CN112682338A - 一种用于燃料电池系统的空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池系统的空气压缩机，涉及空气压缩机技术领域。本发明包括第一壳体和转轴，第一壳体为一圆柱筒；转轴同轴转动安装在第一壳体内；转轴的两端均设有进风组件，转轴的中部安装有离心组件；第一壳体与离心组件相对处开设有出风口；出风口与一排风管相连；进风组件用于驱动空气流向离心组件；离心组件用于将空气经出风口排入到排风管中。本发明通过在转轴的两端设置进风组件，中部设置离心组件，在壳体与离心组件相对处开设出风口，进风组件使外界的空气从转轴的两端流向离心组件，在离心组件的作用下进入排风管中给氢燃料电池供气，能够在相对较低的转速下满足氢燃料电池的所需的气体。

Description

一种用于燃料电池系统的空气压缩机

技术领域

本发明属于空气压缩机技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池系统的空气压缩机。

背景技术

用于燃料电池系统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，应用于燃料电池系统的空气压缩机需要不间断地供应大量的空气，这就需要应用于燃料电池系统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。如此高的转速就对支撑其的轴承有较高的要求，普通的轴承无法满足要求。如何在相对较低的转速下实现空气压缩机的供气要求，是目前本领域亟待解决的问题之一。

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空气压缩机，通过在转轴的两端设置进风组件，中部设置离心组件，在壳体与离心组件相对处开设出风口，进风组件使外界的空气从转轴的两端流向离心组件，在离心组件的作用下进入排风管中给氢燃料电池供气，解决了现有的氢燃料电池汽车的空气压缩机需要在很高的转速下才能满足供气，普通的轴承无法满足支撑的问题。

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空气压缩机，包括第一壳体和转轴，所述第一壳体为一圆柱筒；所述转轴转动安装在所述第一壳体内，且所述转轴的轴线与所述第一壳体的轴线重合；所述转轴的两端均设有进风组件，所述转轴的中部安装有离心组件；所述第一壳体与所述离心组件相对处开设有出风口；所述出风口与一排风管相连；所述进风组件用于驱动空气流向所述离心组件；所述离心组件用于将空气经所述出风口排入到排风管中。

进一步地，所述进风组件为多个；多个所述进风组件沿所述转轴的轴线方向等间距设置。

进一步地，所述进风组件包括多个轴流叶片；多个所述轴流叶片沿所述转轴的周侧方向均匀分布。

进一步地，所述离心组件包括转盘；所述转盘同轴安装在所述转轴的中部；所述转盘的两侧均设有多个离心叶片；所述离心叶片远离所述转盘的一侧连接有引风罩；所述引风罩上开设有锥形孔；所述锥形孔的中心线与所述转轴的轴线重合；所述锥形孔的孔径沿远离所述转盘的方向逐渐增大。

进一步地，位于所述转盘同一侧的两所述离心叶片与所述转盘、对应侧的所述引风罩之间组成压缩腔；所述压缩腔与对应侧的所述引风罩的锥形孔连通。

进一步地，所述出风口沿所述第一壳体的周侧方向设置；所述第一壳体的外周沿周侧方向设有第二壳体；所述第二壳体与所述第一壳体之间形成一腔体；所述腔体位于所述出风口的正上方且与所述出风口连通；第二壳体上设有与所述腔体连通的开口；所述开口与所述排风管连通。

进一步地，所述第二壳体为一圆环形；所述排风管与所述第二壳体的径向方向垂直。

进一步地，所述第一壳体的两端固定安装有支撑环；所述转轴的两端穿过所述支撑环且与所述支撑环转动连接。

进一步地，所述转轴的一端延伸出所述第一壳体与一驱动装置相连。

进一步地，所述转轴靠近所述驱动装置的一端套设有一导流罩；所述导流罩与对应侧的所述支撑环固定连接；所述导流罩为喇叭状；所述导流罩的喇叭口朝向所述驱动装置。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在转轴的两端设置进风组件，中部设置离心组件，在壳体与离心组件相对处开设出风口，进风组件使外界的空气从转轴的两端流向离心组件，位于离心组件处的空气在离心组件的带动下旋转，在旋转的过程中，空气在离心力的作用下向外运动，由于离心组件的转速较快，空气被压向周侧，同时在中心处形成低压区，在压差的作用下，外部的空气流向低压区，从而实现空气的压缩。同时，由于设置了进风组件，利用进风组件能够使更多的空气进入到该低压区，使得进风量较大。另一方面，进风组件的设置，使得减小离心组件中心与内周侧的空气压力差缩小，又有利于利用离心组件对其内的空气进行压缩。从而使得本发明在8000-9000rpm的转速下就能够满足氢燃料电池对于空气的需求。

