CN112682336B - 一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，涉及燃料电池汽车技术领域。本发明包括支撑环，支撑环通过若干支撑杆固定安装在壳体的内壁上；支撑环的内部设有空腔；支撑环靠近转轴的内环上开设有第一出气孔、第二出气孔和第三出气孔；至少一支撑杆沿其长度方向开设有第一进气通道；第一进气通道的一端与空腔连通，另一端与沿壳体轴线方向开设的第二进气通道连通；第二进气通道与排气口连通。本发明通过将被空气压缩机压缩后的空气一部分引入到支撑转轴的支撑环上，在支撑环与转轴之间形成空气膜，使转轴转动的过程中不与支撑环接触，能够有效的减小转轴与支撑环之间的摩擦力，提高转轴的转速、减小支撑件的磨损。

Description

一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机

技术领域

本发明属于燃料电池汽车技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机。

背景技术

用于氢燃料电池汽车的空气压缩机技术是氢燃料电池汽车应用于实际的重要技术之一，相比于应用在空调上的普通空气压缩机，应用于氢燃料电池汽车的空气压缩机需要不间断地供应大量的空气，这就需要应用于氢燃料电池汽车的空气压缩机的转速比空调上的普通空气压缩机快几倍乃至几十倍，普通的空气压缩机转速在3000-5000转每分钟，而应用于氢燃料电池汽车上的空气压缩机的转速高达3万转以上每分钟。如此高的转速对旋转支撑件的磨损也大，容易造成旋转支撑件损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，通过将被空气压缩机压缩后的空气一部分引入到支撑转轴的支撑环上，在支撑环与转轴之间形成空气膜，使转轴转动的过程中不与支撑环接触，能够有效的减小转轴与支撑环之间的摩擦力，提高转轴的转速、减小支撑件的磨损。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，包括壳体，所述壳体为两端开口的圆筒；所述壳体的中部开设有排气口；所述排气口与一排气管相连通；

转轴，所述转轴转动安装在所述壳体内，且所述转轴的轴线与所述壳体的中心线重合；所述转轴位于所述壳体内的两端安装有进气组件，所述转轴与所述排气口相对处安装有离心组件；所述进气组件用于将外界的空气引入到所述壳体内；所述离心组件用于对进入所述壳体内的空气进行压缩，并使压缩的空气从排气口中排入到排气管中；

支撑环，所述支撑环为两个；两所述支撑环分别固定安装在所述壳体的两端用于对所述转轴进行支撑；所述支撑环通过若干支撑杆固定安装在所述壳体的内壁上；所述支撑环的内部设有空腔；所述支撑环靠近所述转轴的内环上开设有第一出气孔、第二出气孔和第三出气孔；所述第一出气孔位于所述转轴的正下方；所述第二出气孔为两个；两所述第二出气孔对称设置在所述第一出气孔的两侧且分别位于转轴的左下方和右下方；所述第三出气孔为两个；两所述第三出气孔对称设置在所述第一出气孔的两侧且分别位于转轴的左上方和右上方；至少一所述支撑杆沿其长度方向开设有第一进气通道；所述第一进气通道的一端与所述空腔连通，另一端与沿所述壳体轴线方向开设的第二进气通道连通；所述第二进气通道与所述排气口连通；

还包括与燃料电池的排水管连接的水管，所述水管的另一端连接有喷头，所述喷头用于将水喷洒在所述壳体的外周上。

进一步地，所述第一出气孔、第二出气孔、第三出气孔的孔径依次减小。

进一步地，还包括一储压罐；所述储压罐通过第一导气管和第二导气管分别与位于所述排气口两侧的所述第二进气通道连通；所述第一导气管、所述第二导气管与所述第二进气通道连接处均设有第一阀门。

进一步地，所述第一导气管内安装有第二阀门；所述第二导气管内安装有第三阀门。

进一步地，所述储压罐通过一第三导气管与所述排气管连通；所述第三导气管上安装有电磁阀。

进一步地，所述第一阀门包括活塞、活塞杆和复位弹簧；所述壳体的外壁上开设有与所述第二进气通道连通的开孔；所述开孔的外部连接一连接筒；所述连接筒远离所述壳体的一侧设有端盖；所述活塞滑动密封安装在所述开孔内，且与所述第二进气通道密封配合；所述活塞杆固定安装在所述活塞的一侧；所述活塞杆的一端贯穿所述端盖，且与所述端盖滑动配合；所述复位弹簧套设在所述活塞杆上；所述复位弹簧的一端抵靠在端盖上，另一端抵靠在所述活塞上；所述活塞上具有施压面；所述施压面在受到从所述排气口进入第二进气通道的高压气体挤压时推动活塞向连接筒内移动。

