[发明专利]一种液力驱动的燃料电池增压进气系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种液力驱动的燃料电池增压进气系统。

背景技术

空气供给系统需要为电堆的稳定、优化运行提供适当压力、温度、湿度的压缩空气，是质子膜燃料电池的关键设备。空气供给系统的性能对燃料电池系统的效率、体积、重量和瞬态响应性等均具有重要影响。燃料电池是在一定的温度、湿度和气体压力下进行，也伴随一定的热量的释放，空气供应系统中的空气具有高温、高湿、高压、大流量和无油的特征，油液的介入会降低燃料电池催化剂的催化作用，大大降低燃料电池发动机功率输出。

然而，现有增压进气系统存在较多技术局限性。

第一，离心式压气机具有能量效率高、输出压力高、增压气体湿度变化小、设备结构紧凑、体积小等比较优势，被认为是具有前途的增压进气路线，得到广泛关注。国内外多个对比文献分别提出了基于离心式原理的、使用高速电动机驱动离心式增压叶轮电动增压器方案，也有类似产品的技术报道。离心压气机特性表明，流量和增压比都随着转速升高而增大。为了提高压力和流量，离心式空压机往往采用超高转速20KRPM，甚至高达100KRPM，致使高速电机转子中永磁体材料承受离心力的破坏作用。

第二，高转速下转子支撑技术方面遇到极大挑战。例如，由于高速电动机转子系统质量较大、磁场作用脉动等因素，难以满足平衡平稳、耐强震动、无油气污染、耐高转速等技术要求。近年来行业资料、专利公报等报道了电动增压器采用空气悬浮轴承、或者液浮轴承。但是气浮轴承存在启动过程效果差、抗振动冲击能力弱的缺点；而采用液浮轴承则必须保证干式电机转子，以降低功耗；需要保持电机转子相对润滑介质密封，密封工艺和寿命方面的制约因素难以解决。

第三，低于十千瓦功率量级的电机的整体效率较低，而且高速电机的散热和冷却问题。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种实现燃料电池清洁供气且发挥液压悬浮轴承优势的液力驱动的燃料电池增压进气系统。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种液力驱动的燃料电池增压进气系统，其特征在于，包括：

壳体，其内部具有空腔，所述壳体的空腔的一端设置容纳液力涡轮的涡形液体流道；所述壳体上设置有液体流道入口及出液口；

转子轴，通过液浮轴承Ⅰ转动安装于壳体中；

液力涡轮、同轴安装于转子轴的中间部位，其与液体流道相配合；

压气机壳体，安装于壳体一端，其设置有空气进口及压缩空气出口，所述压缩空气出口连接于燃料电池的阴极进气通道；

压气机叶轮，位于压气机壳体内，且其同轴安装于转子轴的一端；

排气涡壳体，安装于壳体另一端，其设置有进气口及尾气出口，所述进气口连接于燃料电池的阴极排气通道；以及

排气涡轮，位于排气涡壳体内，且其同轴安装于转子轴的另一端；

所述液体流道入口连接于燃料电池系统的液体泵的高压力端，所述壳体上的出液口连接液体泵的低压力回流端。

为了提高对轴承的润滑，上述壳体上设置有与液浮轴承Ⅰ相连通的润滑通道。

为了进气顺畅，上述压气机壳体的空气进口与转子轴的轴向相同轴。

为了排气顺畅，上述排气涡壳体的尾气出口与转子轴的轴向相同轴。

为了提高密封性，还包括设置于转子轴与壳体之间将液浮轴承Ⅰ与压气机叶轮相隔离的密封件Ⅱ。

为了提高密封性，还包括设置于壳体中的隔离盘，转子轴穿过隔离盘的中心孔并同轴心，所述隔离盘与转子轴之间设置有将排气涡轮与液力涡轮相隔离的密封件Ⅰ。

为了实现径向支撑，还包括设置于壳体中的轴承座，所述轴承座安装有液浮轴承Ⅱ，转子轴与液浮轴承Ⅱ的内孔配合安装，液浮轴承Ⅱ将转子轴的径向力传递至轴承座。

为了提高对轴承的润滑，所述轴承座上设置有与液浮轴承Ⅱ相连通的润滑通道。

为了降低轴向力，上述压气机叶轮与液力涡轮沿轴向的布置方向相同，液力涡轮与排气涡轮沿轴向的布置方向相反。