2、本发明通过在转轴的两端设置轴流叶片，位于转轴两端的轴流叶片能够相互抵消转动时对转轴所产生的轴向力，不需要额外设置止推装置或平衡装置。

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空气压缩机的第一壳体与支撑环、第二壳体的安装结构示意图；

图2为本发明用于燃料电池系统的空气压缩机的转轴与进风组件、离心组件的安装结构示意图；

图3为本发明用于燃料电池系统的空气压缩机的结构示意图；

图4为本发明用于燃料电池系统的空气压缩机的主视图；

图5为图4中A-A的剖视图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-第一壳体，2-转轴，3-进风组件，4-离心组件，101-出风口，5-排风管，301-轴流叶片，401-转盘，402-离心叶片，403-引风罩，403a-锥形孔，6-压缩腔，7-第二壳体，8-腔体，9-支撑环，10-导流罩。

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“一端”、“周侧方向”、“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1-5所示，本发明为一种用于燃料电池系统的空气压缩机，第一壳体1和转轴2，第一壳体1为一圆柱筒；转轴2转动安装在第一壳体1内，且转轴2的轴线与第一壳体1的轴线重合；第一壳体1的两端固定安装有支撑环9；转轴2的两端穿过支撑环9且与支撑环9转动连接；转轴2的两端均设有进风组件3，转轴2的中部安装有离心组件4；转轴2的一端延伸出第一壳体1与一驱动装置相连，具体实施时，驱动装置可为电机，驱动装置与转轴2连接，转轴2在驱动装置的作用下转动，第一壳体1与离心组件4相对处开设有出风口101；出风口101与一排风管5相连；进风组件3用于驱动空气流向离心组件4；离心组件4用于将空气经出风口101排入到排风管5中。

具体工作过程描述：驱动装置带动转轴2转动，进风组件3随转轴2一起转动驱动外界的空气向离心组件4流动，在离心组件4的作用下使空气发生旋转形成涡流，离心组件4的高速转动使得空气在随之转动的过程中产生离心力，空气在离心力的作用下向周外移动，从而使离心组件中心及周侧处形成压力差，实现将空气压缩到出风口处。空气经出风口101排入到排风管5中，经过排风管5给氢燃料电池供气。整个供气过程中转轴2的转速相对较低，普通的轴承就能够满足支撑要求，转轴2的两端设置进风组件3能够有效的防止转轴2因轴向力的作用需要另外设置止推装置或平衡装置。

使用时，在离心组件4的两侧分别设置的进风组件3，能够使得第一壳体1两端开口处的空气进入到离心组件4处，如此，利用进风组件3能够将空气压缩到离心组件4处，从而完成第一次压缩。与此同时，两进风组件3以相反的方向进风，能够使两进风组件3的轴向力相互抵消，从而不需要设置止推轴承或平衡装置。如此，一方面能够减小止推轴承产生的阻力，另一方面，能够避免因增加平衡装置而产生的质量增加，有利于提高空气压缩机的使用效率。当空气被压缩到离心组件4的中部后，由于离心组件4的转动能够将离心组件4中部的空气压缩到周侧，从而完成第二次压缩，由于离心组件4中部的空气已经经过第一次压缩，压力较大，再经过离心组件4的第二次压缩，能够大大提高空气压缩机压缩效果。

优选的，进风组件3为六个；每三个进风组件3为一组设置在转轴2的两端，每一组中的进风组件3等间距设置。其中，每个进风组件3包括六个轴流叶片301；六个轴流叶片301沿转轴2的周侧方向均匀分布。通过在转轴2的两端均设置三个，能够对进入第一壳体1内的空气进行逐渐的压缩。具体地，轴流叶片301均倾斜设置，位于所述离心组件4同一侧的轴流叶片301向同一方向倾斜，且位于所述离心组件4两侧的轴流叶片301倾斜方向相反。如此，能够保证所述转轴2向同一方向转动时，两侧的轴流叶片301均驱动空气朝向离心组件4流动以实现压缩。

优选的，离心组件4包括转盘401；转盘401同轴固定安装在转轴2的中部；转盘401的两侧均设有多个离心叶片402，离心叶片402在随转轴2转动的过程中带动从转轴2流入到离心组件4处的气体旋转。通过设置转盘401能够有效的防止从转轴2两端流入的气流相互干扰；离心叶片402远离转盘401的一侧连接有引风罩403；引风罩403上开设有锥形孔403a；锥形孔403a的中心线与转轴2的轴线重合；锥形孔403a的孔径沿远离转盘401的方向逐渐增大。如此设计能够当经进风组件3的作用流向转盘401的空气在遇到引风罩403时，能够在引风罩403的锥形孔403a进一步进行压缩。当然也可以将引风罩403与第一壳体1的内壁固定连接；引风罩403与离心叶片402之间有一定的间距。此外，通过设置引用罩403，能够将经进风组件3压缩的空气进入到离心组件一侧的中部，从而提高离心组件4中部压力，有利于进一步通过离心组件4提高压缩效果。

