CN114673669A - 单级双输出空气压缩机及燃料电池系统 - Google Patents

单级双输出空气压缩机及燃料电池系统 Download PDF

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CN114673669A CN202210430648.7A CN202210430648A CN114673669A CN 114673669 A CN114673669 A CN 114673669A CN 202210430648 A CN202210430648 A CN 202210430648A CN 114673669 A CN114673669 A CN 114673669A
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Abstract

单级双输出空气压缩机及燃料电池系统，属于氢燃料电池电驱动空气压缩机技术领域。解决了压缩机主轴直径尺寸较大，重量较大，转速低的问题。要点：包括右蜗壳和设置于右蜗壳内的右叶轮，左蜗壳和设置于左蜗壳内的左叶轮；右蜗壳上设置有右侧进风口和右侧出风口，左蜗壳上设置有左侧进风口和左侧出风口；自然空气从右蜗壳的右侧进风口进入，经右叶轮高速压缩，压缩气体从右侧出风口排出；自然空气从左蜗壳的左侧进风口进入，经左叶轮高速压缩，压缩气体从左侧出风口排出，左右蜗壳之间无任何形成两级压缩的连通管道；双输出电机的电机轴与左叶轮、右叶轮连接。本发明实现了高转速，单级压缩，双输出，高转速带来的高压缩比和高流量，无需两级压缩。

Description

单级双输出空气压缩机及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种压缩机及燃料电池系统，具体涉及一种单级双输出空气压缩机及燃料电池系统，属于氢燃料电池电驱动空气压缩机技术领域。
背景技术
高速空气压缩机应用于氢燃料电池技术领域，其作用是输出压缩空气给电堆进行氢氧反应而产生电能。免维护/无油润滑的高速空压机，已经在氢燃料电池系统中取得应用实例。
在目前检索已知的高速空气压缩机的专利申请中，存在两种设计：一种是单级压缩单输出式，结构简单，流量和压比相对较低；另一种是双级压缩单输出式。尤其后者，以罗伯特·博世有限公司，公告号为CN 213953927 U，公告日为2021.08.13，发明名称为离心式压缩机，以及势加透博洁净动力如皋有限公司，公开号为CN 110425156 A，公开日为2019.11.08，发明名称为一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机，再以及河北金士顿科技有限责任公司，公告号为CN213717784U，公告日为2021.07.16，发明名称为一种两级空气悬浮离心式永磁电机直驱空压机的冷却系统，以上专利最为典型：电机两侧各自有一个压缩机，气体经过一侧压缩，进入另一侧再次压缩，称为两级压缩的空压机，可以实现在一个较低转速下的高压缩比，同时流量也较大，缺陷是体积大，重量大。
单级单输出的空气悬浮轴承压缩机，其基本特征是一个压缩机叶轮匹配一个电机，自然空气从蜗壳轴向入口进入，经叶轮高速压缩，压缩气体从蜗壳的径向排出。
双级压缩单输出空气悬浮轴承压缩机，它的基本特征是两个压缩机叶轮，分一级压缩和二级压缩，布置于电机两侧。自然空气经一级叶轮压缩后从蜗壳出口排出，经过管道连接，进入二级蜗壳的入口，经过二级叶轮的二次增压，气体从二级蜗壳的出口排出，实现大的流量和压缩比。缺陷是：转速不能太高，考虑两级压缩的各种压缩比不同，一级的压缩比低，二级的压缩比高，空气动力学分析，显示同时保证两个叶轮处于比较高的效率的设计转速，不能太高，这样导致整体设计的体积和重量比较大。
现有技术中的两种压缩机，在功率增大的背后，衍生出体积和重量的增大。如果应用的空间狭小(例如：航空和交通运输)，安装必然要受到限制，这无疑就减少了它的应用范围。