进一步地，所述活塞杆沿其长度方向开设有第三进气通道；所述活塞内开设有第四进气通道；所述第四进气通道的入口与所述第三进气通道连通；所述第四进气通道的出口朝向所述第二进气通道远离所述排气口的方向。

进一步地，所述活塞的周侧开设有第一凹槽，所述第一凹槽内安装有第一密封圈；所述端盖与所述活塞杆的接触面上沿所述活塞杆的周侧方向开设有第二凹槽；所述第二凹槽内设有第二密封圈。

进一步地，所述端盖远离所述壳体的一侧固定有一安装筒；所述安装筒与所述开孔同轴设置，且所述安装筒的内直径大于所述开孔的直径；所述第一导气管的一端与所述安装筒密封连接。

进一步地，所述安装筒的内壁上设有内螺纹；所述第一导气管的外壁上设有与所述内螺纹配合的外螺纹。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过第二进气通道、第一进气通道将压缩机压缩的高压空气引入一部分到支撑环内的空腔内；进入空腔内的高压空气从第一出气孔、第二出气孔和第三出气孔排出，在转轴与支撑环之间形成空气膜使转轴转动的过程中不与支撑环接触，能够有效的减小转轴与支撑环之间的摩擦力，提高转轴的转速。

2、本发明通过设置储压罐，能够在空气压缩机启动前先开启储压罐，使储压罐内的高压气体进入到支撑环的空腔内，在经第一出气孔、第二出气孔和第三出气孔排出，在转轴与支撑环之间形成空气膜使转轴不与支撑环接触，能够有效的减小空气压缩机启动时转轴与支撑环的摩擦，使空气压缩机更快的启动，同时也提高支撑环的使用寿命。

3、通过将氢氧燃料电池产生的水喷洒在空气压缩机壳体的外周上，利用水蒸发吸热的原理，能够实现对于空气压缩机的快速降温。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明用于燃料电池系统的离心式空气压缩机的结构示意图；

图2为本发明中转轴与离心组件、进气组件的安装结构示意图；

图3为第一阀门与壳体的安装结构示意图；

图4为壳体与支撑环的安装结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-壳体，101-排气口，102-第二进气通道，2-转轴，3-轴流叶片，4-支撑环，401-第一出气孔，402-第二出气孔，403-第三出气孔，5-空腔，6-支撑杆，7-储压罐，8-第一导气管，9-第一阀门，10-第三导气管，11-排气管，12-第二导气管，601-第一进气通道，13-第二阀门，14-第三阀门，901-活塞，902-活塞杆，903-复位弹簧，15-圆形隔板，16-引风罩，17-压缩腔，19-连接筒，20-端盖，21-安装筒，22-离心叶片，9011-施压面，9021-第三进气通道，9012-第四进气通道，23-第一密封圈，24-第二密封圈。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“周侧方向”、“轴线方向”、“两端”、“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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发明的限制。

请参阅图1-4所示，本发明为一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，包括：壳体1，所述壳体1为两端开口的圆筒；所述壳体1的中部开设有排气口101；所述排气口101与一排气管11相连通；

