CN215444442U - 一种燃料电池离心空压机及燃料电池*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池离心空压机及燃料电池***，涉及空压机设备技术领域，解决了现有技术中存在的外置级间冷却管导致空压机结构复杂、体积大的技术问题。该燃料电池离心空压机及燃料电池***包括空压机本体，在所述空压机本体的壳体内设置有将一级压缩区和二级压缩区相连通的级间管路；在级间管路与电机腔室之间设置有进气通道，在电机腔室与一级压缩区的吸气室之间设置有出气通道，一级压缩区压缩后的高压气体能经级间管路引入二级压缩组件，且一级压缩区压缩后的高压气体能经进气通道进入电机腔室并经出气通道排出至一级压缩区的吸气室中。本实用新型用于提供一种占用空间小、耗能低的燃料电池离心空压机及燃料电池***。

Description

一种燃料电池离心空压机及燃料电池***

技术领域

本实用新型涉及空压机设备技术领域，尤其是涉及一种燃料电池离心空压机及燃料电池***。

背景技术

在新能源燃料电池领域内，采用高速电机直驱透平机械将电机功能与齿轮增速传动的结构融为一体，由高速电机主轴直接带动透平叶轮，并用空气悬浮轴承支撑转子。这种高速直驱离心空压机为当前行业内最先进的产品。

新能源燃料电池离心空压机应用于新能源汽车，所以对产品的结构、性能、体积、重量、稳定性、抗冲击能力均有着严格的要求。

(1)燃料电池离心空压机必须尽可能的小型化，受限于汽车的空间限制，过大的体积会占用较大的车内使用空间，而较大的质量又增加了汽车的自重，均会影响整车的性能。

(2)燃料电池离心空压机必须高效率化，不同于传统内燃机，燃料电池的尾气能量相对较低，燃料电池堆输出的功率中有较大的压缩机寄生功率，因此空气压缩机需要在高效率下运行。

(3)燃料电池离心空压机结构尽可能的简单，需要产品耐冲击性、高稳定性。

目前常用的燃料电池离心空压机的工作过程，由一级进气，经过一级压缩后通过外置级间管把压缩后的气体送到二级，进行第二次压缩，然后排出所需工况气体。外置冷却水冷却电机定子，外置气源将冷却气通入电机内腔，冷却气体流经转子表面，带走热量，然后从电机壳体的另一侧流出，从而冷却电机转子和支撑轴承。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

(1)因为有一级到二级的外置级间冷却管，所以空压机结构复杂、体积偏大、质量偏重。

(2)外置级间冷却管安装费事费力、拆修维护易受损、产品抗冲击性差、稳定性不足。

(3)在必须外置冷却水源冷却电机的同时，还额外需要外置气源冷却高速电机内腔；

(4)由于高速电机转子与定子之间的间隙非常小，外置气源流通的冷却气的气量有限，冷却效果不明显，而且电机定子和转子间小间隙导致流通阻力很大，整体冷却效果不好。

(5)级间冷却管、进出水源管、进出气源管导致产品结构庞大，破坏机组的协调性，压缩机外观观赏性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池离心空压机及燃料电池***，以解决现有技术中存在的外置级间冷却管导致空压机结构复杂、体积大的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的燃料电池离心空压机，包括空压机本体，在所述空压机本体的壳体内设置有将一级压缩区和二级压缩区相连通的级间管路；

在所述级间管路与电机腔室之间设置有进气通道，在所述电机腔室与一级压缩区的吸气室之间设置有出气通道，

所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述级间管路引入所述二级压缩区，且所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述进气通道进入电机腔室并经所述出气通道排出至所述一级压缩区的吸气室中。

进一步地，所述空压机本体还包括冷却器，所述冷却器包括入口、出口以及连通所述入口与所述出口的冷却通道，所述冷却通道设置在所述级间管路与所述电机腔室之间。

进一步地，所述冷却通道铸造在所述空压机本体的壳体上。

进一步地，所述空压机本体的壳体包含第一壳体、一级蜗壳和二级蜗壳，

所述第一壳体内设置有封闭的电机腔室，所述级间管路设置在所述第一壳体内；在所述电机腔室内设置有转轴、定子和转子，所述转轴可转动地安装于所述第一壳体内，所述定子与所述第一壳体连接，所述转子与所述转轴连接；

在所述转轴的一端设置有一级叶轮，在所述转轴的另一端设置有二级叶轮，所述一级蜗壳设置在所述一级叶轮一侧的所述第一壳体上，所述二级蜗壳设置在所述二级叶轮一侧的第一壳体上。

