一种用于氢燃料电池的空压机组的制作方法

1.本实用新型涉及空压机领域，尤其涉及一种用于氢燃料电池的空压机组。


背景技术：

2.质子交换膜式的燃料电池系统是一种高效清洁的新能源动力系统，将压缩空气送入燃料电池阴极，压缩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，除此外没有其他对环境有污染的产物，因此，氢燃料电池动力系统得到大力开发推广。
3.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，满足燃料电池化学反应对于空气中氧气的需求。目前市场上燃料电池空压机多为单级压缩机和两级压缩机。单级压缩即一个电机驱动一个压轮，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会更大一点，目前单级压缩多用于小功率燃料电池堆，两级压缩多用于中高功率燃料电池堆。
4.目前燃料电池应用的范围还主要集中在轻型商用车领域，比如公交车、物流车、货车等，而对于重型商用车，比如重型卡车、渣土车、重型机械等需求的电堆功率比轻型商用车要大很多，所以对于空气压缩机的压力、流量需求也会大很多。目前已有的单级压缩机、两级压缩机均不能满足要求。如果继续提高电机功率和压气机尺寸以满足电堆要求的话会有很多难度，比如无法兼顾低负荷和高负荷工况、电机功率过大，喘振余量不足等，所以推广难度很大，成本也比较高，不具备很强的可行性。市场需要多压缩机组合，提供大压力大流量的压缩空气，而且流量的调整范围大。
5.因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的用于氢燃料电池的空压机组，以解决上面的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是增大压缩空气的流量和压力。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于氢燃料电池的空压机组，包括空滤、阀门、a组一级压缩机进气管、a组一级压缩机、第一电机、a组连接气管、a组二级压缩机、b组一级压缩机进气管、b组一级压缩机、第二电机、b组连接气管、b组二级压缩机、a组二级压缩机出气管、b组二级压缩机出气管、中冷器、增湿器和增湿器出气管；所述第一电机的输出轴一头连接所述a组一级压缩机的压轮，另一头连接所述a组二级压缩机的压轮；所述第二电机的输出轴一头连接所述b组一级压缩机的压轮，另一头连接所述b组二级压缩机的压轮；经所述a组一级压缩机压缩的空气进入所述a组二级压缩机，在所述a组二级压缩机内被压
缩，进入所述a组二级压缩机出气管；经所述b组一级压缩机压缩的空气进入所述b组二级压缩机，在所述b组二级压缩机内被压缩，进入所述b组二级压缩机出气管；a组的压缩空气与b组的压缩空气汇合进入所述中冷器冷却，后经所述增湿器加湿进入燃料电池堆，其中部分氧气与氢气发生化学反应生成电和水。
8.进一步地，所述阀门为电控三通阀；所述阀门的进气口通过管子与所述空滤连接。
9.进一步地，所述阀门的出气口有两个，分别与所述a组一级压缩机进气管和所述b组一级压缩机进气管连接。
10.进一步地，所述a组一级压缩机进气管的末端与所述a组一级压缩机的进气口连接。
11.进一步地，所述b组一级压缩机进气管的末端与所述b组一级压缩机的进气口连接。
12.进一步地，所述a组连接气管一头连接所述a组一级压缩机的出气口，另一头连接所述a组二级压缩机的进气口。
13.进一步地，所述b组连接气管一头连接所述b组一级压缩机的出气口，另一头连接所述b组二级压缩机的进气口。
14.进一步地，所述a组二级压缩机出气管与所述b组二级压缩机出气管汇合连接所述中冷器的进气口。
15.进一步地，所述中冷器的出气口通过管子与所述增湿器的进气口连接。
16.进一步地，所述增湿器的出气口通过所述增湿器出气管与阴极的进气口连接
17.本实用新型的技术效果是，本实用新型有四个压缩机，其中两两串联后再进行并联，这种方案既可以保证大流量需求，也可以满足高压比需求。另外由于本空压机组采用的是两个电机，电机的功率比较低，比采用单个大功率电机的空压机组节能，而且流量可调整范围大，能满足不同工况的氢燃料电池需要。还能保证在低速工况的喘振边界比较宽，喘振风险也比较低。
18.以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
19.图1是本实用新型的一个较佳实施例的一种用于氢燃料电池的空压机组的示意图；
20.其中，1
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空滤，2
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阀门，3
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a组一级压缩机进气管，4
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a组一级压缩机，5
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第一电机，6
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a组连接气管，7
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a组二级压缩机，8
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b组一级压缩机进气管，9
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b组一级压缩机，10
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第二电机，11
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b组连接气管，12
