CN113280005A - 主动冷却降噪装置及车用燃料电池离心空压机与控制方法 - Google Patents
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Abstract
主动冷却降噪装置及车用燃料电池离心空压机与控制方法,主动冷却降噪装置包括嵌套设置的降噪器外筒和降噪器内筒,在降噪器外筒与降噪器内筒之间设置降噪器外挡板和降噪器内挡板,降噪器外挡板设有两个且布置在两端,降噪器内挡板设置有若干个且布置在两个降噪器外挡板之间;降噪器内筒的两端为降噪器空气进口与降噪器空气出口,通过降噪器内挡板将降噪器内筒的外壁分隔为若干个区域,降噪器内筒对应于每个区域分别开设有多个气孔;降噪器外筒设有外筒冷却介质环形流道并开设冷却介质进口、冷却介质出口;降噪器内挡板设有内挡板冷却介质流道。本发明通过赫姆霍兹共鸣器原理对气体实现脉动衰减,在保证节能、降噪的同时提升空压机***的紧凑性。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域,具体涉及一种主动冷却降噪装置及车用燃料电池离心空压机与控制方法。
背景技术
压缩机技术一直是工业领域的重要命脉技术,并且高能效、低噪音是压缩机永恒追求的发展目标。在多级压缩的应用场合中,压缩机的级间冷却能够使压缩机的工作过程更加接近等温过程,进而能够显著提升压缩机的机组能效。尤其是在逐渐广泛应用的车用燃料电池***当中,空压机作为其核心部件以及耗能的主要部件,被要求具有较高的能效、较低的噪声以及较高的紧凑性,以满足燃料电池汽车的环保性和舒适性的需求。
赫姆霍兹共鸣器是声学中的一个基本装置,其由短管和容器组成。气体流经短管时,会引起容器内的压力变化,也就是说当部分气体进入容器内的空间时,容器内气体压力会升高,压力的增加又试图将部分气体“推出”;反之,当部分气体离开衰减器腔体容积时,容器内气体压力降低,压力的减小又试图将气体“拉回”容器内。这样,容器的作用就类似一个弹簧,而颈管内的气体就犹如一个质量元件。当“弹簧”对质量元件的扰动频率与气柱固有频率相等时,扰动产生的声波能够与气柱入射声波叠加,从而有效降低下游声波的幅值。
通常情况下,级间冷却和降噪部件为两个部件,其应用会增加空压机***的体积,降低空压机的紧凑性。尤其是在燃料电池汽车当中,燃料电池电堆对空压机排气提出了更高的要求,并且汽车空间也要求空压机有更高的紧凑性。因此,需要切实有效的手段,在保证空压机***紧凑性的同时,实现级间冷却,提升空压机效率,并且降低噪声。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术级间冷却和降噪部件紧凑型及性能难以满足车用燃料电池要求的问题,提供一种主动冷却降噪装置及车用燃料电池离心空压机与控制方法。
为了实现上述目的,本发明有如下的有益效果:
一种主动冷却降噪装置,包括嵌套设置在一起的降噪器外筒和降噪器内筒,在降噪器外筒的内壁与降噪器内筒的外壁之间设置有降噪器外挡板和降噪器内挡板,所述的降噪器外挡板设有两个且布置在两端,所述的降噪器内挡板设置有若干个且布置在两个降噪器外挡板之间;所述降噪器内筒的两端为降噪器空气进口与降噪器空气出口,通过降噪器内挡板将降噪器内筒的外壁分隔为若干个区域,降噪器内筒对应于每个区域分别开设有多个气孔,降噪器内筒的内部为降噪器空气通道;所述的降噪器外筒设置有外筒冷却介质环形流道并开设有冷却介质进口、冷却介质出口;所述的降噪器内挡板设有内挡板冷却介质流道。
作为本发明主动冷却降噪装置的一种优选方案,所述的内挡板冷却介质流道与外筒冷却介质环形流道相连通,或者为不连通的封闭流道。
作为本发明主动冷却降噪装置的一种优选方案,所述的降噪器内筒按照气体流向在每个区域开设的气孔数量依次增多。
