一种燃料电池发动机的制作方法

本发明涉及航空发动机，具体涉及一种燃料电池发动机。

背景技术：

1、航空发动机的混合动力系统包括油-电混合动力系统和燃料电池动力系统两种。油-电混合动力系统包括串联式油-电混合系统和并联式油-电混合系统，既有燃油的高能量密度优点，又有电动机高效和绿色环保的。

2、其中，燃料电池动力系统包括涡轮-燃料电池“串联式”组合、涡轮-燃料电池“旁路式”组合、燃料电池无涡轮组合以及燃料电池分布式推进等技术方向。但是，由于串联式油-电混合、并联式油-电混合、涡轮-燃料电池“串联式”组合、涡轮-燃料电池“旁路式”组合都需要燃气涡轮发动机和发电机组合使用，一方面对发电机以及电动机的效率有着非常高的要求，设计难度较大，另一方面带来了不同系统的兼容问题，造成系统复杂，重量增加，可靠性低。

3、燃料电池无涡轮组合技术以及燃料电池分布式推进技术由于不需要燃烧或者部分燃烧，能量转化效率高而受到青睐。燃料电池所需的氧气基本来源于空气，而空气则需要通过鼓风机(低压燃料电池)或空压机(高压燃料电池)泵入燃料电池堆。

4、目前，通常使用电机驱动空压机或鼓风机以供给燃料电池需要的压缩空气。但是，对于高速运转的空压机而言，需要通过高速电机的驱动，而电机的高速轴承需要润滑油进行润滑以提高稳定性。从而使得电机中的润滑油会混入压缩空气中以污染燃料电池的电堆内芯，导致电堆内芯“中毒”并降低反应活性的问题发生。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种燃料电池发动机，以解决燃料电池发动机中的燃料电池会被润滑油污染的问题。

2、本发明提供了一种燃料电池发动机，包括压气腔、无轴空压机以及燃料电池。压气腔为通孔结构。无轴空压机为磁悬浮结构，并安装于压气腔的一端。燃料电池位于压气腔内，无轴空压机自驱转动并用于向燃料电池提供压缩空气。

3、有益效果：在压气腔内，无轴空压机通过自驱转动可以向下游的燃料电池提供压缩空气甚至高压空气，以使燃料可以通过燃料电池与空气中的氧气充分反应，并产生电能。燃料电池产生的电能其中部分可以驱动无轴空压机保持运转状态，以提供充足的氧气供燃料电池反应并持续产生电能。且燃料电池产生的另一部分电能用于存储或者带动其他用电设备运行。

4、在燃料电池发动机运行发电的过程中，由于无轴空压机是磁悬浮且自驱转动的无轴结构，即磁悬浮无轴设置的空压机无需使用润滑油进行润滑，也无需额外布置添加有润滑油的电机结构。如此，无轴空压机在向压气腔内的燃料电池提供压缩空气的过程中，不会在空气中混入自身带来的润滑油，以使燃料电池的电堆内芯可以使用干净且“无毒”的空气稳定且充分地反应发电，从而避免电堆内芯“中毒”并降低反应活性的问题发生。

5、在一种可选的实施方式中，无轴空压机包括环形框架、风扇、磁悬浮组件以及磁驱动组件。风扇位于环形框架的内侧。磁悬浮组件靠近环形框架安装，用于使风扇与环形框架之间保持悬空状态。磁驱动组件靠近环形框架安装，用于驱动风扇转动。

6、有益效果：在环形框架内，磁悬浮组件的设置可以使风扇与环形框架之间保持悬空状态，即风扇在转动过程中与环形框架不接触或者接触较少，从而无需在环形框架与风扇之间添加润滑油。并且，通过磁驱动组件的设置，可以使无轴空压机的风扇自驱转动，即无需额外连接电机进行驱动从而避免电机中添加的润滑油混入压缩空气内以污染下游的燃料电池。

7、在一种可选的实施方式中，环形框架的内侧设有环形槽，无轴空压机还包括驱动环，风扇连接于驱动环的内侧，且驱动环位于环形槽内。

8、有益效果：环形框架的内侧是指环形框架靠近轴心的一侧。驱动环相当于风扇的叶冠结构，通过驱动环可以将风扇其叶片远离轴心的端部连接为一个整体结构，在提高风扇整体强度和稳定性的同时。驱动环的设置有利于减少风扇与环形框架之间的间隙尺寸，从而通过降低风扇端部的翼尖涡噪。