目前主流的无油润滑空气压缩机，都是采用空气悬浮轴承，已知的两种设计，存在主轴直径尺寸较大，重量较大，转速较低的缺陷：
1.转子的转动惯量非常大，导致的非常大的陀螺仪效应负载，与转矩和角速度乘积成正比，而转矩与内径5次方成正比，导致汽车操控中控制陀螺仪效应带来的作用力(按照右手法则判定力的方向)更大；
2.在≥5G的对压缩机壳体瞬间冲击下，大转动惯量带来对轴承的负荷加大，减少轴承寿命；
3.大的轴承耗能损失，可以看到与角速度和内径2次方的乘积成正比；
4.起停寿命大幅缩小；
5.风损指数级加大，风损是高速电机主要能耗，与角速度平方和内径4次方乘积成正比。
综合以上，需要对压缩机的结构进行改进，以克服现有技术中压缩机体积大转速低及冷却效果不理想的问题。
需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
鉴于上述事实，本发明的目的是针对现有的压缩机主轴直径尺寸较大，重量较大，转速较低的问题，进而设计了一种单级双输出空气压缩机及燃料电池系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
方案一：单级双输出空气压缩机，包括：
两组单级压缩组件，其包括右蜗壳和设置于右蜗壳内的右叶轮，左蜗壳和设置于左蜗壳内的左叶轮；右蜗壳上设置有右侧进风口和右侧出风口，左蜗壳上设置有左侧进风口和左侧出风口，自然空气从右蜗壳的右侧进风口进入，经右叶轮高速压缩，压缩气体从右蜗壳的右侧出风口排出，自然空气从左蜗壳的左侧进风口进入，经左叶轮高速压缩，压缩气体从左蜗壳的左侧出风口排出，左右蜗壳之间无任何形成两级压缩的连通管道；
双输出电机，其包括外壳体、定子、转子、电机轴、液体冷却组件、气体冷却组件和轴承组件，所述液体冷却组件用于对定子进行冷却，气体冷却组件用于对转子进行冷却，转子安装于电机轴上，定子套装在转子外侧，定子与转子之间形成空冷腔，定子与壳体组件建立安装，电机轴通过轴承组件与壳体组件建立连接，电机轴的两端与左叶轮、右叶轮连接。
进一步地：所述定子为封闭式定子，定子两端的线圈部分采用树脂或金属帽封闭，加大电机定子外表面与液体冷却的接触面积。
结合方案一，在方案一的某些实现方式中，所述壳体组件包括外壳体和衬套，所述外壳体和衬套一体制造或分体制造，衬套设置在外壳体的内壁上。
结合方案一，在方案一的某些实现方式中，所述轴承组件包括左轴承座、右轴承座、右径向轴承、左径向轴承，所述左轴承座、右轴承座密封安装在衬套的左右端，所述电机轴的左端穿入左径向轴承，左径向轴承与左轴承座连接，电机轴的右端穿入右径向轴承，右径向轴承与右轴承座连接。结合方案一，在方案一的某些实现方式中，双输出电机还包括右汽封体、左汽封体，右汽封体安装在右叶轮背部，左汽封体安装在左叶轮背部。如此设置，由蜗壳进入的自然空气经压缩后，部分压缩空气泄漏进入电机，参与轴端的空冷，冷却效果更好。
结合方案一，在方案一的某些实现方式中，双输出电机还包括推力轴承座、推力轴承I、推力轴承II及推力盘，推力盘与电机轴同轴安装，推力盘的两侧设置有推力轴承I、推力轴承II，推力轴承I安装在推力轴承座上，推力轴承II安装在右轴承座上。推力轴承座与右轴承座之间形成推力轴承室。
结合方案一，在方案一的某些实现方式中，液体冷却组件包括冷却套管、冷却液进口和冷却液出口；冷却液进口和冷却液出口通过外壳体设置在衬套上，冷却套管过盈配合安装在定子外壁上，冷却套管的外壁上加工有冷却通道，冷却通道与冷却液进口和冷却液出口连通。如此设置，实现了对定子外壁的直接冷却。
进一步地：所述冷却通道为螺旋型冷却通道。
进一步地：所述冷却套管与外壳体之间设置有衬套。如此设置，有两方面的作用：一、连接和固定左右轴承座；二、设置两条气体冷却通道，一个是冷却气体进口环形通道，另一个是冷却气体出口环形通道。
进一步地：所述冷却液为乙二醇，乙二醇和水的混合液，去离子水，油等其他液体。本方案中可以直接将航空飞机或者交通运输车辆的冷却液直接作为电机的冷却介质，无需增加额外设备。