作为本发明主动冷却降噪装置的一种优选方案,所述的降噪器外筒和降噪器内筒同轴嵌套设置在一起。
本发明还提出一种车用燃料电池离心空压机,包括两级车用燃料电池离心空压机及所述的主动冷却降噪装置,其中,第一级车用燃料电池离心空压机包括一级蜗壳、一级叶轮以及一级扩压器,一级蜗壳上开设有空气进口,第二级车用燃料电池离心空压机包括二级蜗壳、二级叶轮以及二级扩压器,二级蜗壳与一级蜗壳的排气侧通过中间管道相连接,清洁空气从空气进口进入一级叶轮进行提速增压,再通过一级扩压器和一级蜗壳二次提速增压之后进入中间管道;由中间管道进入第二级车用燃料电池离心空压机的清洁空气,先经过二级叶轮进行提速增压,再通过二级扩压器和二级蜗壳二次提速增压之后排出,二级蜗壳的排气侧设置有空气出口;主动冷却降噪装置设置在所述的中间管道上。
本发明还提出一种车用燃料电池离心空压机,包括两级车用燃料电池离心空压机及所述的主动冷却降噪装置,其中,第一级车用燃料电池离心空压机包括一级蜗壳、一级叶轮以及一级扩压器,一级蜗壳上开设有空气进口,第二级车用燃料电池离心空压机包括二级蜗壳、二级叶轮以及二级扩压器,二级蜗壳与一级蜗壳的排气侧通过中间管道相连接,清洁空气从空气进口进入一级叶轮进行提速增压,再通过一级扩压器和一级蜗壳二次提速增压之后进入中间管道;由中间管道进入第二级车用燃料电池离心空压机的清洁空气,先经过二级叶轮进行提速增压,再通过二级扩压器和二级蜗壳二次提速增压之后排出,二级蜗壳的排气侧设置有空气出口;主动冷却降噪装置设置在所述的空气出口上。
本发明还提出一种所述车用燃料电池离心空压机的控制方法,清洁空气从空气进口进入一级叶轮,进行提速增压,再通过一级扩压器及一级蜗壳进一步增压后进入中间管道,之后空气进入二级叶轮再次提速增压,之后通过二级扩压器和二级蜗壳后从空气出口离开空压机。
作为本发明车用燃料电池离心空压机的控制方法一种优选方案:
将内挡板冷却介质流道与外筒冷却介质环形流道相连通,实现增加冷却介质与空气之间的换热面积;
或者,将内挡板冷却介质流道设置为不与外筒冷却介质环形流道连通的封闭流道,实现利用热管原理对空气进行冷却。
相较于现有技术,本发明有如下的有益效果:通过冷却介质与压缩机空气的对流换热实现对空气的冷却,从而提高压缩机效率,使空气排气温度更低,更加安全可靠。降噪器外筒设置有外筒冷却介质环形流道,降噪器内挡板设有内挡板冷却介质流道,能够利用降噪器内挡板实现热管原理或者构成翅片,进而增大换热面积,从而增强气体与冷却介质之间的换热效果。本发明通过赫姆霍兹共鸣器原理对气体实现脉动衰减,从而减少因气流脉动诱发的气动噪声。相较于以往级间冷却和降噪部件为两个部件,本发明能够将降噪与冷却功能结合,因此在保证节能、降噪效果的同时,显著提升空压机***的紧凑性。
附图说明
图1本发明车用燃料电池离心空压机主动冷却降噪装置安装于中间管道的结构示意图;
图2本发明主动冷却降噪装置立体结构示意图;
图3本发明主动冷却降噪装置的剖面结构示意图;
图4本发明车用燃料电池离心空压机主动冷却降噪装置安装于空气出口的结构示意图;
附图中:1-车用燃料电池离心空压机;2-主动冷却降噪装置;3-空气进口;4-一级叶轮;5-一级扩压器;6-一级蜗壳;7-中间管道;8-二级叶轮;9-二级扩压器;10-二级蜗壳;11-空气出口;12-降噪器外筒;13-降噪器内挡板;14-降噪器内筒;15-降噪器外挡板;16-冷却介质进口;17-冷却介质出口;18-外筒冷却介质环形流道;19-内挡板冷却介质流道;20-降噪器空气进口;21-降噪器空气出口;22-降噪器空气通道。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图2,图3,本发明主动冷却降噪装置包括嵌套设置在一起的降噪器外筒12和降噪器内筒14,一种优选的实施例中,将降噪器外筒12和降噪器内筒14同轴嵌套设置在一起。
