CN201420688Y - 应用于燃料电池***的透平式压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种应用于燃料电池***的透平式压缩机，它包括永磁电机和压气机，所述压气机直接安装在永磁电机的电机轴上。本实用新型的有益效果在于：采用这种压气机与永磁电机同体同轴设置的结构，单位体积功率密度大，运转平稳，噪音小；且整体压缩机的结构更加紧凑，体积小，造价低。本实用新型主要应用于燃料电池***中。

Description

应用于燃料电池***的透平式压缩机
技术领域
本实用新型涉及一种压缩机，具体来说是涉及一种应用于燃料电池***的透平式压缩机。
背景技术
燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。
燃料电池具有以下特点：
(1)能量转化效率高：直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池***的燃料-电能转换效率在45％～60％，而火力发电和核电的效率大约在30％～40％。
(2)有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低。
(3)燃料适用范围广。
(4)规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。
(5)负荷响应快，运行质量高。
由于燃料电池具有上述优点，所以其具有较强发展优势和广阔市场前景。
在现有的燃料电池发电***中，空气压缩供应装置一般采用进口的螺杆泵，这种螺杆泵造价高，约占整个燃料电池***价格的1/3，性价比低。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种应用于燃料电池***的透平式压缩机，该透平式压缩机具有结构简单紧凑，体积小，单位体积功率密度大，造价低的特点。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种应用于燃料电池***的透平式压缩机，它包括永磁电机和压气机，其特征在于：所述压气机直接安装在永磁电机的电机轴上。
进一步，在本实用新型中，所述永磁电机的电机轴上同轴安装一冷却风扇，该冷却风扇的前端设置有一进气导流罩。
进一步，在本实用新型中，所述永磁电机的电机轴两端均设置有浮环轴承。
进一步，在本实用新型中，所述永磁电机的转子永磁体为整体结构，并采用整体径向充磁，转子永磁体的外部设置有高强度不导磁护套，转子永磁体与高强度不导磁护套之间采用过盈配合。
进一步，在本实用新型中，所述永磁电机还包括一滑油箱，该滑油箱通过连接管连接在永磁电机的前、后端盖上。
进一步，在本实用新型中，所述永磁电机的电机轴前端、与压气机的叶轮连接处，设置有涨圈密封环和迷宫式密封环。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型采用压气机与永磁电机同体同轴设置，单位体积功率密度大。
2、整体压缩机的结构紧凑，体积小，重量轻，造价低。
3、运转平稳，噪声小，移动维修方便。
4、永磁电机中采用浮环轴承代替原有的普通轴承，当电机轴旋转时，通过内膜剪切力带动浮环旋转，当内、外油膜作用到浮环的油膜力和摩擦力矩达到平衡时，浮环即在固定的环速比下稳定工作，此时，电机轴在浮环轴承内悬浮工作，轴承不容易磨损。
5、本实用新型增设了一滑油箱，通过滑油箱来进行进油、回油、油量控制、油压控制和油温控制。
6、永磁电机的电机轴的后端同轴安装一冷却风扇，通过其产生强劲的吸力，并使空气循环流动，将机壳内部的热量排出，达到冷却的目的。
本实用新型主要应用于燃料电池***中。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型：
图1为本实用新型的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
参见图1，一种应用于燃料电池***的透平式压缩机，它包括永磁电机100和压气机200。