结合方案一，在方案一的某些实现方式中，所述气体冷却组件包括冷却气体进口和冷却气体出口；冷却气体进口设置在外壳体的右端，连接衬套的进气环形通道，与右轴承座上开设的进气孔连通；冷却气体出口设置在外壳体的左端，推力轴承座与右轴承座之间形成推力轴承室；左轴承座与定子左端面之间形成冷却气体环形流道，冷却气体由冷却气体进口进入，依次流经进气孔、推力轴承室、空冷腔、冷却气体环形流道，然后由冷却气体出口排出。进一步地：所述左叶轮通过左拉紧螺杆与电机轴连接；右叶轮、推力盘通过右拉紧螺杆与电机轴连接。
方案二：根据发明的另一个方面，还提供一种燃料电池系统，包括方案一所述的单级双输出空气压缩机。
本发明所达到的效果为：
本发明实现了一种高转速，单级压缩，双输出的空气压缩机，高转速带来的高压缩比，无需两级压缩；电机主轴两侧各自布置一个压缩机，两个压缩机各自独立实现高压缩比的单级压缩并对外输出压缩空气；两侧压缩机完全相同的设计，完美平衡了轴向推力；轴系小、功率大，效率高，陀螺仪效应小，而且整体结构紧凑，体积小、重量轻，赢来了较大的应用空间。
本发明中在气体和液体冷却通道的基础上，系统性地进行了优化设计，达到了最佳的冷却效果。定子采用液体流经冷却通道带走定子的热量，转子采用空气流经定子和转子之间的间隙进行冷却，两种冷却方式配合使用，效果明显，更好的保证电机在极端情况下的正常运行。为了保证足够的冷却空气流经空气轴承和转子与定子的间隙，设计了叶轮背面的汽封体，使得部分压缩空气泄漏进入电机参与冷却。
附图说明
图1为实施例1的单级内冷双输出压缩机的装配图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为实施例1的单级内冷双输出压缩机的冷却流向图；
图5为图4的C-C剖视图；
图6为单级内冷双输出压缩机的外形图；
图7为图6的侧视图；
图8为单级内冷双输出压缩机的尺寸图；
图9为一维子午流道结构参数示意图；
图10为三维气动模型图；
图11为叶轮结构图；
图12为全工况CFD仿真性能图。
图中：1-推力轴承室；2-右蜗壳；3-右侧进风口；4-右叶轮；5-推力轴承I；6-推力盘；7-推力轴承II；8-右汽封体；9-推力轴承座；10-进气孔；11-冷却气体进口；12-冷却液出口；13-外壳体；14-衬套；15-冷却液进口；16-冷却套管；17-左蜗壳；18-左汽封体；19-左侧进风口；20-左拉紧螺杆；21-左叶轮；22-左径向轴承；23-左轴承座；24-定子；25-转子；26-电机轴；27-右径向轴承；28-右拉紧螺杆；29-右轴承座；30-右侧出风口；31-底座；32-冷却气体环形流道；33-冷却气体出口；34-左侧出风口；35-空冷腔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”、“固定”、“建立”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施例。
实施例1：参见图1-7，本实施例的一种单级双输出空气压缩机包括：两组单级压缩组件和双输出电机；
两组单级压缩组件包括右蜗壳2、右叶轮4、左蜗壳17、左叶轮21；
所述右蜗壳2内设置右叶轮4，左蜗壳17内设置左叶轮21，右蜗壳2上设置有右侧进风口3和右侧出风口30，左蜗壳17上设置有左侧进风口19和左侧出风口34；
自然空气从右蜗壳2的右侧进风口3进入，经右叶轮4高速压缩，压缩气体从右蜗壳2的右侧出风口30排出，自然空气从左蜗壳17的左侧进风口19进入，经左叶轮21高速压缩，压缩气体从左蜗壳17的左侧出风口34排出，左右蜗壳之间无任何形成两级压缩的连通管道，蜗壳上设置有抽气孔，气体进入冷却气体进口。
双输出电机包括壳体组件，壳体组件包括外壳体13和衬套14，所述外壳体13和衬套14一体制造或分体制造，衬套14设置在外壳体13的内壁上；