进一步地，所述冷却器为水冷冷却器。

进一步地，所述转轴通过超高速气浮轴承与所述第一壳体连接。

进一步地，所述进气通道位于靠近所述二级压缩区的一侧。

进一步地，所述出气通道设置在所述电机腔室的侧面底部。

进一步地，所述出气通道包括设置在所述第一壳体上的排气孔以及设置在所述一级蜗壳上的通气孔，所述排气孔与所述通气孔相连通。

一种燃料电池***，包含如上所述的燃料电池离心空压机。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的燃料电池离心空压机及燃料电池***，在空压机的壳体内设置有级间管路，级间管路将一级压缩区和二级压缩区相连通，解决了外置级间管占用空间大，体积大的问题；在级间管路与电机腔室之间设置进气通道，将一级压缩区压缩后的高压低温气体通过进气通道输送至电机腔室中，从而对电机腔室进行冷却；之后将高温的冷却气体引出电机内腔并进入一级压缩区的吸气室，再次进行压缩，依次完成自循环换热过程。而且，本实用新型所需的冷却气体是经过一级压缩区压缩后的高压气体，密度较大且换热效果好，因而只需非常少的量就能实现电机腔室的转子冷却，所需的冷却流量占整个离心压缩机排气流量的比例非常小，而且冷却后的气体压力降低不大且能循环利用，因此对应的冷却耗能很小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中外置级间管结构示意图；

图2是本实用新型的剖视图；

图3是本实用新型的俯视图；

图4是本实用新型的侧视图。

图中001、冷却器进口；002、冷却水出口；003、外置级间管；004、冷却水进口；005、冷却器出口；1、一级蜗壳；2、一级叶轮；3、转轴；4、第一壳体；5、定子；6、转子；7、级间管路；8、电机腔室；9、进气通道；10、二级叶轮；11、二级蜗壳；12、排气孔；13、通气孔；14、冷却器；15、入口；16、出口；17、冷却通道。

具体实施方式

下面可以参照附图图1～图4以及文字内容理解本实用新型的内容以及本实用新型与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种占用空间小、耗能低的燃料电池离心空压机及燃料电池***。

下面结合图1～图4对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本实用新型提供了一种燃料电池离心空压机，空压机本体，在所述空压机本体的壳体内设置有将一级压缩区和二级压缩区相连通的级间管路；

在所述级间管路与电机腔室之间设置有进气通道，在所述电机腔室与一级压缩区的吸气室之间设置有出气通道，

所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述级间管路引入所述二级压缩区，且所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述进气通道进入电机腔室并经所述出气通道排出至所述一级压缩区的吸气室中。

本实用新型提供的燃料电池离心空压机，在空压机的壳体内设置有级间管路，级间管路将一级压缩区和二级压缩区相连通，解决了外置级间管占用空间大，体积大的问题；在级间管路与电机腔室之间设置进气通道，将一级压缩区压缩后的高压低温气体通过进气通道输送至电机腔室中，从而对电机腔室进行冷却；之后将高温的冷却气体引出电机内腔并进入一级压缩区的吸气室，再次进行压缩，依次完成自循环换热过程。而且，本实用新型所需的冷却气体是经过一级压缩区压缩后的高压气体，密度较大且换热效果好，因而只需非常少的量就能实现电机腔室的转子冷却，所需的冷却流量占整个离心压缩机排气流量的比例非常小，而且冷却后的气体压力降低不大且能循环利用，因此对应的冷却耗能很小。

作为可选地实施方式，所述空压机本体还包括冷却器，所述冷却器包括入口、出口以及连通所述入口与所述出口的冷却通道，所述冷却通道设置在所述级间管路与所述电机腔室之间。

冷却器能够对电机内腔以及级间管路同时冷却，使二级压缩区进气温度降低，从而提高二级压缩区的压比效率，提升整机的效率。同时，高速电机直驱离心压缩机的一级压缩区、二级压缩区、级间冷却器作为一个***，使产品结构布局紧凑，提高产品抗冲击性和产品稳定性。另外，电机转子内腔的冷却气体在高速电机内腔、一级压缩区、二级压缩区以及级间冷却器之间自循环冷却，提高冷却效率，降低电机功耗，且无需外部冷却气源。

作为可选地实施方式，所述冷却通道铸造在所述空压机本体的壳体上。

取消外置级间冷却器，把冷却器铸造在壳体上，减少产品零部件，完成产品一体化设计。冷却通道铸造在壳体上，外置水源在冷却电机的同时，也会冷却流通在级间管路内的高温高压气体，如此降低了二级的进气温度，极大的提高了整机的压缩效率。

作为可选地实施方式，所述空压机本体的壳体包含第一壳体、一级蜗壳和二级蜗壳，

所述第一壳体内设置有封闭的电机腔室，所述级间管路设置在所述第一壳体内；在所述电机腔室内设置有转轴、定子和转子，所述转轴可转动地安装于所述第一壳体内，所述定子与所述第一壳体连接，所述转子与所述转轴连接；

在所述转轴的一端设置有一级叶轮，在所述转轴的另一端设置有二级叶轮，所述一级蜗壳设置在所述一级叶轮一侧的所述第一壳体上，所述二级蜗壳设置在所述二级叶轮一侧的第一壳体上。