转轴2，所述转轴2转动安装在所述壳体1内，且所述转轴2的轴线与所述壳体1的中心线重合；所述转轴2位于所述壳体1内的两端安装有进气组件，所述转轴2与所述排气口101相对处安装有离心组件；所述进气组件用于将外界的空气引入到所述壳体1内；所述离心组件用于对进入所述壳体1内的空气进行压缩，并使压缩的空气从排气口101中排入到排气管11中；具体的，所述进风组件有六个；每三个为一组；两组分别固定安装在所述转轴2的两端；所述进风组件沿所述转轴2的轴线方向等间距设置；每个所述进风组件包括六个轴流叶片3；六个所述轴流叶片3沿所述转轴2的周侧方向均匀分布。所述离心组件包括圆形隔板15；所述圆形隔板15同轴固定安装在所述转轴2的中部即圆形隔板15的中心线与转轴2的中心线重合，圆形隔板15固定安装在转轴2位于壳体1内的中间位置；所述圆形隔板15的两侧均设有多个离心叶片22；所述壳体1内固定安装有引风罩16；所述引风罩16为两个；两所述引风罩16分别位于所述圆形隔板15的两侧；所述引风罩16上开设有锥形孔1601；所述锥形孔1601的中心线与所述转轴2的轴线重合；所述锥形孔1601的孔径沿远离所述圆形隔板15的方向逐渐增大。如此设计能够当经进风组件的作用流向圆形隔板15的空气在遇到引风罩16时，能够在引风罩16的锥形孔1601进一步进行压缩；圆形隔板15与对应侧的引风罩16之间形成压缩腔17；压缩腔17与对应侧的引风罩16的锥形孔1601连通；通过设置圆形隔板15能够有效的防止从转轴2两端流入的气流相互干扰，更容易使气体进入到压缩腔17内，另外因圆形隔板15的两侧都等间距安装有相同数量的进风组件，能够使从壳体1两端进入壳体内流向圆形隔板15的空气量相同；因圆形隔板15的两侧均为高压气体，当圆形隔板15不在壳体1的轴向中间位置时，圆形隔板15的两侧会产生压力差，在压力差的作用下，圆形隔板15会重新调整到壳体1的轴向中间位置，从而不需要对转轴2进行轴向限位。

支撑环4，所述支撑环4为两个；两所述支撑环4分别固定安装在所述壳体1的两端用于对所述转轴2进行支撑；所述支撑环4通过若干支撑杆6固定安装在所述壳体1的内壁上；所述支撑环4的内部设有空腔5；所述支撑环4靠近所述转轴2的内环上开设有第一出气孔401、第二出气孔402和第三出气孔403；所述第一出气孔401位于所述转轴2的正下方；所述第二出气孔402为两个；两所述第二出气孔402对称设置在所述第一出气孔401的两侧且分别位于转轴2的左下方和右下方；所述第三出气孔403为两个；两所述第三出气孔403对称设置在所述第一出气孔401的两侧且分别位于转轴2的左上方和右上方；至少一所述支撑杆6沿其长度方向开设有第一进气通道601；所述第一进气通道601的一端与所述空腔5连通，另一端与沿所述壳体1轴线方向开设的第二进气通道102连通；所述第二进气通道102与所述排气口101连通。具体实施时，转轴2的一端延伸出壳体1与一电机的输出轴传动连接；电机通电后带动转轴2转动，转轴2转动带动进风组件、离心组件同步转动，进风组件将外界的空气沿着转轴2的轴向方向引入壳体1内，进入壳体1内的空气经离心组件压缩后一部分经排气口101进入排气管11，经排气管11流入氢-氧燃料电池，还有较小量的一部分经排气管11进入到第二进气通道102，经第二进气通道102依次进入第一进气通道601、空腔5。进入空腔5的高压气体经第一出气孔401、第二出气孔402、第三出气孔403排出；在静止状态下，由于支撑环4与转轴2之间的间隙沿从上到下的方向是逐渐变小的，气体流出的阻力大于上部气体的阻力，从而使得下部间隙的气体压力大于上部间隙，从而产生压力差，以驱动转轴2微微抬起，在下部间隙内形成空气膜从而使转轴2的最底部不再与支撑环4接触；有效的减小了转轴2转动的过程中与支撑环4的摩擦力。还包括与燃料电池的排水管连接的水管，所述水管的另一端连接有喷头，所述喷头用于将水喷洒在所述壳体1的外周上。如此，有利于对空气压缩机进行快速降温。

优选的，所述第一出气孔401、第二出气孔402、第三出气孔403的孔径依次减小。

优选的，还包括一储压罐7；所述储压罐7通过第一导气管8和第二导气管12分别与位于所述排气口101两侧的所述第二进气通道102连通；所述第一导气管8、所述第二导气管12与所述第二进气通道102连接处均设有第一阀门9。通过设置储压罐7在其中事先存储高压气体，能够在转轴2转动开始前，先通过储压罐7对空腔5内供应高压气体，使支撑环4与转轴2之间形成空气膜，如此能够有效的减小压缩机启动时转轴2与支撑环4之间的摩擦，使压缩机更快的启动，也能够减小压缩机启动时对支撑环4的磨损。当压缩机启动后，利用压缩机压缩的空气向空腔5内供气，不在使用储压罐7对空腔5供气。

