CN112943642A - 应用闭环冷却的空压机壳体及空压机 - Google Patents

应用闭环冷却的空压机壳体及空压机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用闭环冷却的空压机壳体及空压机，属于燃料电池空气压缩机技术领域，空压机壳体包括内部设有气路的机体外壳，机体外壳尾部设有与其内腔连通的排气管路，排气管路与冷却结构相邻，用于对排气管路中气流降温；排气管路出口端延伸至机体外壳前端的一级蜗壳内；气流经一级蜗壳进入机体外壳内部对其内部零件进行降温，升温后气流进入排气管路，经冷却结构降温后再回流至一级蜗壳内。机体外壳内部气路对其内部零件进行降温后，高温气体进入排气管路，气流经冷却结构内的冷却液冷却降温后，再回流至机体外壳前端的一级蜗壳内，形成闭环循环回路。采用本发明的空压机有效消除外部雨水、灰尘等进入内部的缺陷，保证设备持续正常运行。

Description

应用闭环冷却的空压机壳体及空压机
技术领域
本发明属于燃料电池空气压缩机技术领域，尤其涉及一种应用闭环冷却的空压机壳体及含有该壳体的空压机。
背景技术
燃料电池技术是一种高效清洁的能量转换技术，系统能耗是由供气系统产生的，燃料电池在工作时，需要供气系统将空气压缩后送入到电池阴极参与反应。如果进入燃料电池堆中的压缩空气存在油污等会引起燃料电池质子交换膜中毒，因此需要无油空压机将空气输送到燃料电池堆。
高速离心式空压机由于结构紧凑、高效率、高压比的特点，已成为燃料电池空气管理系统的关键部件。现有空压机大多采用空气轴承代替传统轴承，达到无油的目的。空气轴承工作时产生的热量，需要流动的空气将其带走，确保空气轴承正常工作。目前，空压机内空气冷却系统的气体，通过冷却结构对空气轴承进行散热后，最后通过出口接头管路排到大气中。此种通过出口接头管路将空气排到大气的方式存在着缺陷，出口接头管路一般为软管连接，且管路较长，存在管路受压空压机冷却系统排气受阻，空压机散热能力下降的问题。
另外，在复杂工作环境中，有雨水、颗粒灰尘等通过出口接头管路进入机壳内部的风险，严重时导致空气轴承毁坏和空压机烧毁。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用闭环冷却的空压机壳体及空压机，旨在解决上述现有技术中空气冷却系统出口外排存在排气受阻或污染物进入机壳风险的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种应用闭环冷却的空压机壳体，包括内部设有气路的机体外壳，所述机体外壳的尾部设有与其内腔连通的排气管路，所述排气管路与内通冷却液的冷却结构相邻，用于对排气管路中气流降温；所述排气管路的出口端延伸至机体外壳前端的一级蜗壳内；气流经一级蜗壳进入机体外壳内部对其内部零件进行降温，升温后的气流进入排气管路，经冷却结构降温后再回流至一级蜗壳内。
优选的，所述冷却结构设置于机体外壳的夹层内，所述冷却结构的进出口与制冷系统相连。
优选的，所述冷却结构为内嵌于机体外壳的夹层中的S形冷却液通道。
优选的，所述排气管路设置于机体外壳的外部，所述一级蜗壳的外部设有引气管路，所述引气管路的一端与一级蜗壳的内腔相通、另一端与排气管路的气道一连通。
优选的，所述排气管路的管壁附着于机体外壳的外壁上，所述排气管路的气道一设置于其管壁与机体外壳的外壁之间。
优选的，所述引气管路的管壁与一级蜗壳为一体结构，所述引气管路的气道二设置于其管壁与一级蜗壳的外壁之间，且气道二出口朝向一级蜗壳的内腔设置。
优选的，所述排气管路内气道一及引气管路内的气道二截面形状为圆孔、椭圆孔或矩形孔。
优选的，所述排气管路内气道一及引气管路内的气道二数量为多个，且周向布置于机体外壳及一级蜗壳的外壁上。
一种空压机，包括上述空压机壳体。凡是含有上述结构空压机壳体的空压机均在本发明的保护范围之内。
优选的，所述空压机还包括设置于机体外壳中部的转子、定子，所述定子套装于转子的中部，所述转子的前端套装一级叶轮，所述一级叶轮设置于机体外壳前端的一级蜗壳内；所述一级叶轮与定子之间依次设有套装于转子上的一级密封盘、止推盘、径向轴承及一级径向轴承座；所述一级密封盘的边缘设有贯通一级蜗壳内腔的引气孔，所述一级径向轴承座的外端面上设有环形分气槽及内嵌于一级径向轴承座的多个径向气流槽，所述分气槽与引气孔的出口相对应，多个径向气流槽朝向圆心径向分布于一级径向轴承座的内部；所述一级径向轴承座的外端面内环设有用于冷却止推盘的冷却槽，所述径向气流槽与冷却槽贯通；
机体外壳内的气路为：气流经一级蜗壳与一级叶轮之间进入引气孔，经分气槽、径向气流槽进入冷却槽；再经一级一级径向轴承座与转子之间间隙进入机体外壳与定子前端形成的内部空间一，经定子与转子之间间隙进入机体外壳与定子后端形成的内部空间二；