其中，位于转盘401同一侧的两相邻离心叶片402与转盘401、对应侧的引风罩403之间组成压缩腔6，即所述转盘401与同一侧的引风罩403之间的空间被相邻两离心叶402片分隔成多个压缩腔6；压缩腔6与对应侧的引风罩403的锥形孔403a连通。通过压缩腔6能够再进一步对进入的空气进行压缩，提高空气的压缩程度。具体工作时，空气在进风组件3的轴流叶片301的作用下从转轴2的两端向转盘401移动，空气在移动的过程逐渐被压缩，当到达引风罩403的锥形孔403a时被进一步压缩，压缩后的空气随着离心叶片402的转动进入到压缩腔6中做更进一步的压缩，此时压缩后的空气在离心力的作用下被甩向出风口101，经出风口101进入到排风管5中。

优选的，出风口101沿第一壳体1的周侧方向设置；第一壳体1的外周沿周侧方向设有第二壳体7；第二壳体7与第一壳体1之间形成一腔体8；腔体8位于出风口101的正上方且与出风口101连通；第二壳体7上设有与腔体8连通的开口；开口与排风管5连通。

优选的，第二壳体7为一圆环形；排风管5与第二壳体7的径向方向垂直。排风管5的出口方向与离心叶片402的外端运动到所述开口处时的速度方向一致。如此，能够使进入到腔体8内的压缩气体，更顺畅的进入到排风管5中。

优选的，转轴2靠近驱动装置的一端套设有一导流罩10；导流罩10与对应侧的支撑环9固定连接；导流罩10为喇叭状；导流罩10的喇叭口朝向驱动装置。如此，能够避免驱动装置上的润滑油、杂质等进入到第一壳体1内。具体地，所述防罩10的外侧面与所述第一壳体1的端口之间形成进风道，使得进风道的开口沿周侧相外的环形口，如此，能够使空气顺利经进风道进入到第一壳体1内。

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 (10)

1.一种用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，包括第一壳体(1)和转轴(2)，所述第一壳体(1)为一圆柱筒；所述转轴(2)转动安装在所述第一壳体(1)内，且所述转轴(2)的轴线与所述第一壳体(1)的轴线重合；所述转轴(2)的两端均设有进风组件(3)，所述转轴(2)的中部安装有离心组件(4)；所述第一壳体(1)与所述离心组件(4)相对处开设有出风口(101)；所述出风口(101)与一排风管(5)相连；所述进风组件(3)用于驱动空气流向所述离心组件(4)；所述离心组件(4)用于将空气经所述出风口(101)排入到排风管(5)中。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述进风组件(3)为多个；多个所述进风组件(3)沿所述转轴(2)的轴线方向等间距设置。

3.根据权利要求2所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述进风组件(3)包括多个轴流叶片(301)；多个所述轴流叶片(301)沿所述转轴(2)的周侧方向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述离心组件(4)包括转盘(401)；所述转盘(401)同轴安装在所述转轴(2)的中部；所述转盘(401)的两侧均设有多个离心叶片(402)；所述离心叶片(402)远离所述转盘(401)的一侧连接有引风罩(403)；所述引风罩(403)上开设有锥形孔(403a)；所述锥形孔(403a)的中心线与所述转轴(2)的轴线重合；所述锥形孔(403a)的孔径沿远离所述转盘(401)的方向逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，位于所述转盘(401)同一侧的两相邻所述离心叶片(402)与所述转盘(401)、对应侧的所述引风罩(403)之间组成压缩腔(6)；所述压缩腔(6)与对应侧的所述引风罩(403)的锥形孔(403a)连通。

6.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述出风口(101)沿所述第一壳体(1)的周侧方向设置；所述第一壳体(1)的外周沿周侧方向设有第二壳体(7)；所述第二壳体(7)与所述第一壳体(1)之间形成一腔体(8)；所述腔体(8)位于所述出风口(101)的正上方且与所述出风口(101)连通；所述第二壳体(7)上设有与所述腔体(8)连通的开口；所述开口与所述排风管(5)连通。

7.根据权利要求6所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述第二壳体(7)为一圆环形；所述排风管(5)与所述第二壳体(7)的径向方向垂直。

8.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述第一壳体(1)的两端固定安装有支撑环(9)；所述转轴(2)的两端穿过所述支撑环(9)且与所述支撑环(9)转动连接。

9.根据权利要求8所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述转轴(2)的一端延伸出所述第一壳体(1)与一驱动装置相连。

10.根据权利要求9所述的用于燃料电池系统的空气压缩机，其特征在于，所述转轴(2)靠近所述驱动装置的一端套设有一导流罩(10)；所述导流罩(10)与对应侧的所述支撑环(9)固定连接；所述导流罩(10)为喇叭状；所述导流罩(10)的喇叭口朝向所述驱动装置。

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