一种燃料电池发动机用空气压缩装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机用空气压缩装置。


背景技术：

2.燃料电池发动机是一种通过电化学反应发电的装置，其发电过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率高，产物仅为电、热和水，运行平稳，噪音低，被称为终极环保发动机。
3.在运行过程中，由氢瓶提供氢气进入电堆，由空气压缩装置通过提供氧气进入电堆，产生的电能供给动力电池和驱动电机动作。目前，现有燃料电池发动机的空气需求量较大，且对空气品质要求较高，导致现有空气压缩装置的功耗较大，影响整体能量利用效率。
4.现有空气压缩装置主要是空压机、膨胀机两种。空压机是通过电机驱动叶轮直接压缩空气，由于输出空气流量大，导致空压机功耗较高，并且叶轮转速高导致噪音大。膨胀机是通过电机驱动叶轮+尾排气体回收能量压缩空气，需要控制进排气的管路阻力来实现高回收效率，导致控制复杂，外围设计局限较大，且为防止叶轮结冰需要进行尾排水分离。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种燃料电池发动机用空气压缩装置，用以解决现有空气压缩装置或功耗过高或控制复杂的问题。
6.一方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池发动机用空气压缩装置，包括壳体，设于壳体内的压气机、电机和涡轮膨胀机，以及设于壳体外的液压旋转泵；其中，
7.电机设于壳体的中部，其一侧的转轴上固定有压气机的压轮，另一侧的转轴上固定有涡轮膨胀机的涡轮；
8.液压旋转泵设于外部可移动的流体内，其液体输出端接涡轮膨胀机的进口；所述涡轮膨胀机的涡轮采用防水耐腐蚀材料制备而成；
9.压气机的壳体上具有空气进口和压缩后空气出口。
10.上述技术方案的有益效果如下：通过流动的流体驱动带动涡轮转动，以驱动压气机，进一步增加进气流量，降低电机功耗，提高电机寿命，控制方式简单，并提高了燃料电池发电机的总体效率。其可应用在流体领域，特别是海上行驶的船只，有效提高了空气压缩装置、燃料电池发动机的能量利用率。
11.基于上述装置的进一步改进，该空气压缩装置还包括空气过滤器；其中，
12.所述空气过滤器设于压气机的空气进口处。
13.进一步，该空气压缩装置还包括用于在流体流速超过设定值时关闭电机以使流体驱动该空气压缩装置以及在流体流速低于设定值时启动电机以使流体、电机一起驱动该空气压缩装置的控制器；其中，
14.所述控制器的输出端与电机的控制端连接。
15.进一步，该空气压缩装置还包括用于改变转动比的连续变速静液传动装置；其中，
16.所述连续变速静液传动装置设于液压旋转泵、涡轮膨胀机之间。
17.进一步，所述流体包括海水、河水和湖水中的一种；并且，
18.所述空气压缩装置设于船体上。
19.进一步，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元；其中，
20.所述数据处理与控制单元具有显示模块，该显示模块的显示屏上显示：当前时刻的环境温度，流体流速，单位时间内进入压气机的空气流量，以及电机功率。
21.进一步，所述数据采集单元进一步包括：
22.气体流量传感器，设于压气机的空气进口处；
23.液体流速传感器，设于液压旋转泵的壳体表面；
24.功率传感器，设有电机的供电端；
25.环境温度传感器，设于空气压缩装置的壳体外部。
26.进一步，该空气压缩装置还包括消音器；其中，
27.所述消音器设于压气机的压缩后空气出口处。
28.进一步，所述电机的机壳上设有三相接口和低压信号接口；其中，
29.电机的三相接口与外部电源连接，其低压信号接口与控制器的输出端连接。
30.进一步，所述电机的机壳外还套设有散热壳体，电机的机壳与散热壳体之间设有散热水道；并且，
31.所述散热壳体的入水口与液压旋转泵的液体输出端连通，其出水口与外设排水管道连通。
32.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
33.1、在旋转泵的液体传输管路上增加了可改变转动比的连续变速静液传动装置，以提高涡轮的转速，进一步降低电机功耗。
34.2、可使用海水来驱动该空气压缩装置，装有压气机、电机和涡轮膨胀机的壳体设于船上，以实现海上燃料电池发动机的使用，降低该燃料电池发动机的功耗。
35.3、通过船体运行的动能以水流驱动空气压缩装置，降低了电机转速，提高电机的寿命，进而提高了燃料电池发动机的总体效率。
36.4、相比现有的燃料电池尾气驱动式涡轮机，由于涡轮非气体驱动，不需要控制进排气的管路阻力来实现高回收效率，并且，由于海水的比热比较大，叶轮不容易结冰。
37.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
38.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
39.图1示出了实施例1空气压缩装置正视示意图；