所述排气管路的进气口朝向内部空间二设置。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过在机体外壳的尾部设置与其内腔连通的排气管路，机体外壳内部气路对其内部零件进行降温后，高温气体进入排气管路，气流经冷却结构内的冷却液进行冷却降温后，再回流至机体外壳前端的一级蜗壳内，形成闭环循环回路。采用本发明的空压机能够有效消除外部雨水、颗粒灰尘等通过出口接头管路进入机体外壳内部的缺陷，也能够避免排气出口外接管路受压导致空压机散热能力下降的问题，保证了空压机持续正常运行。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明一个实施例提供的一种应用闭环冷却的空压机壳体的外形图；
图2是图1中空压机壳体的半剖图；
图3是本发明在空压机中的应用实例图；
图中：1-一级蜗壳，2-一级叶轮，3-机体外壳，4-S形冷却液通道，5-排气管路，6-引气管路，7-径向气流槽，8-冷却槽，9-一级密封盘，10-一级径向轴承座，11-定子，12-转子，13-止推盘，14-气道一，15-气道二，16-内部空间一，17-内部空间二，18-分气槽，19-径向轴承，20-引气孔，21-二级径向轴承座，22-二级密封盘，23-二级叶轮，24-二级蜗壳。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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、2所示的一种应用闭环冷却的空压机壳体，包括内部设有气路的机体外壳3，所述机体外壳3的尾部设有与其内腔连通的排气管路5，所述排气管路5与内通冷却液的冷却结构相邻，用于对排气管路5中气流降温；所述排气管路5的出口端延伸至机体外壳3前端的一级蜗壳1内；气流经一级蜗壳1进入机体外壳3内部对其内部零件进行降温，升温后的气流进入排气管路5，经冷却结构降温后再回流至一级蜗壳1内。采用该结构的空压机壳体能够实现空气冷却系统的气体内循环，杜绝了外部污染物进入空压机内，能够保证空压机的持续正常运行，延长了空压机的使用寿命。
在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，所述冷却结构设置于机体外壳3的夹层内，所述冷却结构的进出口与制冷系统相连。其中，所述冷却结构为内嵌于机体外壳3的夹层中的S形冷却液通道4。借助机体外壳内的S形冷却液通道既对壳体内的气体进行降温，又可排气管路内的回流气体进行降温冷却，有效保证冷却效果。
进一步优化上述技术方案，如图1、2所示，所述排气管路5设置于机体外壳3的外部，所述一级蜗壳1的外部设有引气管路6，所述引气管路6的一端与一级蜗壳1的内腔相通、另一端与排气管路5内的气道一14相通。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述排气管路5的管壁附着于机体外壳3的外壁上，所述排气管路5的气道一14设置于其管壁与机体外壳3的外壁之间。同时，所述引气管路6的管壁与一级蜗壳1为一体结构，所述引气管路6的气道二15设置于其管壁与一级蜗壳1的外壁之间，且气道二15出口设置于一级蜗壳1的内腔。
具体制作时，所述排气管路5内气道一14及引气管路6内的气道二15截面形状为圆孔、椭圆孔或矩形孔，也可采用其它形状。同时，所述排气管路5内气道一14及引气管路6内的气道二15数量为多个，且周向布置于机体外壳3及一级蜗壳1的外壁上。气道的具体形状及数量可根据实际需要设定。
本发明还提供一种空压机，包括上述空压机壳体。凡是含有上述结构空压机壳体的空压机均在本发明的保护范围之内。
在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，所述空压机还包括设置于机体外壳3中部的转子12、定子11，所述定子11套装于转子12的中部，所述转子12的前端套装一级叶轮2，所述一级叶轮2设置于机体外壳3前端的一级蜗壳1内；所述一级叶轮2与定子11之间依次设有套装于转子12上的一级密封盘9、止推盘13、径向轴承19及一级径向轴承座10；所述一级密封盘9的边缘设有贯通一级蜗壳1内腔的引气孔20，所述一级径向轴承座10的外端面上设有环形分气槽18及内嵌于一级径向轴承座10的多个径向气流槽7，所述分气槽18与引气孔20的出口相对应，多个径向气流槽7朝向圆心径向分布于一级径向轴承座10的内部；所述一级径向轴承座10的外端面内环设有用于冷却止推盘13的冷却槽8，所述径向气流槽7与冷却槽8贯通。另外，在机体外壳的后部设有与转子后端配合的二级径向轴承座及二级密封盘，以及安装于机体外壳后端的二级蜗壳。
其中，一级蜗壳与机体外壳内的气路中气流具体流动过程如下：
气流经一级蜗壳1与一级叶轮2之间进入引气孔20，经分气槽18、径向气流槽7进入冷却槽8；再经一级径向轴承座10与转子12之间间隙进入机体外壳3与定子11前端形成的内部空间一16，经定子11与转子12之间间隙进入机体外壳3与定子11后端形成的内部空间二17；所述排气管路5的进气口朝向内部空间二17设置。
本发明的具体应用过程如下：
进入一级蜗壳1内的空气经一级叶轮2压缩后，进入一级蜗壳1和一级叶轮2之间的扩压面，扩压之后的高压气体经引气孔20，进入一级径向轴承座外侧的分气槽18；气体由分气槽18经多个径向气流槽7流入冷却槽8，对止推盘进行冷却；
