CN112648225A - 空气轴承冷却装置、空气压缩机和燃料电池系统 - Google Patents

空气轴承冷却装置、空气压缩机和燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气轴承冷却装置、空气压缩机和燃料电池系统，空气轴承冷却装置包括输送管道和冷却管道，其中，输送管道用于输送压缩空气，冷却管道的冷却进口端插入输送管道内，冷却管道的冷却出口端位于输送管道外，冷却出口端用于与空气轴承的冷却空气入口连通，冷却管道的管径小于所述输送管道的管径。上述空气轴承冷却装置中，输送管道内的压缩空气在冷却进口端的流速会降低，根据流体力学中的伯努利方程可知，输送管道内的压缩空气在冷却进口端的压力会升高，即会在冷却进口端处形成高压，由于冷却管道的冷却出口端处的压力不变，则增大了冷却管道的进出口压差，从而增大了冷却空气的流量，提高了冷却效果，延长了空气轴承的使用寿命。

Description

空气轴承冷却装置、空气压缩机和燃料电池系统
技术领域
本发明涉及空气轴承冷却技术领域，更具体地说，涉及一种空气轴承冷却装置、空气压缩机和燃料电池系统。
背景技术
空气轴承式空压机是一种采用空气轴承作为电机转子轴承的空压机，因其无油且噪音低等优点在燃料电池领域被广泛应用。在燃料电池领域中，空气轴承式空压机主要为燃料电池系统的电堆提供洁净空气。
为了保证空气轴承式空压机稳定工作，需要冷却空气轴承。目前，主要采用空气来冷却空气轴承，冷却空气主要从空气轴承式空压机的排气口直接取气或者自一级压缩后直接取气，冷却空气冷却空气轴承后进入燃料电池系统的尾排管中。
由于取气处的空气压力受限，且取气处到空气轴承的路径较长，导致冷却空气的压力较小，流量较小，使得冷却空气的冷却效果较差，导致空气轴承的使用寿命较短。
综上所述，如何冷却空气轴承，以增大冷却空气的流量，提高冷却效果，延长空气轴承的使用寿命，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气轴承冷却装置，以增大冷却空气的流量，提高冷却效果，延长空气轴承的使用寿命。本发明的另一目的是提供一种具有上述空气轴承冷却装置的空气压缩机、以及一种具有上述空气压缩机的燃料电池系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种空气轴承冷却装置，包括输送管道和冷却管道，其中，所述输送管道用于输送压缩空气，所述冷却管道的冷却进口端插入所述输送管道内，所述冷却管道的冷却出口端位于所述输送管道外，所述冷却出口端用于与空气轴承的冷却空气入口连通，所述冷却管道的管径小于所述输送管道的管径。
优选地，所述冷却进口端朝向所述输送管道的压缩空气出口。
优选地，所述冷却管道包括第一管段和第二管段，所述第一管段位于所述输送管道内，所述冷却进口端为所述第一管段的一端，所述冷却出口端为所述第二管段的一端，所述第一管段的另一端和所述第二管段的另一端连通，所述第一管段的轴线与所述输送管道的轴线平行、或所述第一管段和所述输送管道共轴线。
优选地，所述第一管段和所述第二管段垂直相连。
优选地，所述第一管段和所述第二管段为一体式结构。
优选地，所述输送管道和所述冷却管道为一体式结构。
优选地，所述空气轴承冷却装置还包括连接所述冷却管道和所述输送管道的加强筋，所述加强筋位于所述输送管道的外部和所述冷却管道的外部。
本发明提供的空气轴承冷却装置，由于冷却管道的冷却进口端插入输送管道内，且冷却管道的管径小于输送管道的管径，则输送管道内的压缩空气在冷却进口端的流速会降低，根据流体力学中的伯努利方程可知，输送管道内的压缩空气在冷却进口端的压力会升高，即会在冷却进口端处形成高压，由于冷却管道的冷却出口端处的压力不变，则增大了冷却管道的进出口压差，从而增大了冷却空气的流量，提高了冷却效果，延长了空气轴承的使用寿命。
基于上述提供的空气轴承冷却装置，本发明还提供了一种空气压缩机，该空气压缩机包括上述任一项所述的空气轴承冷却装置。
