CN114151365A - 一种两级并联电动空压机 - Google Patents

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朱明明
曾强
王燕青
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Abstract

本发明公开了一种两级并联电动空压机，涉及空气压缩机技术领域，包括电机、空气压缩机、进气管和出气管；所述电机具有电机轴，所述电机轴驱动所述空气压缩机转动；所述空气压缩机具有两个；所述进气管包括进气总管和进气支管，所述进气总管连接所述进气支管，所述进气支管分别连接所述空气压缩机的进气端；所述出气管包括出气总管和出气支管，所述出气支管分别连接所述空气压缩机的出气端，所述出气支管连接所述出气总管。本发明在相同的功耗下，可以提供更大流量的压缩空气；同时转轴的轴向力相对平衡，降低了推力轴承的承载力要求，简化了推力轴承的设计要求。

Description

一种两级并联电动空压机
技术领域
本发明涉及燃料电池用的空气压缩机领域，尤其涉及一种两级并联电动空压机。
背景技术
质子交换膜式的燃料电池系统是一种高效清洁的新能源动力系统，空气压缩机将空气压缩成高压空气，然后送入燃料电池阴极，空气中的氧气与阳极的氢气进行电化学反应，生成的产物是电和水，还有部分热量随着多余的空气排放到大气中，除此外没有其他对环境有污染的产物，所以燃料电池动力系统非常的清洁环保，并且氢气有很多制造方法，属于清洁可再生能源，目前世界各国都在大力推动氢燃料电池动力系统的开发推广。燃料电池专用的空气压缩机是氢燃料电池动力系统里面非常重要的一个零部件，其作用是为燃料电池的阴极提供一定压力和一定流量的压缩空气，满足燃料电池化学反应对于空气中氧气的需求。目前市场上燃料电池空压机多为单级压缩机和两级串联压缩机。单级压缩即一个电机驱动一个压轮，两级串联压缩就是一个电机驱动两个压轮，一个是低压级，另一个是高压级，高压级和低压级是串联的，空气经过低压级压缩后再进入高压级进行第二次压缩，所以两级压串联缩机比单级压缩机获得的空气压力和流量要高，可适用的燃料电池功率范围会更大一点。
随着应用场景的增多，有些燃料电池应用对于压缩空气的压比要求不高，但是对于压缩空气的流量要求比较高，也就是小压比大流量的应用。对于这种应用场景，两级串联压缩的方案就不合适了，两级串联压缩的空压机可以提供高压比压缩空气，但是流量偏小。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种两级并联电动空压机，在同等功耗下可以提供更大流量的压缩空气。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何在空压机同等功耗情况下提供更大流量的压缩空气以及如何解决转子由于两端压力差导致的不平衡力问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种两级并联电动空压机，包括电机、空气压缩机、进气管和出气管；
所述电机具有电机轴，所述电机轴驱动所述空气压缩机转动；
所述空气压缩机具有两个；
所述进气管包括进气总管和进气支管，所述进气总管连接所述进气支管，所述进气支管分别连接所述空气压缩机的进气端；
所述出气管包括出气总管和出气支管，所述出气支管分别连接所述空气压缩机的出气端，所述出气支管连接所述出气总管。
进一步地，两个所述空气压缩机位于同一电机轴的两端，并同轴转动。
进一步地，两个所述空气压缩机位于不同的电机轴上。
进一步地，两个所述空气压缩机的压缩功能大致相同。
进一步地，还具有空滤，所述空滤设置在所述空气压缩机的进气端。
进一步地，所述空滤位于所述进气总管。
进一步地，所述空滤具有两个，分别位于所述进气支管。
进一步地，所述进气总管和/或进气支管上还具有流量调节阀。
进一步地，还包括控制装置，所述控制装置电连接所述流量调节阀和所述空气压缩机。
进一步地，所述电机的两端还设有推力轴承。