接着，气体流入一级径向轴承座10和转子12之间间隙，对径向轴承19进行冷却；
气流带走轴承产生的热量后，流入机体外壳3和定子11形成的内部空间一16，并通过定子11和转子12之间的气隙，进入内部空间二17；
随后，气体在机体外壳3后部进入排气管路5的气道一14，气体与机体外壳3上设有的S形冷却液通道4换热降温后经一级蜗壳1上的引气管路6中气道二15流入一级蜗壳1内，完成空气冷却系统的排气冷却。至此完成空压机内空气冷却系统的闭环循环。
进一步优化上述技术方案，如图1所示，所述机体外壳3的后部设有与转子12后端配合的二级径向轴承座21、二级密封盘22及二级叶轮23，所述二级叶轮23设置于机体外壳3后端的二级蜗壳24内。
综上所述，本发明具有结构紧凑、冷却空气洁净度高的优点，空气通过一级蜗壳进入机体外壳，依次对止推盘、径向轴承进行降温，再进入排气管路及引气管路，在与机体外壳内S形冷却液通道中冷却液进行热交换后，回流至一级蜗壳内，完成空气冷却的闭环循环。利用本发明能够避免排气出口外接管路受压导致空压机散热能力下降的问题，也能够避免空压机内部零件暴露到复杂环境中，杜绝外界污染物进入机体外壳内，降低空压机毁坏的风险，提高了空压机的使用寿命。
在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (10)

1.一种应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：包括内部设有气路的机体外壳，所述机体外壳的尾部设有与其内腔连通的排气管路，所述排气管路与内通冷却液的冷却结构相邻，用于对排气管路中气流降温；所述排气管路的出口端延伸至机体外壳前端的一级蜗壳内；气流经一级蜗壳进入机体外壳内部对其内部零件进行降温，升温后的气流进入排气管路，经冷却结构降温后再回流至一级蜗壳内。
2.根据权利要求1所述的应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：所述冷却结构设置于机体外壳的夹层内，所述冷却结构的进出口与制冷系统相连。
3.根据权利要求2所述的应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：所述冷却结构为内嵌于机体外壳的夹层中的S形冷却液通道。
4.根据权利要求1所述的应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：所述排气管路设置于机体外壳的外部，所述一级蜗壳的外部设有引气管路，所述引气管路的一端与一级蜗壳的内腔相通、另一端与排气管路的气道一连通。
5.根据权利要求4所述的应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：所述排气管路的管壁附着于机体外壳的外壁上，所述排气管路的气道一设置于其管壁与机体外壳的外壁之间。
6.根据权利要求4所述的应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：所述引气管路的管壁与一级蜗壳为一体结构，所述引气管路的气道二设置于其管壁与一级蜗壳的外壁之间，且气道二出口朝向一级蜗壳的内腔设置。
7.根据权利要求4所述的应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：所述排气管路内气道一及引气管路内的气道二截面形状为圆孔、椭圆孔或矩形孔。
8.根据权利要求4所述的应用闭环冷却的空压机壳体，其特征在于：所述排气管路内气道一及引气管路内的气道二数量为多个，且周向布置于机体外壳及一级蜗壳的外壁上。
9.一种空压机，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的应用闭环冷却的空压机壳体。
10.根据权利要求9所述的空压机，其特征在于：所述空压机还包括设置于机体外壳中部的转子、定子，所述定子套装于转子的中部，所述转子的前端套装一级叶轮，所述一级叶轮设置于机体外壳前端的一级蜗壳内；所述一级叶轮与定子之间依次设有套装于转子上的一级密封盘、止推盘、径向轴承及一级径向轴承座；所述一级密封盘的边缘设有贯通一级蜗壳内腔的引气孔，所述一级径向轴承座的外端面上设有环形分气槽及内嵌于一级径向轴承座的多个径向气流槽，所述分气槽与引气孔的出口相对应，多个径向气流槽朝向圆心径向分布于一级径向轴承座的内部；所述一级径向轴承座的外端面内环设有用于冷却止推盘的冷却槽，所述径向气流槽与冷却槽贯通；
机体外壳内的气路为：气流经一级蜗壳与一级叶轮之间进入引气孔，经分气槽、径向气流槽进入冷却槽；再经一级一级径向轴承座与转子之间间隙进入机体外壳与定子前端形成的内部空间一，经定子与转子之间间隙进入机体外壳与定子后端形成的内部空间二；
所述排气管路的进气口朝向内部空间二设置。
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