优选地，所述输送管道的压缩空气进口与所述空气压缩机的排气口连通，所述输送管道的压缩空气出口与电堆的压缩空气入口连通。
基于上述提供的空气压缩机，本发明还提供了一种燃料电池系统，燃料电池系统包括空气压缩机，所述空气压缩机为上述任一项所述的空气轴承冷却装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的空气轴承冷却装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的空气轴承冷却装置的俯视图；
图3为图2的A-A向剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明实施例提供的空气轴承冷却装置包括输送管道1和冷却管道2，其中，输送管道1用于输送压缩空气，冷却管道2的冷却进口端21插入输送管道1内，冷却管道2的冷却出口端22位于输送管道1外，冷却出口端22用于与空气轴承的冷却空气入口连通，冷却管道2的管径小于输送管道1的管径。
图3中，黑色实心箭头线表示冷却管道2中压缩空气的流向，即冷却空气的流向；黑色空心箭头线表示输送管道1中压缩空气的流向。
本发明实施例提供的空气轴承冷却装置，由于冷却管道2的冷却进口端21插入输送管道内，且冷却管道2的管径小于输送管道1的管径，则输送管道内的压缩空气在冷却进口端21的流速会降低，根据流体力学中的伯努利方程可知，输送管道内的压缩空气在冷却进口端21的压力会升高，即会在冷却进口端21处形成高压，由于冷却管道2的冷却出口端22处的压力不变，则增大了冷却管道2的进出口压差，从而增大了冷却空气的流量，提高了冷却效果，延长了空气轴承的使用寿命。
同时，上述实施例提供的空气轴承冷却装置，是在不改变空气压缩机的出口压力的前提下提高空气轴承的冷却空气入口处的压力，从而提高了空气轴承的冷却流量；在同等功率下，可降低空气压缩机的开发难度和成本；而且，上述空气轴承冷却装置结构紧凑，可直接布置在空气压缩机的排气口处，不占用多余的空间。
上述冷却管道2插入输送管道1内，则冷却管道2会影响输送管道1内压缩空气的流动。为了尽量减小影响，优选上述冷却管道2的冷却进口端21朝向输送管道1的压缩空气出口12。进一步地，上述冷却进口端21的轴线和压缩空气出口12的轴线平行或共线。
在实际应用过程中，也可选择上述冷却进口端21的轴线和压缩空气出口12的轴线相对倾斜，或者上述冷却管道2的冷却进口端21朝向输送管道1的压缩空气进口11，并不局限于上述实施例。
对于上述冷却管道2的具体结构和具体形状，根据实际需要进行选择。优选地，上述冷却管道2包括第一管段23和第二管段24，第一管段23位于输送管道1内，冷却进口端21为第一管段23的一端，冷却出口端22为第二管段24的一端，第一管段23的另一端和第二管段24的另一端连通。为了降低对压缩空气流动的影响，优选上述第一管段23的轴线与输送管道1的轴线平行、或第一管段23和输送管道1共轴线。
为了便于安装，上述第一管段23和第二管段24垂直相连。当然，也可选择上述第一管段23和第二管段24相对倾斜，并不局限于上述限定。
上述冷却管道2中，第一管段23和第二管段24可为两个单独的部件，也可为一体式结构。为了简化安装，优选上述第一管段23和第二管段24为一体式结构。
在实际应用过程中，也可通过其他方式来达到简化安装的目的。具体地，输送管道1和冷却管道2为一体式结构。
当然，也可选择输送管道1和冷却管道2为两个单独的管道，输送管道1和冷却管道2通过焊接固定连接且密封连接，或者输送管道1和冷却管道2通过其他方式固定且密封连接，本实施例对此不做限定。
在实际应用过程中，由于冷却管道2插入输送管道1内，则输送管道1和冷却管道2的连接处较为薄弱，为了提高稳定性，延长使用寿命，优选上述空气轴承冷却装置还包括连接冷却管道2和输送管道1的加强筋3，加强筋3位于输送管道1的外部和冷却管道2的外部。