压气机200的叶轮210运用先进的三元流空气动力学计算机设计技术设计而成。由于压气机200的输出压力与压气机叶轮外圆的线速度有直接关系，所以提高驱动电机的转速是最有效的措施之一。本实用新型采用一永磁电机100作为驱动电机。
永磁电机100包括机壳7，机壳7采用不导磁的铸铝材料经机加工制成，机壳7的前后两端分别通过螺栓固定安装前端盖2和后端盖10。机壳7的内部固定有定子4，定子4采用低损耗冷轧电工钢片制作。电机轴3上设置有转子永磁体5，转子永磁体5采用的材料是耐高温的钕铁硼永磁材料，该转子永磁体5为整体结构，并采用整体径向充磁，其外部设置有高强度不导磁护套6，转子永磁体5与高强度不导磁护套6之间采用过盈配合。本实用新型通电后，定子4产生的电磁转矩驱动转子永磁体5转动。电机轴3的前后两端均设置有浮环轴承11。当电机轴旋转时，通过内膜剪切力带动浮环旋转，当内、外油膜作用到浮环的油膜力和摩擦力矩达到平衡时，浮环即在固定的环速比下稳定工作，此时，电机轴在浮环内悬浮工作，轴承不容易磨损，且可承受120000rpm的转速。
永磁电机100还包含一滑油箱13，该滑油箱13设置在机壳7的下方，滑油箱13通过一组进油管1和回油管12连接在永磁电机100的端盖上(前、后端盖各有一组)。通过滑油箱13来进行进油、回油、油量控制、油压控制和油温控制。
为了提高整体散热效果，在电机轴3的后端(靠近后端盖10)同轴设置有一冷却风扇9，该冷却风扇9的前端安装有进气导流罩8，在电机轴3的转动过程中，冷却风扇9产生强劲的吸力，使压缩机内部的热空气顺着进气导流罩8经冷却风扇9从后端盖10排出，达到冷却的目的。
由于永磁电机的转速每分钟高达上万转或数万转，可以与负载机械直接连接。将压气机200直接安装在永磁电机100的电机轴3上，压气机200的壳体通过螺栓固定在永磁电机100的前端盖2上。
需要指出的是在永磁电机100的电机轴3的前端与压气机叶轮的连接处，设置有涨圈密封环15和迷宫式密封环14。采用涨圈密封环作为第一道油封屏障；采用迷宫式密封环作为第二道油封屏障，迷宫式密封是非接触式密封，故不受转速和温度的限制，其迷宫齿采用向内甩油结构，结合支撑上的回油结构，更好的起到封油效果。另外，压气机叶轮210轮背侧211的高压空气平衡了迷宫式密封环两端的压差，增强了密封效果。
采用这种压气机与永磁电机同体同轴设置的结构，单位体积功率密度大，运转平稳，噪音小；且整体压缩机的结构更加紧凑，体积小，造价低。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种应用于燃料电池***的透平式压缩机，它包括永磁电机和压气机，其特征在于：所述压气机直接安装在永磁电机的电机轴上。
2.根据权利要求1所述的应用于燃料电池***的透平式压缩机，其特征在于：所述永磁电机的电机轴上同轴安装一冷却风扇，该冷却风扇的前端设置有一进气导流罩。
3.根据权利要求1所述的应用于燃料电池***的透平式压缩机，其特征在于：所述永磁电机的电机轴两端均设置有浮环轴承。
4.根据权利要求1所述的应用于燃料电池***的透平式压缩机，其特征在于：所述永磁电机的转子永磁体为整体结构，并采用整体径向充磁，转子永磁体的外部设置有高强度不导磁护套，转子永磁体与高强度不导磁护套之间采用过盈配合。
5.根据权利要求1所述的应用于燃料电池***的透平式压缩机，其特征在于：所述永磁电机还包括一滑油箱，该滑油箱通过连接管连接在永磁电机的前、后端盖上。
6.根据权利要求1所述的应用于燃料电池***的透平式压缩机，其特征在于：所述永磁电机的电机轴前端、与压气机的叶轮连接处，设置有涨圈密封环和迷宫式密封环。
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CN107893772A (zh) * 2017-10-09 2018-04-10 中国第汽车股份有限公司 一种带能量回收功能的离心式燃料电池空气压缩机
CN110959073A (zh) * 2017-07-26 2020-04-03 罗伯特·博世有限公司 涡轮机，尤其用于燃料电池***

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