技术摘要：
本发明提供了一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机，以克服目前燃料电池用空压机存在的加工成本高、电机转速要求高、存在喘振堵塞风险、效率低下等问题；本发明所述的一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机，采用罗茨式空压机作为压缩核心部件，罗茨式空压机  全部
背景技术：
对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)来说，对所需空气增压是十分必要的。一方面可 以提高燃料电池的功率密度，另一方面氧分压影响到化学反应中的吉布斯自由能，从而影 响到燃料电池的效率极限。相关研究表明，燃料电池空压泵消耗功率大约是输出功率的20- 30％，是燃料电池辅助系统中的耗能大户。提高空压机效率可以改善整个燃料电池系统的 效率。 燃料电池用空压机主要有三种：罗茨式、双螺杆式和离心式。 发明专利《一种燃料电池用密封压缩机》(公开号：CN208330739A)，属于双螺杆式 空压机，采用双螺杆式压缩机作为空气压缩部件，电机通过齿轮传动的方式与双螺杆式空 气压缩机相连接；发明专利《一种燃料电池汽车用螺杆压缩-膨胀机组》(公开号： CN1702899A)，属于双螺杆式空压机，采用双螺杆式压缩机件作为空气压缩部件，电机一端 与双螺杆压缩机通过联轴器连接，同时电机另一端通过联轴器与双螺杆膨胀机连接，以实 现能量回收功能。双螺杆式空压机的缺点是工艺要求较高，需要专门的机床加工，成本较 高，并且较笨重。 发明专利《一种用于燃料电池的空气压缩机》(公开号：CN106837789A)，属于罗茨 式空压机，采用罗茨式压缩机作为空气压缩部件，电机通过齿轮传动的方式与罗茨式空气 压缩机相连接。罗茨式空压机的优点在于加工工艺要求低，因此空压机本身成本较低，同时 转速不高，电机响应要求低，因此总成本较低。但是单独采用罗茨式空压机存在效率不高的 问题。 离心式空压机，其缺点是转速较高，通常每分钟转速在十万转以上，对电机技术要 求高。目前超高速电机技术国内尚不成熟，需依赖国外，同时离心式空压机控制相对复杂， 因此总体成本很高，同时离心式空压机还有喘振和堵塞的风险，流量范围较窄，运行时有风 险。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的上述问题，解决目前燃料电池用空压机存在的加工成本 高，电机转速要求高，存在喘振堵塞风险，效率低下等问题，本发明提供了一种带能量回收 功能的燃料电池罗茨式空压机，采用罗茨式压缩机作为空气压缩部件，电机通过齿轮传动 的方式与罗茨式空气压缩机相连接，配合罗茨式膨胀机，可回收电堆排气的能量，进一步提 高效率，克服单独使用罗茨式空压机低效的缺点。 本发明是采用如下技术方案实现的： 一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机，其特征在于，包括一台转速可调 4 CN 111734630 A 说　明　书 2/4 页 的水冷直流电机，水冷直流电机前部的输出轴通过一个带有传动齿轮的齿轮箱与一个空压 机连接，水冷直流电机后部的输入轴通过一个带有传动齿轮的齿轮箱与一个膨胀机连接； 空压机和膨胀机的结构完全相同，均包括一个前端开口、后端封闭的中空的壳体， 壳体后端面与齿轮箱的箱体的前端面固定连接，壳体的前端开口通过一个端盖盖合，端盖 前方固定连接有前端封闭、后端开口的中空的齿轮箱罩盖，壳体内部空腔的上方设置有一 个1号转子，壳体内部空腔的下方设置有一个2号转子，1号转子和2号转子的形状和结构完 全相同且二者间隙设置在壳体内部的空腔中，1号转子的1号转子轴的后端通过一个1号转 子后端轴承支承在壳体后壁上部的通孔中，1号转子轴的前部通过一个1号转子前端轴承支 承在端盖上部的通孔中，1号转子轴的前端穿过端盖与一个设置在齿轮箱罩盖中的1号斜齿 轮连接，2号转子的2号转子轴的后部通过一个2号转子后端轴承支承在壳体后壁下部的通 孔中，2号转子轴的后端穿过壳体后壁下部的通孔以及齿轮箱的箱体前壁下部的通孔后与 齿轮箱内的齿轮连接，2号转子轴的前部通过一个2号转子前端轴承支承在端盖下部的通孔 中，2号转子轴的前端穿过端盖下部的通孔与一个设置在齿轮箱罩盖中的2号斜齿轮连接，1 号斜齿轮和2号斜齿轮啮合，壳体的右侧壁中部开有与壳体的内腔连通的进气口，壳体的左 侧壁中部开有与壳体的内腔连通的排气口； 空压机的壳体的后壁通过齿轮箱的箱体与水冷直流电机的壳体前部固定连接，空 压机中的传动齿轮与水冷直流电机的输出轴上的轴齿轮啮合，位于水冷直流电机后部的膨 胀机的壳体的后壁通过齿轮箱的箱体与水冷直流电机的壳体后部固定连接，膨胀机中的传 动齿轮与水冷直流电机的输入轴上的轴齿轮啮合。 进一步的技术方案包括： 壳体内部的空腔的纵向截面为椭圆形，1号转子和2号转子的纵向截面为椭圆形。 空压机的进气口与一个空气滤清器的出气口通过管路连接，空气滤清器的进气口 与外部大气连通，空压机的排气口通过管路与一个中冷器的进气口连通，中冷器的出气口 通过管路与一个加湿器的第一气路的进气口连通，加湿器的第一气路的出气口通过管路与 一个燃料电池电堆的进气口连通，燃料电池电堆的出气口通过管路与加湿器的第二气路的 进气口连通，加湿器的第二气路的出气口通过管路与膨胀机的进气口连通，膨胀机的出气 口与外部大气连通。 轴齿轮和传动齿轮均采用斜齿齿轮，以减少啮合噪音。 齿轮箱内有润滑油，2号转子轴与齿轮箱的箱体前壁的通孔之间安装有一个油封。 1号转子中位于1号转子轴上方和下方的部位均沿轴向开有转子空腔，2号转子位 于2号转子轴上方和下方的部位均沿轴向开有转子空腔，以减轻1号转子和2号转子的重量。 与现有技术相比本发明的有益效果是： 1、本发明提供的一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机，采用罗茨式空压 机，解决目前燃料电池用空压机存在的加工成本高，电机转速要求高，存在喘振堵塞风险， 效率低下等问题。 2、本发明提供的一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机，相比单独的罗茨 式空压机，同时匹配有罗茨式膨胀机，回收电堆废气能量，提升效率。 5 CN 111734630 A 说　明　书 3/4 页 附图说明 下面结合附图对本发明作进一步的说明： 图1为本发明所述的一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机的结构示意剖 视图； 图2为本发明所述的一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机中的壳体以及 壳体内的1号转子和2号转子的结构示意剖视图； 图3为本发明所述的一种带能量回收功能的燃料电池罗茨式空压机应用在燃料电 池空气系统中的结构示意简图； 图中：1.齿轮箱罩盖，2.1号斜齿轮，3.1号转子前端轴承，4.壳体，5.空压机，6.1号 转子，7.1号转子后端轴承，8.1号转子转轴，9.油封，10.齿轮箱，11.轴齿轮，12.水冷直流电 机，13.膨胀机，14.2号斜齿轮，15.2号转子前端轴承，16.端盖，17.2号转子，18.2号转子后 端轴承，19.2号转子转轴，20.传动齿轮，21.加湿器，22.燃料电池电堆，23.空气滤清器，24. 中冷器，41.排气口，42.进气口，61.转子空腔。