[发明专利]一种压气机和包括压气机的空气压缩机以及燃料电池装置

说明书

本申请提供了一种压气机，应用于燃料电池装置。燃料电池装置包括燃料电池堆、电机、压气机以及涡轮膨胀机，电机被配置为驱动压气机与涡轮膨胀机，压气机的出气口与燃料电池堆连接，涡轮膨胀机的进气口与燃料电池堆连接，其特征在于，压气机包括第一连接机构，涡轮膨胀机包括第二连接机构，第一连接机构与第二连接机构连接，还包括控制阀，控制阀设置于第一连接机构与第二连接机构的连接处，控制阀被配置为控制第一连接机构与第二连接机构的联通。本申请能够采用大直径的压轮，同时还能够起到消除喘振的效果。

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，特别是一种压气机和包括压气机的空气压缩机以及燃料电池装置。

背景技术

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，满足燃料电池反应对于空气中氧气的需求。目前燃料电池空气压缩机有单级压缩的，也有两级压缩的。单级压缩即一个电机驱动一个压轮，而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更大。其中进入燃料电池电堆的压缩空气仅有一部分氧气参与反应，其余压缩空气会被排出到大气中，被燃料电池堆排出的压缩空气仍然有很高的压力，所以这部分高压空气直接排放到大气中的话，高压气体所携带的能量也就被浪费掉了。

为了回收利用燃料电池堆废气中的能量，现有技术中存在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，显著提高燃料电池系统的效率。

一种常见的包含涡轮膨胀机的空气压缩机的结构如图1所示，包括压气机1、电机3和涡轮膨胀机2。由于涡轮膨胀机2占用了一个电机3的驱动位置，所以带有涡轮膨胀机2的空气压缩机受限于电机轴承的稳定性，只能采用单级压气机。由于现有技术中绝大多数电机3的转速上限只能达到12万转，所以单级压气机为了满足燃料电池堆对于压缩比(即压缩空气的压强与大气压强的比值，压缩比越高即指压缩空气的压强越高)的要求，就需要采用大直径的压轮。但是当燃料电池堆5在中低负荷工作时，对空气流量的需求减小，但对空气的压缩比的要求不变，仍然需要保持较高的压缩比。而压气机1产生的空气压缩比和流量呈正比，即为了产生较高的压缩比，同时会还产生较大流量的空气。此时压气机1产生的压缩空气流量大于燃料电池堆5的需求量，而多余的压缩空气会产生回流，从而导致压气机1发生喘振，严重的喘振可能导致压气机1损坏失效。如果采用减小压轮直径的方案，减小压缩空气的流量，会导致无法满足燃料电池堆5在满负荷工作时对于空气压缩比的要求，从而减小燃料电池堆5的发电功率。如果将多余的压缩空气直接排放到大气中，会造成能量的浪费。

此外，在现有技术中，涡轮膨胀机2在膨胀做功过程中会有液态水析出，导致系统可靠性降低。

因此，现有技术中存在满负荷的空气压缩比与中低负荷的喘振现象无法两全的问题。本领域技术人员期望研究一种压气机，并将这种压气机应用于空气压缩机和燃料电池装置中，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本申请提供了一种压气机，包括压气出气口，还包括第一连接机构，所述第一连接机构与所述压气出气口连接，所述第一连接机构被配置为可将流经所述压气出气口的气体分流。

进一步地，所述第一连接机构包括第一管道，所述第一管道与所述压气出气口联通。

进一步地，所述第一管道包括第一多通管道，所述第一多通管道的其中一个接口与所述压气出气口联通。

进一步地，所述第一连接机构还包括控制阀，所述控制阀与所述第一管道连接。

进一步地，所述第一连接机构还包括控制阀，所述控制阀与所述第一多通管道连接。