一种集成分水器的燃料电池空压机的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池空压机技术领域，具体地，涉及一种集成分水器的燃料电池空压机。


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，空气压缩机将空气压缩，然后送入燃料电池阴极，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，所以燃料电池非常的清洁环保，目前各国都在大力推动氢燃料电池动力系统的开发推广。
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，满足燃料电池反应对于空气中氧气的需求。目前燃料电池空压机有单级压缩的，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。
4.为了回收利用燃料电池高压废气中的能量，目前已经出现了带有涡轮机的空气压缩机，即涡轮机回收废气能力，辅助电机驱动压缩机，这样可以降低电机的电耗，显著提高燃料电池系统的效率。
5.由前述所述可知，燃料电池是氢气与氧气化学反应生成电和水，其中生成的水会随着未反应的空气排出电堆，电堆内生成的水是以水蒸气的状态存在，在排除电堆过程中，随着压力和温度下降，水蒸气会逐步凝结成液态水。如果生成的液态水直接随空气进入到涡轮机，液滴可能会对高速旋转的涡轮造成损伤，甚至完全失效。另外废气在涡轮机内膨胀做功，压力和温度会进一步降低，水蒸气在涡轮机内会进一步析出液态水。如果析出的液态水没有及时排出涡轮机，在涡轮机涡轮机壳体内堆积的话，会导致涡轮机性能下降。


技术实现要素：

6.实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种集成分水器的燃料电池空压机，解决了现有技术中的涡轮机进气中的液态水可能会造成涡轮失效；涡轮机没有排水孔，涡轮进气中的水蒸气在涡轮机壳体内会膨胀做功，压力和温度进一步降低，从而会析出液态水，液态水不能及时排出涡轮机的话，会对涡轮机性能和可靠性造成影响两方面问题。
7.技术方案：本实用新型提供了一种集成分水器的燃料电池空压机，包括压缩机、驱动电机和涡轮机，所述压缩机和涡轮机分别位于驱动电机的两侧，并且压缩机和涡轮机与
驱动电机同轴转动；其中，所述涡轮机壳体的进气入口位置处设置有分水器，所述分水器可将涡轮机进气端中的液态水分离出来。本实用新型的集成分水器的燃料电池空压机，在涡轮机入口集成分水器，可以分离涡轮机入口气体中的液态水，同时可以及时排出涡轮机壳体内部的积水，提高涡轮机的性能和可靠性；同时在涡轮机壳体重力方向最低位置设计排水孔，与分水器分离的液态水一起汇总到储水盒内，并由电控排水阀控制适时排水。该设计可以分离进入涡轮机气体中的液态水，提高涡轮机可靠性，同时可以及时排掉涡轮机壳体内析出的液态水，以免对涡轮机性能造成影响。
8.进一步的，上述的集成分水器的燃料电池空压机，所述驱动电机可驱动压缩机把空气压缩成高压空气。
9.进一步的，上述的集成分水器的燃料电池空压机，所述涡轮机可辅助驱动电机驱动压缩机。
10.进一步的，上述的集成分水器的燃料电池空压机，所述涡轮机的下端部设有排水孔。涡轮机壳体重心最低的位置设计一个排水孔，用来汇聚涡轮机壳体内壁的水。
11.进一步的，上述的集成分水器的燃料电池空压机，所述集成分水器的燃料电池空压机还包括储水盒和排水阀，所述分水器和排水孔均与储水盒连通，所述排水阀设置在储水盒上。涡轮机壳体的排水与分水器的排水通过管道汇总到同一个储水盒；出水盒后设计有电控排水阀门，可以根据储水盒内液位高度适时进行排水。
12.进一步的，上述的集成分水器的燃料电池空压机，所述分水器和储水盒之间设有排水管道一，并且分水器和储水盒通过排水管道一连通。
13.进一步的，上述的集成分水器的燃料电池空压机，所述排水孔和储水盒之间设有排水管道二，并且排水孔和储水盒通过排水管道二连通。
14.上述技术方案可以看出，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型所述的集成分水器的燃料电池空压机，具有如下优点：
15.1、可以分离掉涡轮机进气中的液态水，避免造成涡轮机失效；
16.2、可以实际排出涡轮机壳体内的积水；
17.3、分水器和涡轮机壳体共用一个储水盒，布置紧凑。
附图说明
18.图1为本实用新型所述集成分水器的燃料电池空压机的整体结构示意图；
19.图2为本实用新型所述集成分水器的燃料电池空压机的局部结构示意图。
20.图中：压缩机1、驱动电机2和涡轮机3、分水器4、排水孔5、储水盒6、排水阀7、排水管道一8、排水管道二9。
具体实施方式
21.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽
度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
24.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.实施例一
27.如图1、2所示的集成分水器的燃料电池空压机，包括压缩机1、驱动电机2和涡轮机3，所述压缩机1和涡轮机3分别位于驱动电机2的两侧，并且压缩机1和涡轮机3与驱动电机2同轴转动；其中，所述涡轮机3壳体的进气入口位置处设置有分水器4，所述分水器4可将涡轮机3进气端中的液态水分离出来。该燃料电池空压机主要由三部分组成：压缩机1、驱动电机2和涡轮机3，电机驱动压缩机压缩空气，涡轮机回收燃料电池排放的废气辅助电机驱动压缩机，降低电机的电耗。
28.上述结构中，所述驱动电机2可驱动压缩机1把空气压缩成高压空气。所述涡轮机3可辅助驱动电机2驱动压缩机1。
29.此外，所述涡轮机3的下端部设有排水孔5。排水孔5需要设置在涡轮机3壳体的重力最低位置处。
30.实施例二
31.基于实施例一结构的基础上，集成分水器的燃料电池空压机还包括储水盒6和排水阀7，所述分水器4和排水孔5均与储水盒6连通，所述排水阀7设置在储水盒6上。所述分水器4和储水盒6之间设有排水管道一8，并且分水器4和储水盒6通过排水管道一8连通。所述排水孔5和储水盒6之间设有排水管道二9，并且排水孔5和储水盒6通过排水管道二9连通。
32.本实用新型的集成分水器的燃料电池空压机，其结构原理是：
33.1、压缩机和涡轮机位于电机轴的两端，并可以同轴转动；
34.2、电机驱动压缩机，把空气压缩成高压空气，供给给电堆进行反应发电；
35.3、涡轮机回收电堆的排气能量，辅助电机驱动压缩机，可以降低电机的功耗；
36.4、在涡轮机入口集成分水器，把涡轮机进气中所包含的液态水进行分离，以免造成高速旋转的涡轮失效；
37.5、涡轮机壳体在重力最低位置设计一个排水孔，并通过排水管与分水器分离的液态水一起汇总到储水盒内；
38.6、储水盒设计有电控排水阀，可以根据储水盒内的液位高度，适时开启进行排水。
39.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。