在降噪器外筒12的内壁与降噪器内筒14的外壁之间设置有降噪器外挡板15和降噪器内挡板13,降噪器外挡板15设有两个且布置在两端,降噪器内挡板13设置有若干个且布置在两个降噪器外挡板15之间。降噪器内筒14的两端设置为降噪器空气进口20与降噪器空气出口21,通过降噪器内挡板13将降噪器内筒14的外壁分隔为若干个区域,降噪器内筒14的筒壁对应于每个区域分别开设有多个气孔,降噪器内筒14的内腔为降噪器空气通道22。在一种优选的实施例中,降噪器内筒14按照气体流向在每个区域开设的气孔数量依次增多。
降噪器外筒12设置有外筒冷却介质环形流道18并开设有冷却介质进口16、冷却介质出口17;降噪器内挡板13设有内挡板冷却介质流道19。内挡板冷却介质流道19与外筒冷却介质环形流道18相连通,或者为不连通的封闭流道。当所述内挡板冷却介质流道19连通外筒冷却介质环形流道18时,构成翅片结构,能够增加冷却介质与气体之间的换热面积;当所述内挡板冷却介质流道19为封闭流道,则利用热管原理对气体进行冷却。
本发明的主动冷却降噪装置可设于两级车用燃料电池离心空压机1的中间管道7,用于多级压缩机的中间气体冷却及降噪;也可设于两级车用燃料电池离心空压机1的空气出口11,用于排气的冷却及降噪。
如图1所示,本发明的主动冷却降噪装置设于两级车用燃料电池离心空压机1的中间管道7,车用燃料电池离心空压机包括两级车用燃料电池离心空压机1以及所述的主动冷却降噪装置2,其中,第一级车用燃料电池离心空压机1包括一级蜗壳6、一级叶轮4以及一级扩压器5,一级蜗壳6上开设有空气进口3,第二级车用燃料电池离心空压机1包括二级蜗壳10、二级叶轮8以及二级扩压器9,二级蜗壳10与一级蜗壳6的排气侧通过中间管道7相连接,清洁空气从空气进口3进入一级叶轮4进行提速增压,再通过一级扩压器5和一级蜗壳6二次提速增压之后进入中间管道7;由中间管道7进入第二级车用燃料电池离心空压机1的清洁空气,先经过二级叶轮8进行提速增压,再通过二级扩压器9和二级蜗壳10二次提速增压之后排出,二级蜗壳10的排气侧设置有空气出口11。本发明应用赫姆霍兹共鸣器原理,对通过降噪器空气通道22的空气进行特定频率的气流脉动幅度的衰减,从而实现降低压缩机气动噪声的目的,降噪器外筒12和降噪器内挡板13中的冷却介质能够对第一级车用燃料电池离心空压机1排出的空气进行冷却,从而实现提高空压机的效率,增加空压机的紧凑性、环保性的目的。
如图4所示,本发明的主动冷却降噪装置还可以设置于第二级车用燃料电池离心空压机1的空气出口11。本发明的主动冷却降噪装置能够降低压缩机排气的气流脉动以及温度,降低压缩机的气动噪声,并且使压缩机排气温度更适应燃料电池电堆等场合的应用,具有良好的紧凑性。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例,并不用以对本发明的技术方案进行任何限制,本领域技术人员应当理解的是,在不脱离本发明精神和原则的前提下,该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换,这些修改和替换也均属于权利要求书涵盖的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种主动冷却降噪装置,其特征在于:包括嵌套设置在一起的降噪器外筒(12)和降噪器内筒(14),在降噪器外筒(12)的内壁与降噪器内筒(14)的外壁之间设置有降噪器外挡板(15)和降噪器内挡板(13),所述的降噪器外挡板(15)设有两个且布置在两端,所述的降噪器内挡板(13)设置有若干个且布置在两个降噪器外挡板(15)之间;