与现有技术相比，本发明在相同的功耗下，可以提供更大流量的压缩空气；同时转轴的轴向力相对平衡，降低了推力轴承的承载力要求，进一步简化了推力轴承的设计要求。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是现有技术的空气压缩机的设计方案；
图2是本发明的两级并联电动空压机结构示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
现有技术中的燃料电池系统的空气压缩机的设计方案为两级串联压缩方案，如图1所示，空气先进入第一级压缩机，压缩后再进入第二级压缩机进行二次压缩，两次压缩后可实现较高的压力。但是这种压缩方案有两个缺点：
(1)两次压缩的空气流量是一样的，两级压缩机其中流通能力最小的一级决定了流量上限，也就是所谓的高压比小流量。对于有些客户需求的大流量需求就满足不了。
(2)由于两级串联压缩，所以第二级压缩机的压力肯定是大于第一级压缩机，那么由于这个压力差的存在，转子在轴向就会存在不平衡力，压力差越大，轴向不平衡力越大。为了保证转轴的稳定性，就需要设计承载力比较大的推力轴承，来平衡掉由于压力差导致的不平衡力。而且两级压差越大，对于推力轴承的磨损就会越严重。
本发明提供了一种两级并联电动空压机，如图2所示，本发明的空压机由电机驱动，空气压缩机C1和空气压缩机C2安装在电机轴的两端，同轴转动；空气经过空滤后分别同时进入空气压缩机C1和空气压缩机C2，进行同步压缩；空气压缩机C1和空气压缩机C2压缩后的空气从出口端汇总到一起；空气压缩机C1与空气压缩机C2设计方案相同，所以从压缩能力上来看空气压缩机C1＝空气压缩机C2，汇总后总的压力是不变的，但是流量是空气压缩机C1与空气压缩机C2的加和。由于空气压缩机C1与空气压缩机C2两端的压力几乎相同，转轴的轴向不平衡力较小，对于推力轴承的承载力要求降低，可以大幅简化推力轴承的设计方案。
在另一个实施例中，两个空气压缩机位于不同的电机轴上。
在另一个实施例中，进气管包括进气总管和进气支管，进气总管连接进气支管，进气支管分别连接空气压缩机的进气端；空滤具有两个，分别位于进气支管。
在另一个实施例中，进气总管和/或进气支管上还具有流量调节阀。
在另一个实施例中，具有控制装置，控制装置电连接流量调节阀和空气压缩机，控制空气压缩机C1和空气压缩机C2同时进行压缩。
在另一个实施例中，空气压缩机可以超过两个，如三个、四个、五个等等。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种两级并联电动空压机，其特征在于，包括电机、空气压缩机、进气管和出气管；
所述电机具有电机轴，所述电机轴驱动所述空气压缩机转动；
所述空气压缩机具有两个；
所述进气管包括进气总管和进气支管，所述进气总管连接所述进气支管，所述进气支管分别连接所述空气压缩机的进气端；
所述出气管包括出气总管和出气支管，所述出气支管分别连接所述空气压缩机的出气端，所述出气支管连接所述出气总管。
2.如权利要求1所述的两级并联电动空压机，其特征在于，两个所述空气压缩机位于同一电机轴的两端，并同轴转动。
3.如权利要求1所述的两级并联电动空压机，其特征在于，两个所述空气压缩机位于不同的电机轴上。
4.如权利要求1所述的两级并联电动空压机，其特征在于，两个所述空气压缩机的压缩功能大致相同。
5.如权利要求1所述的两级并联电动空压机，其特征在于，还具有空滤，所述空滤设置在所述空气压缩机的进气端。
6.如权利要求5所述的两级并联电动空压机，其特征在于，所述空滤位于所述进气总管。
7.如权利要求5所述的两级并联电动空压机，其特征在于，所述空滤具有两个，分别位于所述进气支管。
8.如权利要求1所述的两级并联电动空压机，其特征在于，所述进气总管和/或进气支管上还具有流量调节阀。
9.如权利要求8所述的两级并联电动空压机，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置电连接所述流量调节阀和所述空气压缩机。
10.如权利要求1所述的两级并联电动空压机，其特征在于，所述电机的两端还设有推力轴承。
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