其中，所述第一导气管8内安装有第二阀门13；所述第二导气管12内安装有第三阀门14。

优选的，所述储压罐7通过一第三导气管10与所述排气管11连通；所述第三导气管10上安装有电磁阀。如此，能够在储压罐7内的高压气体量不足时引入空气压缩机压缩的高压气体进入储压罐7内进行存储，以备空气压缩机刚启动时向空腔5内供气。

优选的，所述第一阀门9包括活塞901、活塞杆902和复位弹簧903；所述壳体1的外壁上开设有与所述第二进气通道102连通的开孔；所述开孔的外部连接一连接筒19；所述连接筒19远离所述壳体1的一侧设有端盖20；所述活塞901滑动密封安装在所述开孔内，且与所述第二进气通道102密封配合；所述活塞杆902固定安装在所述活塞901的一侧；所述活塞杆902的一端贯穿所述端盖20，且与所述端盖20滑动配合；所述复位弹簧903套设在所述活塞杆902上；所述复位弹簧903的一端抵靠在端盖20上，另一端抵靠在所述活塞901上；所述活塞901上具有施压面9011；所述施压面9011在受到从所述排气口101进入第二进气通道102的高压气体挤压时推动活塞901向连接筒19内移动。

其中，所述活塞杆902沿其长度方向开设有第三进气通道9021；所述活塞901内开设有第四进气通道9012；所述第四进气通道9012的入口与所述第三进气通道9021连通；所述第四进气通道9012的出口朝向所述第二进气通道102远离所述排气口101的方向。具体实施时，在空气压缩机启动前，转轴2没有转动，壳体1外部的空气无法进入到壳体1内压缩并经排气口101流入第二进气通道102，此时活塞901不会受到来自排气口101方向的气体压力，在复位弹簧903的作用下活塞901与第二进气通道102密封配合；此时打开第二阀门13、第三阀门14，储压罐7内的高压气体分别经第一导气管8、第二导气管12进入到支撑环4内的空腔5内，进入空腔5的气体经第一出气孔401、第二出气孔402、第三出气孔403排出时，在转轴2的上下形成压力差将转轴2微微抬起，在转轴2的下部与支撑环4之间形成空气膜，使转轴2与支撑环4不接触，能够有效的避免空气压缩机启动时转轴2与支撑环4产生摩擦，减小转轴2受到的阻力，使压缩机能够更快速的启动，也能减小支撑环4的磨损，提高支撑环4的使用寿命。

其中，所述活塞901的周侧开设有第一凹槽，所述第一凹槽内安装有第一密封圈23；所述端盖20与所述活塞杆902的接触面上沿所述活塞杆902的周侧方向开设有第二凹槽；所述第二凹槽内设有第二密封圈24。

其中，所述端盖20远离所述壳体1的一侧固定有一安装筒21；所述安装筒21与所述开孔同轴设置，且所述安装筒21的内直径大于所述开孔的直径；所述第一导气管8的一端与所述安装筒21密封连接。通过设置安装筒21能够避免将第一导气管8与活塞杆902连接，当活塞901发生移动时带动第一导气管8移动。

优选的，所述安装筒21的内壁上设有内螺纹；所述第一导气管8的外壁上设有与所述内螺纹配合的外螺纹。如此，第一导气管8与安装筒21螺纹连接便于第一导气管8的安装和拆卸。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，包括：壳体（1），所述壳体（1）为两端开口的圆筒；所述壳体（1）的中部开设有排气口（101）；所述排气口（101）与一排气管（11）相连通；

转轴（2），所述转轴（2）转动安装在所述壳体（1）内，且所述转轴（2）的轴线与所述壳体（1）的中心线重合；所述转轴（2）位于所述壳体（1）内的两端安装有进气组件，所述转轴（2）与所述排气口（101）相对处安装有离心组件；所述进气组件用于将外界的空气引入到所述壳体（1）内；所述离心组件用于对进入所述壳体（1）内的空气进行压缩，并使压缩的空气从排气口（101）中排入到排气管（11）中；

