减压孔相连通。
[0005]根据本技术的一种可选实施方式，所述第一减压孔相对于旋转轴线倾斜地延伸。
[0006]根据本技术的一种可选实施方式，所述轮毂具有相对于所述端板的表面沿轴向突出的端部，并且所述第一减压孔在所述端板的表面上的开口沿径向与所述轮毂的端部相邻。
[0007]根据本技术的一种可选实施方式，所述第二减压孔具有从所述轴头的端面向
内延伸的纵向孔段以及从所述纵向孔段延伸至所述轴头的侧面的横向孔段。
[0008]根据本技术的一种可选实施方式，所述轴头在其侧面上设有沿周向延伸的环形沟槽，所述第一减压孔在所述中心孔的孔壁上的开口与所述环形沟槽对准，并且所述第二减压孔的横向孔段延伸至所述环形沟槽的底部。
[0009]根据本技术的一种可选实施方式，所述第二减压孔具有一个纵向孔段以及多个横向孔段，所述涡轮设有多个第一减压孔，并且所述横向孔段的数量与所述第一减压孔的数量不同。
[0010]根据本技术的一种可选实施方式，所述第二减压孔具有关于旋转轴线对称布置的一对横向孔段，并且所述涡轮设有关于旋转轴线均匀分布的四个第一减压孔。
[0011]根据本技术的一种可选实施方式，所述纵向孔段沿轴向延伸，并且所述横向孔段沿径向延伸。
[0012]根据本技术的一种可选实施方式，所述横向孔段在所述轴头的侧面上的开口与所述第一减压孔在所述中心孔的孔壁上的开口对准。
[0013]同样为了解决上述现有技术中的问题，本技术还提出了一种燃料电池系统，其包括：燃料电池，所述燃料电池具有供阴极气体流过的阴极侧以及供阳极气体流过的阳极侧；以及如前文所述的气体压缩设备，其中，所述气体压缩设备的压缩机被设置在所述燃料电池的阴极侧的供气线路上，而所述气体压缩设备的涡轮机被设置在所述燃料电池的阴极侧的排气线路上。
[0014]本技术可以体现为附图中的示意性的实施例。然而，应注意的是，附图仅仅是示意性的，任何在本技术的教导下所设想到的变化都应被视为包括在本技术的范围内。
附图说明
[0015]附图示出了本技术的示例性实施例。这些附图不应被解释为必然地限制本技术的范围，其中：
[0016]图1是根据本技术的燃料电池系统的示意性布局图；
[0017]图2是据本技术的气体压缩设备的局部示意性截面图；
[0018]图3a是根据本技术的气体压缩设备的涡轮机的涡轮的示意性截面图；
[0019]图3b是根据本技术的气体压缩设备的涡轮机的涡轮的示意性立体图；
[0020]图4a是根据本技术的气体压缩设备的涡轮机的传动轴的示意性截面图；以及
[0021]图4b是根据本技术的气体压缩设备的涡轮机的传动轴的示意性立体图。
具体实施方式
[0022]本技术的进一步的特征和优点将从以下参考附图进行的描述中变得更加明显。附图中示出了本技术的示例性实施例，并且各个附图并不必然地按照实际比例绘制。然而，本技术可以实现为许多不同的形式并且不应解释为必然地限制于这里示出公开的示例性实施例。相反，这些示例性实施例仅仅被提供用于说明本技术以及向本领域的技术人员传递本技术的精神和实质。
[0023]本技术旨在提出一种改进的气体压缩设备以及装配该气体压缩设备的燃料
电池系统。特别地，根据本技术的气体压缩设备具有旨在回收排气线路中的压缩气体的能量的涡轮膨胀机(本文中简称为涡轮机)，而其新颖的设计使得能够可靠地避免压缩气体中的水分通过涡轮机侵入到气体压缩设备的电机中，由此可以防止气体压缩设备的电机因内部湿度过高而短路。因此，根据本技术的气体压缩设备不仅能够提高燃料电池系统的效率，而且因其自身较高的可靠性和安全性而能够提高燃料电池系统以及使用该燃料电池系统的设备(例如，电动汽车、混合动力汽车等等)的可靠性和安全性，并延长其使用寿命。
[0024]下面参考各个附图详细描述根据本技术的气体压缩设备以及燃料电池系统的各个可选但非限制性的实施方式。需要指出的是，除非另有说明，否则本文中所使用的指示方位的术语具有其在本领域中的通常含义，例如，“轴向/轴向方向”是指与可旋转部件的旋转轴线重合或平行的方向，“径向/径向方向”是指与可旋转部件的旋转轴线垂直的方向，并且“周向/周向方向”是指环绕可旋转部件的旋转轴线的方向。然而，值得一提的是，这些指示方位的术语仅仅旨在结合附图更加直观地说明各个部件的相对方位而非绝对方位，其不应以任何方式解释成是对本技术的保护范围的限制。
[0025]参考图1，其中示出了根据本技术的燃料电池系统的示意性布局图。如图1所示，燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.气体压缩设备，其包括电机以及设置在所述电机的两侧的压缩机和涡轮机，所述涡轮机适于与所述电机一起驱动所述压缩机，所述涡轮机包括：蜗壳，所述蜗壳在内部限定有内部腔室；可旋转地设置在所述内部腔室中的涡轮，所述涡轮包括设有中心孔的轮毂和从所述轮毂沿径向突出的端板，所述内部腔室被分成沿周向环绕所述涡轮的进气腔室以及沿轴向从所述涡轮延伸的排气腔室；以及传动轴，所述传动轴具有插入所述涡轮的轮毂的中心孔中的轴头；其特征在于，所述涡轮设有从所述端板的背对所述排气腔室的表面延伸至所述中心孔的孔壁的第一减压孔，所述传动轴的轴头设有从其端面延伸至其侧面的第二减压孔，并且所述涡轮被固定在所述轴头上，以使得所述第一减压孔与所述第二减压孔相连通。2.根据权利要求1所述的气体压缩设备，其特征在于，所述第一减压孔相对于旋转轴线倾斜地延伸。3.根据权利要求1所述的气体压缩设备，其特征在于，所述轮毂具有相对于所述端板的表面沿轴向突出的端部，并且所述第一减压孔在所述端板的表面上的开口沿径向与所述轮毂的端部相邻。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的气体压缩设备，其特征在于，所述第二减压孔具有从所述轴头的端面向内延伸的纵向孔段以及从所述纵向孔段延伸至所述轴头的侧面的横向孔段。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王臣臣，时凯，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：新型
国别省市：