所述降噪器内筒(14)的两端为降噪器空气进口(20)与降噪器空气出口(21),通过降噪器内挡板(13)将降噪器内筒(14)的外壁分隔为若干个区域,降噪器内筒(14)对应于每个区域分别开设有多个气孔,降噪器内筒(14)的内部为降噪器空气通道(22);
所述的降噪器外筒(12)设置有外筒冷却介质环形流道(18)并开设有冷却介质进口(16)、冷却介质出口(17);所述的降噪器内挡板(13)设有内挡板冷却介质流道(19)。
2.根据权利要求1所述的主动冷却降噪装置,其特征在于:所述的内挡板冷却介质流道(19)与外筒冷却介质环形流道(18)相连通,或者为不连通的封闭流道。
3.根据权利要求1所述的主动冷却降噪装置,其特征在于:所述的降噪器内筒(14)按照气体流向在每个区域开设的气孔数量依次增多。
4.根据权利要求1所述的主动冷却降噪装置,其特征在于:所述的降噪器外筒(12)和降噪器内筒(14)同轴嵌套设置在一起。
5.一种车用燃料电池离心空压机,其特征在于:包括两级车用燃料电池离心空压机(1)及如权利要求1至4中任意一项所述的主动冷却降噪装置(2),其中,第一级车用燃料电池离心空压机(1)包括一级蜗壳(6)、一级叶轮(4)以及一级扩压器(5),一级蜗壳(6)上开设有空气进口(3),第二级车用燃料电池离心空压机(1)包括二级蜗壳(10)、二级叶轮(8)以及二级扩压器(9),二级蜗壳(10)与一级蜗壳(6)的排气侧通过中间管道(7)相连接,清洁空气从空气进口(3)进入一级叶轮(4)进行提速增压,再通过一级扩压器(5)和一级蜗壳(6)二次提速增压之后进入中间管道(7);由中间管道(7)进入第二级车用燃料电池离心空压机(1)的清洁空气,先经过二级叶轮(8)进行提速增压,再通过二级扩压器(9)和二级蜗壳(10)二次提速增压之后排出,二级蜗壳(10)的排气侧设置有空气出口(11);主动冷却降噪装置(2)设置在所述的中间管道(7)上。
6.一种车用燃料电池离心空压机,其特征在于:包括两级车用燃料电池离心空压机(1)及如权利要求1至4中任意一项所述的主动冷却降噪装置(2),其中,第一级车用燃料电池离心空压机(1)包括一级蜗壳(6)、一级叶轮(4)以及一级扩压器(5),一级蜗壳(6)上开设有空气进口(3),第二级车用燃料电池离心空压机(1)包括二级蜗壳(10)、二级叶轮(8)以及二级扩压器(9),二级蜗壳(10)与一级蜗壳(6)的排气侧通过中间管道(7)相连接,清洁空气从空气进口(3)进入一级叶轮(4)进行提速增压,再通过一级扩压器(5)和一级蜗壳(6)二次提速增压之后进入中间管道(7);由中间管道(7)进入第二级车用燃料电池离心空压机(1)的清洁空气,先经过二级叶轮(8)进行提速增压,再通过二级扩压器(9)和二级蜗壳(10)二次提速增压之后排出,二级蜗壳(10)的排气侧设置有空气出口(11);主动冷却降噪装置(2)设置在所述的空气出口(11)上。
7.一种如权利要求5或6所述车用燃料电池离心空压机的控制方法,其特征在于:清洁空气从空气进口(3)进入一级叶轮(4),进行提速增压,再通过一级扩压器(5)及一级蜗壳(6)进一步增压后进入中间管道(7),之后空气进入二级叶轮(8)再次提速增压,之后通过二级扩压器(9)和二级蜗壳后(10)从空气出口(11)离开空压机。
8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于:
将内挡板冷却介质流道(19)与外筒冷却介质环形流道(18)相连通,实现增加冷却介质与空气之间的换热面积;
或者,将内挡板冷却介质流道(19)设置为不与外筒冷却介质环形流道(18)连通的封闭流道,实现利用热管原理对空气进行冷却。
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