双输出电机还包括定子24、转子25、电机轴26；转子25安装于电机轴26上，定子24套装在转子25外侧，定子24与转子25之间形成空冷腔35，定子24通过衬套14与外壳体13建立安装，电机轴26通过轴承组件与衬套14建立连接，电机轴26的两端与左叶轮21、右叶轮4连接。所述定子24为封闭式定子，定子两端的线圈部分采用树脂或金属帽封闭，加大电机定子外表面与液体冷却的接触面积，外壳体13安装在底座31上。所述轴承组件包括左轴承座23、右轴承座29、右径向轴承27、左径向轴承22，所述左轴承座23、右轴承座29密封安装在衬套14的左右端，所述电机轴26的左端穿入左径向轴承22，左径向轴承22与左轴承座23连接，电机轴26的右端穿入右径向轴承27，右径向轴承27与右轴承座29连接。
双输出电机还包括右汽封体8、左汽封体18，右汽封体8安装在右叶轮4背部，左汽封体18安装在左叶轮21背部。如此设置，由蜗壳进入的自然空气经压缩后，部分压缩空气泄漏进入电机，参与轴端的空冷，冷却效果更好。
双输出电机还包括推力轴承座9、推力轴承I 5、推力轴承II 7及推力盘6，推力盘6与电机轴26同轴安装，推力盘6的两侧设置有推力轴承I 5、推力轴承II 7，推力轴承I 5安装在推力轴承座9上，推力轴承II 7安装在右轴承座29上。推力轴承座9与右轴承座29之间形成推力轴承室1。左叶轮21通过左拉紧螺杆20与电机轴26连接；右叶轮4、推力盘6通过右拉紧螺杆28与电机轴26连接。
双输出电机还包括液体冷却组件，所述液体冷却组件用于对定子24进行冷却，液体冷却组件包括冷却套管16、冷却液进口15和冷却液出口12；冷却液进口15和冷却液出口12通过外壳体13设置在衬套14上，冷却套管16过盈配合安装在定子24外壁上，冷却套管16的外壁上加工有冷却通道，冷却通道与冷却液进口15和冷却液出口12连通。如此设置，实现了对定子外壁的直接冷却。所述冷却通道为螺旋型冷却通道。所述冷却套管16与外壳体13之间设置有衬套14。所述冷却液为乙二醇。
双输出电机还包括气体冷却组件，所述气体冷却组件用于对转子25进行冷却，气体冷却组件包括冷却气体进口11和冷却气体出口33；冷却气体进口11设置在外壳体13的右端，连接衬套14的进气环形通道，与右轴承座29上开设的进气孔10连通；冷却气体出口33设置在外壳体13的左端，推力轴承座9与右轴承座29之间形成推力轴承室1；左轴承座23与定子左端面之间形成冷却气体环形流道32，冷却气体由冷却气体进口11进入，依次流经进气孔10、推力轴承室1、空冷腔35、冷却气体环形流道32，然后由冷却气体出口33排出。
实施例2：本实施例与实施例1的不同在于，冷却液为乙二醇和水的混合液。
实施例3：本实施例与实施例1的不同在于，冷却液为油。
实施例4：本实施例还提供一种燃料电池系统，包括实施例1-3任一所述的单级双输出空气压缩机。
上述实施例1-3实现了一种高转速，单级压缩，双输出的空气压缩机，高转速带来的高压缩比，无需两级压缩；电机主轴两侧各自布置一个压缩机，两个压缩机各自独立实现高压缩比的单级压缩并对外输出压缩空气；两侧压缩机完全相同的设计，完美平衡了轴向推力；轴系小、功率大，效率高，陀螺仪效应小，而且整体结构紧凑，体积小、重量轻，赢来了较大的应用空间。为了验证本申请的有益效果提供以下试验。
以一组单级双输出空气压缩机的技术要求为例进行论证，技术要求参见表1。
表1技术要求
进口总温(℃) 20
进口总压(kpa) 100
介质 空气
质量流量(g/s) 200
设计总压比 2.7
最高压比 3.2
电机最高转速(RPM) 120000
电机输入功率(KW) 30KW
抽气量(g/s) 20
根据设计要求，采用两端驱动相同空压机实现设计流量200g/s的设计指标。因此，考虑到抽气量，最终单端的空压机设计流量指标确定为110g/s。
根据设计要求，单级内冷双输出压缩机的基本参数，参见表2。
表2单级双输出空气压缩机基本参数表
单级双输出空气压缩机最大长度(mm) 308
电机外壳体长度(mm) 160