40.图2示出了实施例2空气压缩装置的原理示意图。
41.附图标记：
42.1-电机；2-压轮；3-涡轮；4-液压旋转泵；5-空气过滤器；6-气体流量传感器。
具体实施方式
43.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
44.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
45.实施例1
46.本实用新型的一个实施例，公开了一种燃料电池发动机用空气压缩装置，如图1所示，包括壳体，设于壳体内的压气机、电机和涡轮膨胀机，以及设于壳体外的液压旋转泵。
47.其中，电机设于壳体的中部，用于驱动压气机压缩空气。电机一侧的转轴上固定有压气机的压轮，另一侧的转轴上固定有涡轮膨胀机的涡轮。
48.液压旋转泵设于外部可移动的流体(例如海水)内，用于吸入流体，其液体输出端接涡轮膨胀机的进口。
49.涡轮膨胀机的涡轮采用防水耐腐蚀材料制备而成，其机壳内部表面涂覆有防水耐腐蚀材，以防止在流体内长时间浸泡而发生腐蚀。涡轮膨胀机，用于通过流动的流体带动涡轮转动，进而带动压气机的压轮转动，增加进气流量，节省电机做功。
50.压气机，用于对流过的空气进行压缩，壳体上具有空气进口和压缩后空气出口。
51.液压旋转泵，靠泵内一个或一个以上的转子旋转来吸入与排出液体，又称转子泵。其具体结构可参见现有专利cn201310629616.0等，具有如下优点：输送流量可较精确控制；被输送物料平稳，无破坏作用，转速低；可输送高粘度物料；压头较高，适合长矩高阻力定量输送；结构简单易折洗。
52.与现有技术相比，本实施例提出了一种适用于燃料电池发动机的新空气压缩装置，通过流动的流体驱动带动涡轮转动，以驱动压气机，进一步增加进气流量，降低电机功耗，提高电机寿命。其控制方式简单，并提高了燃料电池发电机的总体效率。该空气压缩装置可应用在流体领域，特别是海上行驶的船只，有效提高了空气压缩装置、燃料电池发动机的能量利用率。
53.实施例2
54.在实施例1的基础上进行改进，该空气压缩装置还包括空气过滤器，用于过滤空气中的灰尘等杂质，如图2所示。其中，空气过滤器设于压气机的空气进口处。
55.优选地，该空气压缩装置还包括控制器。其中，控制器的输出端与电机的控制端连接。
56.控制器，用于在流体流速超过设定值时，关闭电机，以使流体驱动该空气压缩装
置；以及，在流体流速低于设定值时，启动电机，以使流体、电机一起驱动该空气压缩装置。
57.优选地，该空气压缩装置还包括用于改变转动比的连续变速静液传动装置，该装置的结构可参见专利cn95192391.9，本领域技术人员能够理解，不再赘述。
58.其中，连续变速静液传动装置设于液压旋转泵、涡轮膨胀机之间，用于改变转动比，加快涡轮转速。
59.优选地，流体包括海水、河水和湖水中的一种。并且，所述空气压缩装置设于船体上。其中，装有压气机、电机和涡轮膨胀机的壳体设于船上，液压旋转泵投入海水、河水和湖水中，用于抽水。
60.优选地，控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
61.其中，数据采集单元进一步包括环境温度传感器、气体流量传感器、液体流速传感器、功率传感器。
62.环境温度传感器，设于空气压缩装置的壳体外部，用于获取当前时刻的环境温度。
63.气体流量传感器，设于压气机的空气进口处，用于获取单位时间内进入压气机的空气流量。
64.液体流速传感器，设于液压旋转泵的壳体表面，用于获取当前时刻的流体流速。
65.功率传感器，设有电机的供电端，用于获取电机功率。
66.优选地，数据处理与控制单元具有显示模块，该显示模块的显示屏上显示：当前时刻的环境温度，流体流速，单位时间内进入压气机的空气流量，以及电机功率。
67.优选地，该空气压缩装置还包括消音器。其中，消音器设于压气机的压缩后空气出口处，用于消除或减弱布设位置处气体流动的声音，以提高用户体验。
68.优选地，电机的机壳上设有三相接口和低压信号接口。其中，电机的三相接口与外部电源连接，其低压信号接口与控制器的输出端连接。
69.优选地，电机的机壳外还套设有散热壳体，电机的机壳与散热壳体之间设有散热水道。并且，散热壳体的入水口与液压旋转泵的液体输出端连通，其出水口与外设排水管道连通。
70.与现有技术相比，本实施例提供的空气压缩装置至少具有如下有益效果：
71.3、在旋转泵的液体传输管路上增加了可改变转动比的连续变速静液传动装置，以提高涡轮的转速，进一步降低电机功耗。
72.4、可使用海水来驱动该空气压缩装置，装有压气机、电机和涡轮膨胀机的壳体设于船上，以实现海上燃料电池发动机的使用，降低该燃料电池发动机的功耗。
73.3、通过船体运行的动能以水流驱动空气压缩装置，降低了电机转速，提高电机的寿命，进而提高了燃料电池发动机的总体效率。
74.4、相比现有的燃料电池尾气驱动式涡轮机，由于涡轮非气体驱动，不需要控制进排气的管路阻力来实现高回收效率，并且，由于海水的比热比较大，叶轮不容易结冰。
75.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。