对于上述加强筋3的具体形状和数目，根据实际需要进行选择。为了提高加强效果，优选上述加强筋3至少为两个且沿冷却管道2的周向均匀分布。
在实际应用过程中，当输送管道1和冷却管道2为一体式结构时，上述加强筋3的效果更为明显。
在实际应用过程中，压缩空气进口11和压缩空气出口12均可根据其对配的管路尺寸进行调整、冷却进口端21的端口和冷却出口端22的端口均可根据其对配的管路尺寸进行调整，本实施例对此不做限定。
基于上述实施例提供的空气轴承冷却装置，本实施例还提供了一种空气压缩机，该空气压缩机包括上述实施例所述的空气轴承冷却装置。
由于上述实施例提供的空气轴承冷却装置，上述空气压缩机包括上述空气轴承冷却装置，则上述空气压缩机也具有相应的技术效果，本文不再赘述。
上述空气压缩机中，上述输送管道1的压缩空气出口12与电堆的压缩空气入口连通。上述输送管道1的压缩空气进口11可与空气压缩机的排气口连通，也可与空气压缩机一级压缩后的排出口连通。为了便于安装，优选上述输送管道1的压缩空气进口11与空气压缩机的排气口连通。
基于上述实施例提供的空气压缩机，本实施例还提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括空气压缩机，该空气压缩机为上述实施例所述的空气压缩机。
由于上述实施例提供的空气压缩机，上述燃料电池系统包括上述空气压缩机，则上述燃料电池系统也具有相应的技术效果，本文不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种空气轴承冷却装置，其特征在于，包括输送管道(1)和冷却管道(2)，其中，所述输送管道(1)用于输送压缩空气，所述冷却管道(2)的冷却进口端(21)插入所述输送管道(1)内，所述冷却管道(2)的冷却出口端(22)位于所述输送管道(1)外，所述冷却出口端(22)用于与空气轴承的冷却空气入口连通，所述冷却管道(2)的管径小于所述输送管道(1)的管径。
2.根据权利要求1所述的空气轴承冷却装置，其特征在于，所述冷却进口端(21)朝向所述输送管道(1)的压缩空气出口(12)。
3.根据权利要求1所述的空气轴承冷却装置，其特征在于，所述冷却管道(2)包括第一管段(23)和第二管段(24)，所述第一管段(23)位于所述输送管道(1)内，所述冷却进口端(21)为所述第一管段(23)的一端，所述冷却出口端(22)为所述第二管段(24)的一端，所述第一管段(23)的另一端和所述第二管段(24)的另一端连通，所述第一管段(23)的轴线与所述输送管道(1)的轴线平行、或所述第一管段(23)和所述输送管道(1)共轴线。
4.根据权利要求3所述的空气轴承冷却装置，其特征在于，所述第一管段(23)和所述第二管段(24)垂直相连。
5.根据权利要求3所述的空气轴承冷却装置，其特征在于，所述第一管段(23)和所述第二管段(24)为一体式结构。
6.根据权利要求1所述的空气轴承冷却装置，其特征在于，所述输送管道(1)和所述冷却管道(2)为一体式结构。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的空气轴承冷却装置，其特征在于，还包括连接所述冷却管道(2)和所述输送管道(1)的加强筋(3)，所述加强筋(3)位于所述输送管道(1)的外部和所述冷却管道(2)的外部。
8.一种空气压缩机，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的空气轴承冷却装置。
9.根据权利要求8所述的空气压缩机，其特征在于，所述输送管道(1)的压缩空气进口(11)与所述空气压缩机的排气口连通，所述输送管道(1)的压缩空气出口(12)与电堆的压缩空气入口连通。
10.一种燃料电池系统，包括空气压缩机，其特征在于，所述空气压缩机为如权利要求8或9所述的空气压缩机。
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