单级双输出空气压缩机最大高度(mm) 219
电机中心线高度(mm) 120
电机外壳体直径(mm) 136
电机最大外径(mm) 160
电机轴长度(mm) 180
电机轴端直径(mm) 23
定子最大长度(mm) 135
定子最大外径(mm) 90
转子最大长度(mm) 90
转子最大外径(mm) 43
所述单级双输出空气压缩机的组件尺寸参见图8。
根据设计要求，单级双输出空气压缩机的一维子午流道结构参数，参见图9。对一维子午流道结构进行建模获得三维气动模型及叶轮结构参数，参见图10和图11。
进行三维仿真计算见表。从表中可以看到，单端在设计流量100g/s附近，总总压比达到3.03，同时气动消耗功率为14.64KW，与一维设计点性能相符，满足表1中设计点性能指标。全工况CFD仿真性能图，参见图12，图中Pressure Ratio压缩比；Inlet Mass Flow Rate质量流量；RPM转速；Power功率；Choke line阻塞边界；Stall line失速边界；Efficiency效率。
表3三维CFD设计点性能表
Figure BDA0003610249130000091
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.单级双输出空气压缩机，其特征在于，包括：
两组单级压缩组件，其包括右蜗壳(2)和设置于右蜗壳内的右叶轮(4)，左蜗壳(17)和设置于左蜗壳内的左叶轮(21)；右蜗壳(2)上设置有右侧进风口(3)和右侧出风口(30)，左蜗壳(17)上设置有左侧进风口(19)和左侧出风口(34)，自然空气从右蜗壳(2)的右侧进风口(3)进入，经右叶轮(4)高速压缩，压缩气体从右蜗壳(2)的右侧出风口(30)排出，自然空气从左蜗壳(17)的左侧进风口(19)进入，经左叶轮(21)高速压缩，压缩气体从左蜗壳(17)的左侧出风口(34)排出；
双输出电机，其包括壳体组件、定子(24)、转子(25)、电机轴(26)、液体冷却组件、气体冷却组件和轴承组件，所述液体冷却组件用于对定子(24)进行冷却，气体冷却组件用于对转子(25)进行冷却，转子(25)安装于电机轴(26)上，定子(24)套装在转子(25)外侧，定子(24)与转子(25)之间形成空冷腔(35)，定子(24)与壳体组件建立安装，电机轴(26)通过轴承组件与壳体组件建立连接，电机轴(26)的两端与左叶轮(21)、右叶轮(4)连接。
2.根据权利要求1所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：壳体组件包括外壳体(13)和衬套(14)，所述外壳体(13)和衬套(14)一体制造或分体制造，衬套(14)设置在外壳体(13)的内壁上。
3.根据权利要求2所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：所述轴承组件包括左轴承座(23)、右轴承座(29)、右径向轴承(27)、左径向轴承(22)，所述左轴承座(23)、右轴承座(29)密封安装在衬套(14)的左右端，所述电机轴(26)的左端穿入左径向轴承(22)，左径向轴承(22)与左轴承座(23)连接，电机轴(26)的右端穿入右径向轴承(27)，右径向轴承(27)与右轴承座(29)连接。
4.根据权利要求3所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：双输出电机还包括右汽封体(8)、左汽封体(18)，右汽封体(8)安装在右叶轮(4)背部，左汽封体(18)安装在左叶轮(21)背部。
5.根据权利要求4所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：双输出电机还包括推力轴承座(9)、推力轴承I(5)、推力轴承II(7)及推力盘(6)，推力盘(6)与电机轴(26)同轴安装，推力盘(6)的两侧设置有推力轴承I(5)、推力轴承II(7)，推力轴承I(5)安装在推力轴承座(9)上，推力轴承II(7)安装在右轴承座(29)上。推力轴承座(9)与右轴承座(29)之间形成推力轴承室(1)。