支撑环（4），所述支撑环（4）为两个；两所述支撑环（4）分别固定安装在所述壳体（1）的两端用于对所述转轴（2）进行支撑；所述支撑环（4）通过若干支撑杆（6）固定安装在所述壳体（1）的内壁上；所述支撑环（4）的内部设有空腔（5）；所述支撑环（4）靠近所述转轴（2）的内环上开设有第一出气孔（401）、第二出气孔（402）和第三出气孔（403）；所述第一出气孔（401）位于所述转轴（2）的正下方；所述第二出气孔（402）为两个；两所述第二出气孔（402）对称设置在所述第一出气孔（401）的两侧且分别位于转轴（2）的左下方和右下方；所述第三出气孔（403）为两个；两所述第三出气孔（403）对称设置在所述第一出气孔（401）的两侧且分别位于转轴（2）的左上方和右上方；至少一所述支撑杆（6）沿其长度方向开设有第一进气通道（601）；所述第一进气通道（601）的一端与所述空腔（5）连通，另一端与沿所述壳体（1）轴线方向开设的第二进气通道（102）连通；所述第二进气通道（102）与所述排气口（101）连通；

还包括一储压罐（7）；所述储压罐（7）通过第一导气管（8）和第二导气管（12）分别与位于所述排气口（101）两侧的所述第二进气通道（102）连通；所述第一导气管（8）、所述第二导气管（12）与所述第二进气通道（102）连接处均设有第一阀门（9）；

在所述转轴（2）转动开始前，先通过所述储压罐（7）对所述空腔（5）内供应高压气体，使所述支撑环（4）与所述转轴（2）之间形成空气膜；

还包括与燃料电池的排水管连接的水管，所述水管的另一端连接有喷头，所述喷头用于将水喷洒在所述壳体（1）的外周上；

所述第一阀门（9）包括活塞（901）、活塞杆（902）和复位弹簧（903）；所述壳体（1）的外壁上开设有与所述第二进气通道（102）连通的开孔；所述开孔的外部连接一连接筒（19）；所述连接筒（19）远离所述壳体（1）的一侧设有端盖（20）；所述活塞（901）滑动密封安装在所述开孔内，且与所述第二进气通道（102）密封配合；所述活塞杆（902）固定安装在所述活塞（901）的一侧；所述活塞杆（902）的一端贯穿所述端盖（20），且与所述端盖（20）滑动配合；所述复位弹簧（903）套设在所述活塞杆（902）上；所述复位弹簧（903）的一端抵靠在端盖（20）上，另一端抵靠在所述活塞（901）上；所述活塞（901）上具有施压面（9011）；所述施压面（9011）在受到从所述排气口（101）进入第二进气通道（102）的高压气体挤压时推动活塞（901）向连接筒（19）内移动；

所述离心组件包括圆形隔板（15）；所述圆形隔板（15）同轴固定安装在所述转轴（2）的中部，所述圆形隔板（15）固定安装在所述转轴（2）位于所述壳体（1）内的中间位置；所述圆形隔板（15）的两侧均设有多个离心叶片（22）；所述壳体（1）内固定安装有引风罩（16）；所述引风罩（16）为两个；两所述引风罩（16）分别位于所述圆形隔板（15）的两侧；所述引风罩(16)上开设有锥形孔(1601)；所述锥形孔(1601)的中心线与所述转轴(2)的轴线重合；所述锥形孔(1601)的孔径沿远离所述圆形隔板(15)的方向逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，所述第一出气孔（401）、第二出气孔（402）和第三出气孔（403）的孔径依次减小。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，所述第一导气管（8）内安装有第二阀门（13）；所述第二导气管（12）内安装有第三阀门（14）。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，所述储压罐（7）通过一第三导气管（10）与所述排气管（11）连通；所述第三导气管（10）上安装有电磁阀。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，所述活塞杆（902）沿其长度方向开设有第三进气通道（9021）；所述活塞（901）内开设有第四进气通道（9012）；所述第四进气通道（9012）的入口与所述第三进气通道（9021）连通；所述第四进气通道（9012）的出口朝向所述第二进气通道（102）远离所述排气口（101）的方向。

6.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，所述活塞（901）的周侧开设有第一凹槽，所述第一凹槽内安装有第一密封圈（23）；所述端盖（20）与所述活塞杆（902）的接触面上沿所述活塞杆（902）的周侧方向开设有第二凹槽；所述第二凹槽内设有第二密封圈（24）。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，所述端盖（20）远离所述壳体（1）的一侧固定有一安装筒（21）；所述安装筒（21）与所述开孔同轴设置，且所述安装筒（21）的内直径大于所述开孔的直径；所述第一导气管（8）的一端与所述安装筒（21）密封连接。

8.根据权利要求7所述的用于燃料电池系统的离心式空气压缩机，其特征在于，所述安装筒（21）的内壁上设有内螺纹；所述第一导气管（8）的外壁上设有与所述内螺纹配合的外螺纹。

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