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b组二级压缩机，13
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a组二级压缩机出气管，14
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b组二级压缩机出气管，15
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中冷器，16
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增湿器，17
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增湿器出气管，18
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阴极，19
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燃料电池堆，20
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阳极。
具体实施方式
21.以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
22.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，本实用新型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。
23.如图1所示，一种用于氢燃料电池的空压机组，包括空滤1、阀门2、a组一级压缩机进气管3、a组一级压缩机4、第一电机5、a组连接气管6、a组二级压缩机7、b组一级压缩机进气管8、b组一级压缩机9、第二电机10、b组连接气管11、b组二级压缩机12、a组二级压缩机出气管13、b组二级压缩机出气管14、中冷器15、增湿器16和增湿器出气管17。第一电机5的输出轴一头连接a组一级压缩机4的压轮，另一头连接a组二级压缩机7的压轮；第二电机10的输出轴一头连接b组一级压缩机9的压轮，另一头连接b组二级压缩机12的压轮；经a组一级压缩机4压缩的空气进入a组二级压缩机7，在a组二级压缩机7内被压缩，进入a组二级压缩机出气管13；经b组一级压缩机9压缩的空气进入b组二级压缩机12，在b组二级压缩机12内被压缩，进入b组二级压缩机出气管14；a组的压缩空气与b组的压缩空气汇合进入中冷器15冷却，后经增湿器16加湿进入燃料电池堆19，其中部分氧气与氢气发生化学反应生成电和水。
24.阀门2为电控三通阀；阀门2的进气口通过管子与空滤1连接；阀门2的出气口有两个，分别与a组一级压缩机进气管3和b组一级压缩机进气管8连接。a组一级压缩机进气管3的末端与a组一级压缩机4的进气口连接，b组一级压缩机进气管8的末端与b组一级压缩机9的进气口连接。a组连接气管6一头连接a组一级压缩机4的出气口，另一头连接a组二级压缩机7的进气口。b组连接气管11一头连接b组一级压缩机9的出气口，另一头连接b组二级压缩机12的进气口。a组二级压缩机出气管13与b组二级压缩机出气管14汇合连接中冷器15的进气口。中冷器15的出气口通过管子与增湿器16的进气口连接。增湿器16的出气口通过增湿器出气管17与阴极18的进气口连接。氢气经阳极20的入气口进入燃料电池堆19。废气从阴极18的排气口排入大气。
25.实施例一
26.本实用新型空压机组开两组机模式的工作过程，开机，控制系统控制阀门2的两个出气口开通；第一电机5启动，因为第一电机5的输出轴、a组一级压缩机4的压轮和a组二级压缩机7的压轮同轴，所以a组一级压缩机4和a组二级压缩机7同时工作；第二电机10启动，第二电机10的输出轴、b组一级压缩机9的压轮和b组二级压缩机12的压轮同轴，所以b组一级压缩机9和b组二级压缩机12同时工作。空气经空滤1过滤后进入阀门2，分别通过两个出气口，一路经a组一级压缩机进气管3进入a组一级压缩机4内，另一路经b组一级压缩机进气管8进入b组一级压缩机9内。被a组一级压缩机4压缩的空气经a组连接气管6进入a组二级压缩机7，被再压缩，进入a组二级压缩机出气管13。被b组一级压缩机9压缩的空气经b组连接气管11进入b组二级压缩机12，被再压缩，进入b组二级压缩机出气管14。因为a组二级压缩机出气管13与b组二级压缩机出气管14汇合连接中冷器15的进气口，即a组的空气和b组的空气分别经过两级压缩，然后它们并联汇合，然后经中冷器15冷却，经增湿器16加湿，从阴极18进入燃料电池堆19，压缩空气中的氧气与从阳极20进入的氢气发生电化学反应。废气从阴极18的排气口排入大气。
27.因为本实用新型空压机组开两组机模式实现两级压缩，所以生产的压缩空气压力比较大；又因为是两组二级压缩的空气并联，所以生产的压缩空气流量大。
28.实施例二
29.本实用新型空压机组开一组机模式的工作过程，开机，控制系统控制阀门2的出气口只连通一个，这里举例只接通a组这边的；第一电机5启动，第二电机10不启动，因为第一电机5的输出轴、a组一级压缩机4的压轮和a组二级压缩机7的压轮同轴，所以a组一级压缩机4和a组二级压缩机7同时工作。空气经空滤1过滤后进入阀门2，经a组一级压缩机进气管3进入a组一级压缩机4内，被a组一级压缩机4压缩的空气经a组连接气管6进入a组二级压缩机7，被再压缩，进入a组二级压缩机出气管13，然后经中冷器15冷却，经增湿器16加湿，从阴极18进入燃料电池堆19，压缩空气中的氧气与从阳极20进入的氢气发生电化学反应。废气从阴极18的排气口排入大气。
30.开一组机模式适用于燃料电池堆中低负荷工况。
31.本实用新型装置适合于大功率燃料电池堆。还能保证在低速工况的喘振边界比较宽，喘振风险也比较低。
32.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。