作为可选地实施方式，所述冷却器为水冷冷却器。

作为可选地实施方式，所述转轴通过超高速气浮轴承与所述第一壳体连接。

作为可选地实施方式，所述进气通道位于靠近所述二级压缩区的一侧。在二级压缩区的一侧的进气温度较低，较低的气源提高冷却效率，降低电机功耗。

作为可选地实施方式，所述出气通道设置在所述电机腔室的侧面底部。

作为可选地实施方式，所述出气通道包括设置在所述第一壳体上的排气孔以及设置在所述一级蜗壳上的通气孔，所述排气孔与所述通气孔相连通。

上述结构，循环利用冷却气源二次压缩，在冷却级间管靠近二级压缩区的一侧预留有进气通道，在靠近一级压缩区的一级蜗壳上设置有通气孔以及在第一壳体上设置有排气孔，通过出气通道将电机腔室与一级压缩区的吸气室相连通，通过进气通道将电机腔室与冷却级间管冷却后的冷却气源相连通，使得冷却气源能够循环利用，大大降低电机功耗，完成自循环冷却。

一种燃料电池***，包含如上所述的燃料电池离心空压机。

实施例1:

本实用新型提供的燃料电池离心空压机，包括第一壳体4，在第一壳体4 上设置有封闭结构的电机腔室8，在电机腔室8内设置有转轴3、定子5和转子 6，所述转轴3转动地安装于所述电机腔室8内，所述定子5与所述电机腔室8 连接，所述转子6与所述转轴3连接；

在所述转轴3的一端设置有一级叶轮2，在所述一级叶轮2一侧的所述第一壳体4上设置有一级蜗壳1，在所述转轴3的另一端设置有所述二级叶轮10，二级蜗壳11设置在所述二级叶轮10一侧的第一壳体4上；

在所述第一壳体4上还设置有级间管路7，所述级间管路7将一级压缩区和二级压缩区相连通，所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述级间管路7 引入所述二级压缩区。

在所述级间管路7与电机腔室8之间设置有进气通道9，在所述电机腔室 8与一级压缩区的吸气室之间设置有出气通道，所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述进气通道9进入电机腔室8并经所述出气通道排出至所述一级压缩区的吸气室中。

所述出气通道包括设置在所述第一壳体4上的排气孔12以及设置在所述一级蜗壳1上的通气孔13，所述排气孔12与所述通气孔13相连通。

进一步地，在所述第一壳体4上还设置有冷却器14，所述冷却器14包括入口15、出口16以及连通所述入口15与所述出口16的冷却通道17，所述冷却通道17设置在所述级间管路7与所述电机腔室8之间。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池离心空压机，其特征在于，包括空压机本体，在所述空压机本体的壳体内设置有将一级压缩区和二级压缩区相连通的级间管路；

在所述级间管路与电机腔室之间设置有进气通道，在所述电机腔室与一级压缩区的吸气室之间设置有出气通道；

所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述级间管路引入所述二级压缩区，且所述一级压缩区压缩后的高压气体能经所述进气通道进入电机腔室并经所述出气通道排出至所述一级压缩区的吸气室中。

2.根据权利要求1所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述空压机本体还包括冷却器，所述冷却器包括入口、出口以及连通所述入口与所述出口的冷却通道，所述冷却通道设置在所述级间管路与所述电机腔室之间。

3.根据权利要求2所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述冷却通道铸造在所述空压机本体的壳体上。

4.根据权利要求1-3任一所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述空压机本体的壳体包含第一壳体、一级蜗壳和二级蜗壳，

所述第一壳体内设置有封闭的电机腔室，所述级间管路设置在所述第一壳体内；在所述电机腔室内设置有转轴、定子和转子，所述转轴可转动地安装于所述第一壳体内，所述定子与所述第一壳体连接，所述转子与所述转轴连接；

在所述转轴的一端设置有一级叶轮，在所述转轴的另一端设置有二级叶轮，所述一级蜗壳设置在所述一级叶轮一侧的所述第一壳体上，所述二级蜗壳设置在所述二级叶轮一侧的第一壳体上。

5.根据权利要求2所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述冷却器为水冷冷却器。

6.根据权利要求4所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述转轴通过超高速气浮轴承与所述第一壳体连接。

7.根据权利要求1所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述进气通道位于靠近所述二级压缩区的一侧。

8.根据权利要求1所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述出气通道设置在所述电机腔室的侧面底部。

9.根据权利要求4所述的燃料电池离心空压机，其特征在于，所述出气通道包括设置在所述第一壳体上的排气孔以及设置在所述一级蜗壳上的通气孔，所述排气孔与所述通气孔相连通。

10.一种燃料电池***，其特征在于，包含如权利要求1-9任一所述的燃料电池离心空压机。

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