6.根据权利要求5所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：液体冷却组件包括冷却套管(16)、冷却液进口(15)和冷却液出口(12)；冷却液进口(15)和冷却液出口(12)通过外壳体(13)设置在衬套(14)上，冷却套管(16)过盈配合安装在定子(24)外壁上，冷却套管(16)的外壁上加工有冷却通道，冷却通道与冷却液进口(15)和冷却液出口(12)连通。
7.根据权利要求6所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：所述冷却通道为螺旋型冷却通道；所述定子(24)为封闭式定子，定子两端的线圈部分采用树脂或金属帽封闭；所述冷却液为乙二醇，乙二醇和水的混合液，去离子水，油等其他液体。
8.根据权利要求7所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：所述气体冷却组件包括冷却气体进口(11)和冷却气体出口(33)；冷却气体进口(11)设置在外壳体(13)的右端，连接衬套(14)的进气环形通道，与右轴承座(29)上开设的进气孔(10)连通；冷却气体出口(33)设置在外壳体(13)的左端，推力轴承座(9)与右轴承座(29)之间形成推力轴承室(1)；左轴承座(23)与定子左端面之间形成冷却气体环形流道(32)，冷却气体由冷却气体进口(11)进入，依次流经进气孔(10)、推力轴承室(1)、空冷腔(35)、冷却气体环形流道(32)，然后由冷却气体出口(33)排出。
9.根据权利要求8所述的单级双输出空气压缩机，其特征在于：所述左叶轮(21)通过左拉紧螺杆(20)与电机轴(26)连接；右叶轮(4)、推力盘(6)通过右拉紧螺杆(28)与电机轴(26)连接。
10.一种燃料电池系统，包括如权利要求1-9任一项所述的单级双输出空气压缩机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115853798A (zh) * 2022-11-26 2023-03-28 黑龙江云造科技有限公司 一种燃料电池用离心式空气压缩机
CN116146506A (zh) * 2023-01-10 2023-05-23 北京伯肯节能科技股份有限公司 一种车用氢气循环泵的换热系统
CN116163968A (zh) * 2023-03-15 2023-05-26 上海优社动力科技有限公司 一种直驱式双吸离心压缩机
CN116792328A (zh) * 2023-07-26 2023-09-22 烟台东德实业有限公司 一种内置水冷及风冷的单级高速离心空压机

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115853798A (zh) * 2022-11-26 2023-03-28 黑龙江云造科技有限公司 一种燃料电池用离心式空气压缩机
CN116146506A (zh) * 2023-01-10 2023-05-23 北京伯肯节能科技股份有限公司 一种车用氢气循环泵的换热系统
CN116163968A (zh) * 2023-03-15 2023-05-26 上海优社动力科技有限公司 一种直驱式双吸离心压缩机
CN116792328A (zh) * 2023-07-26 2023-09-22 烟台东德实业有限公司 一种内置水冷及风冷的单级高速离心空压机
CN116792328B (zh) * 2023-07-26 2023-12-22 烟台东德实业有限公司 一种内置水冷及风冷的单级高速离心空压机

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