[发明专利]一种具有径轴向扩压器的两级空气压缩系统

说明书

本发明公开提供一种具有径轴向扩压器的两级空气压缩系统，包括直驱电机，低压级压缩系统、高压级压缩系统和空气冷却系统，通过径轴流扩压器导流，改善了低压叶轮出口空气流动，在保证空气增压的前提下，改善了低压叶轮流动，提高了整体效率，级间中冷器呈筒状布置在电机外围，中冷器进口连接低压级蜗壳出气通道，中冷器出口连接高压级进气口，利用中冷器冷却低压级压缩系统出口气体，降低系统能耗；使用直驱电机同时驱动低压级压缩系统和高压级压缩系统，减少了驱动电机数目，优化系统结构；该系统可用于中高压燃料电池空气供给系统，能够满足燃料电池等各种需要大量压缩空气供给设备的供气要求。

技术领域

本发明涉及空气压缩领域，尤其涉及一种具有径轴向扩压器的两级空气压缩系统。

背景技术

氢燃料电池是氢能利用的一种重要设备，通过氢气与氧气进行化学反应直接输出电能。氢燃料电池功率密度与空气供给系统供气压力及供气流量直接相关，供气压力高，氧气分压高，燃料电池反应速度加快，输出功率增大，国外霍尼韦尔生产的压缩系统压比可达4；供气流量大，参与化学反应的原料增多，输出功率增大。目前燃料电池空气供给系统一般通过电机直接驱动压气机压缩空气，压气机形式一般为螺杆式、涡旋式与离心式。考虑到离心式压缩机体积小、噪音低等优点，在燃料电池空气压缩系统中应用越来越广泛。中高压燃料电池通常采用单一电机直接驱动两个串联式离心压缩机，其中压缩机为市场上可采购的类似于传统内燃机的压气机。

这种压缩系统存在两个问题：

一是两级压缩机间没有采用中冷技术。压缩机驱动电机只能依靠燃料电池输出电能驱动，因此空气供给系统供气压力与流量过高将导致压气机耗功增大，寄生功率增多，降低燃料电池输出功率。

二是由于两级压气机均为传统的离心式压气机，低压级压气机出口必须通过连接管路连接至高压级压气机进口，这种布置方式增大了压缩系统体积，如果加装中冷器将导致体积更大，不满足燃料电池紧凑性要求，所以需要设计一种新型的两级空气压缩供气系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有空气压缩供给系统中的不足之处，提供了一种使用同一电机同时驱动两个压缩系统，优化压缩系统整体结构，改善压缩空气叶轮出口流动，提高压缩效率，同时冷却低级压缩系统加压后的气体，简化了冷却系统的具有径轴向扩压器的两级空气压缩系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有径轴向扩压器的两级空气压缩系统，其特征在于，包括直驱电机，低压级压缩系统、高压级压缩系统和空气冷却系统，所述直驱电机包括直驱电机主体和直驱电机主轴，所述低压级压缩系统和高压级压缩系统由直驱电机主轴同轴驱动，所述空气冷却系统包括级间中冷器，所述级间中冷器呈筒状布置在直驱电机外壳上，所述级间中冷器进口连接低压级压缩系统空气出气通道，级间中冷器出口连接高压级压缩系统空气进气口，高压级压缩系统空气进气口设有进口导叶，所述低压级压缩系统包括径轴向扩压器；直驱电机同时带动两级压缩系统，由于空气经两次压缩，因此单级压气机压比降低，同样的压气机有效流量范围拓宽，这样就避免了在较低流量下可能出现的喘振现象，使用直驱电机同时驱动低压级压缩系统和高压级压缩系统，提高电机使用效率，直接减少了驱动电机数目，优化系统结构。

作为优选，所述级间中冷器包括外管、内管和电机冷却空气进气管，所述电机冷却空气进气管上端贯穿外管，电机冷却空气进气管与外管固定连接，所述电机冷却空气进气管下端与内管连通，所述直驱电机主体处于内管内。将直驱电机置于内管内，电机周围的空气没有经过压缩，可以使用电机冷却空气进气管导入冷却气体直接进行冷却电机，内管包裹在直驱电机外围，压缩气体通过管道的时候，级间中冷器冷却低级压缩系统加压后的气体，同时使用冷却气体对直驱电机进行降温，将冷却气体分成两层分别围绕在直驱电机外和压缩气体管道之外，对整个系统的降温起到了良好的稳定作用。