[发明专利]一种带能量回收单元的燃料电池用可变截面空压机

说明书

本发明公开了一种带能量回收单元的燃料电池用可变截面空压机，包括，电机壳，电机壳两端设置有压机端和涡端，压机端用于压缩空气，供燃料电池使用，涡端用来回收燃料电池反应后废气中多余能量，减少能源浪费，涡端内设置有截面调节机构，通过在涡流端增加角度调节结构，可控制气体的流通面积，在低速小流量时，减小气体流通面积，保持较高的压比，更容易推动涡轮转动，提高空压机响应性，充分利用废气中能量；可根据需求对叶片开度实现精准控制，使各工况性能达到最优，充分利用燃料电池化学反应后产生废气中的能量，减少电机的电能消耗，大大提高燃料电池的工作效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是一种带能量回收单元的燃料电池用可变截面空压机。

背景技术

燃料电池是将燃料与氧剂由外部供给，进行反应，将燃料具有的化学能直接转变为电能的发电装置。由于燃料电池经化学反应后排放出的有害气体较少，噪音较小且效率较高，在目前全球排放法规加严的情况下，燃料电池得到了更多的应用，而作为给燃料电池提供空气的核心零部件空压机也更多地进入了行业的视野，现有空压机一般是由外部电源供电带动转子轴转动，压缩空气，供燃料电池使用。

由于燃料电池经化学反应产生的能量不能全部转化为电能，部分能量会随废气直接排入大气，存在能量浪费问题，现有燃料电池产生的废气在经过处理后会直接排入大气，很少对其废气中带有的能量进行再次利用。本专利旨在设计一种带能量回收功能的新型可变截面空压机，用来回收燃料电池反应后废气中多余能量，减少能源浪费。

现有带能量回收功能的空压机专利，由上海空间电源研究所提出，专利中由电机进行驱动，带动电机转子轴旋转，转子轴两端分别有涡轮机和压轮机，涡轮机与压轮中，分别有涡轮和压轮，电机通过转子轴带动压轮转动，压缩空气，供燃料电池使用，燃料电池电堆内，空气与氢气经化学反应产生具有一定温度和压力的废气，废气流入涡轮机，带动涡轮旋转，从而带动转子轴旋转，减小电机的能量损耗，提高电堆的工作效率。在电堆废气出口与涡轮机废气入口之间设有旁通阀，可在涡端废气量过多时，直接打开旁通阀，旁通掉废气，但旁通阀结构只可控制气体流量，一般是在废气流量较大时旁通部分废气，而不可控制气体流通面积，控制不精准，且当废气流量较小时，不能通过减小气体流通面积获得较高的压比，不能充分利用废气能量。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种可根据电堆需求以及废气流量，精准调节废气流通面积，对废气能量进行充分回收利用的可变截面空压机。该可变截面空压机可在低速小流量时，通过减小气体流通面积，保持较高的压比，更容易推动涡轮转动，提高空压机响应性，充分利用废气中能量；在高速大流量时也可增大废气流通面积，减小排气背压，到达一般大涡轮的效果，同时在废气过多时，通过增大气体流通面积，可防止涡轮转速过高，损坏转子轴，而不再需要外置旁通阀结构，且通过电控系统精准控制废气流通面积，可使各工况性能达到最优，减小电机的电能消耗。

为更充分利用废气中能量，本发明提供如下技术方案：一种带能量回收单元的燃料电池用可变截面空压机，包括电机壳，电机壳两端设置有压机端和涡端，压机端用于压缩空气，供燃料电池使用，所述涡端用来回收燃料电池反应后废气中多余能量，减少能源浪费，涡端内设置有气体流通截面调节机构。

作为本发明所述带能量回收单元的燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：电机壳包括转子轴和电机，转子轴一端连接有压轮，另一端连接有涡轮，转子轴由电机驱动旋转。

作为本发明所述带能量回收单元的燃料电池用可变截面空压机的一种优选方案，其中：压机端包括压轮，压轮外侧包围设置有压壳，压壳设置有空气入口和空气出口，空气入口内连接有加热过滤机构。