9、在一种可选的实施方式中，无轴空压机还包括封严件，封严件位于环形槽内并与驱动环接触，用于阻止沿压缩空气的泄露。

10、有益效果：通过封严件的设置，可以避免无轴空压机靠近燃料电池的内侧高压空气由驱动环与环形框架之间的间隙泄露的问题，有利于提高无轴空压机的运行效率。

11、在一种可选的实施方式中，无轴空压机还包括多个滚动件，沿环形框架的周向间隔安装于环形槽内，用于沿环形框架的径向和轴向接触支撑驱动环。

12、有益效果：由于燃料发动机具有较为复杂的运行环境，为了避免无轴空压机高速转动过程中受外力影响导致驱动环与环形框架之间接触摩擦，通过设置多个滚动件可以使得驱动环在极端条件下与滚动件滚动接触，在减低摩擦阻力的同时，避免驱动环接触甚至碰撞环形框架，从而破坏结构的稳定性。

13、在一种可选的实施方式中，环形框架包括环形主体以及两个环形挡肩。环形槽设于环形主体的内侧。在环形槽的内侧开口处，沿环形框架的轴向，一个环形挡肩与开口处的一侧环形主体连接。其中，沿环形框架的轴向，两个环形挡肩的间隙尺寸小于驱动环的宽度尺寸。

14、有益效果：通过在环形主体的内侧连接封堵部分环形槽开口的环形挡肩，并设置两个环形挡肩沿轴向的间隙尺寸小于驱动环在轴向上的宽度尺寸，以使驱动环被限制于环形槽内并相较于环形框架转动，从而避免驱动环(即风扇)脱离环形框架。

15、在一种可选的实施方式中，风扇为无转轴结构。和/或，风扇的轴心处设有导流件，导流件为中空结构。

16、有益效果：由于风扇的轴线处无需连接传动轴，即节省的传动轴空间可以进一步增加风扇的扇叶长度，从而提高风扇在压缩空气过程中对空气作用的有效面积。在增加空气流通面积的同时，有利于提高空压机压缩空气的效率。

17、通过在风扇的轴心处设制中空结构的导流件，在不大幅增加风扇重量的同时，导流件的设置可以减少风扇轴心处在迎风侧的絮流，有利于降低气动噪音并提高风量。示例性的，导流件可以是水滴状结构，具有较好的流线形外观，并可以大幅降低空气阻力和絮流。

18、在一种可选的实施方式中，磁悬浮组件包括多个第一悬浮件以及多个第二悬浮件。多个第一悬浮件沿驱动环的周向间隔分布。多个第二悬浮件沿环形框架的周向间隔分布，用于使驱动环相较于环形框架在轴向和径向上处于悬空状态。

19、有益效果：可以在环形槽的底侧沿周向间隔或者依次安装多个第二悬浮件，并在驱动环的外侧沿周向间隔或者依次安装多个第一悬浮件。通过设置第一悬浮件和第二悬浮件相同的磁极相对设置，以使驱动环可以沿径向悬空设置于环形槽的内部，从而实现无轴空压机的无润滑和无阻力转动。

20、在一种可选的实施方式中，磁驱动组件包括多个第一驱动件以及多个第二驱动件。多个第一驱动件沿驱动环的周向间隔分布。多个第二驱动件沿环形框架的周向间隔分布，用于通过驱动环带动风扇转动。

21、有益效果：可以在环形槽的底侧沿周向间隔或者依次安装多个第二驱动件，并在驱动环的外侧沿周向间隔或者依次安装多个第一驱动件。通过调节第一驱动件或第二驱动件的磁极方向，驱动环可以沿周向持续转动。通过调节第一驱动件和/或第二驱动件的磁力大小，可以对驱动环的转动速度进行调节，从而使得无轴空压机在自驱转动的同时可以灵活控制。

22、在一种可选的实施方式中，无轴空压机的数量为多个。沿空气的流动方向，多个无轴空压机间隔设置于燃料电池的上游。

23、有益效果：通过多个无轴空压机的设置，可以提高对空气的压缩效果，以使燃料电池处单位时间内可以接触更多空气中的氧气，有利于提高燃料电池的反应速度和转换效率。