CN216342988U - 一种空压机能量回收机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空压机能量回收机构，包括空压机，其内部设置有涡轮，所述涡轮设置有调节组件，所述调节组件设置有滚轮，所述滚轮包括与调节组件连接的固定轴、设置于所述固定轴一端的上圆台以及位于上圆台一侧的下圆台，所述上圆台通过中间体与下圆台连接。本实用新型既能够通过控制叶片的角度来达到不同的气体流通面积，以达到提高空压机响应性以及减少转子轴的损坏几率，还能够利用燃料电池排出的废气带动涡轮转动，从而减少电机的电能损耗，提高电堆的工作效率。

Description

一种空压机能量回收机构

技术领域

本实用新型涉及空压机技术领域，特别是一种空压机能量回收机构。

背景技术

随着排放法规的加强，氢燃料电池技术逐渐开始普及，作为给氢氧燃料电池提供空气的核心零部件—空压机，也开始进入行业的视野，现有空压机一般是由外部电源供电带动转子轴转动，以压缩空气，供燃料电池使用，由于燃料电池经化学反应产生的能量不能全部转化为电能，部分能量会随废气直接排入大气，存在能量浪费的问题。

现有带能量回收功能的空压机，由电机进行驱动，带动电机转子轴旋转，转子轴两端分别有涡轮机和压轮机，涡轮机与压轮机中，分别由涡轮和压轮，电机通过转子轴带动压轮转动，压缩空气，供燃料电池使用，燃料电池电堆内，空气与氢气经化学反应产生具有一定温度和压力的废气，废气流入涡轮机，带动涡轮转动，从而带动转子轴转动，减少电机的能量损耗，提高电堆的工作效率，在电堆废气出口与涡轮机废气入口之间设有旁通阀，可在涡端废气量过多时，直接打开旁通阀，旁通掉废气，但是旁通阀结构只可以控制气体流量，一般是在废气流量较大时旁通部分废气，而不可以控制气体流通面积，控制较不精准，且当废气流量较小时，不能通过减小气体流通面积获得较高的压比，不能充分利用废气能量。

基于上述，需要一种空压机能量回收机构，用来回收燃料电池反应后废气中的多余能量，减少能源浪费。

实用新型内容

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述和/或现有的空压机中存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型其中的一个目的是提供一种空压机能量回收机构，其既能够。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种空压机能量回收机构，其包括空压机，其内部设置有涡轮，所述涡轮设置有调节组件，所述调节组件设置有滚轮，所述滚轮包括与调节组件连接的固定轴、设置于所述固定轴一端的上圆台以及位于上圆台一侧的下圆台，所述上圆台通过中间体与下圆台连接。

作为本实用新型所述的一种优选方案，其中：所述空压机还包括电机壳，所述涡轮外侧设置有位于电机壳一侧的蜗壳，所述蜗壳与电机壳之间设置有背板，所述调节组件包括设置于背板一侧的拨动盘以及位于拨动盘与蜗壳之间的安装盘，所述拨动盘上设置有第一拨叉，所述拨动盘开设有第一凹槽，所述第一拨叉一端位于第一凹槽内，所述安装盘与蜗壳之间设置有叶片，所述安装盘开设有轴孔，所述叶片通过叶片轴穿过轴孔与拨叉固定连接，所述固定轴与安装盘固定连接，。

作为本实用新型所述的一种优选方案，其中：所述拨动盘外圆周为圆环台，所述第一凹槽开设于圆环台内侧，所述圆环台设置于上圆台与下圆台之间。

作为本实用新型所述的一种优选方案，其中：所述滚轮的中间体与圆环台内侧连接。

作为本实用新型所述的一种优选方案，其中：所述蜗壳外侧设置有电控执行器，所述电控执行器上设置有摇臂，所述摇臂通过拉杆与曲柄一端连接，所述曲柄另一端与第二拨叉转动连接，所述圆环台外侧开设有第二凹槽，所述第二拨叉设置于第二凹槽内。

作为本实用新型所述的一种优选方案，其中：所述安装盘与拨动盘之间设置有限位销，所述限位销一端与安装盘固定连接，所述限位销对拨动盘进行周向限位，以限制叶片的最大和最小开度。

作为本实用新型所述的一种优选方案，其中：所述电机壳内部设置有转子轴，所述转子轴一端与涡轮连接，所述转子轴另一端与压轮连接，所述压轮设置于压壳内部，所述压壳设置于电机壳一侧。

作为本实用新型所述的一种优选方案，其中：所述压壳外侧设置有第一入口和第一出口，所述第一出口与燃料电池的空气入口连接，所述蜗壳外侧设置有第二入口和第二进口，所述第二进口与燃料电池的废气排气口连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型可以在低速小流量时，通过调整叶片的角度来减少气体的流通面积，保持较高的压比，使得更容易推动涡轮转动，提高空压机的响应性，充分利用废气能量；在高速大流量时，通过调整叶片的转动角度增大废气的流通面积，减少排气背压，达到一般大涡轮的效果，同时在废气过多时，通过增大气体的流通面积，可以防止涡轮转速过高，导致损坏转子轴，而不再需要外置其他旁通阀结构，且通过电控执行器来调节叶片角度，可以精准控制废气的流通面积，使得各个工况性能达到最优，从而有利于减少电机的电能消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型调节组件的结构图。

图2为本实用新型滚轮的结构图。

图3为本实用新型的整体结构图。

图4为本实用新型的整体剖视图。

图5为本实用新型拨动盘、安装盘以及叶片的位置结构图。

图6为本实用新型安装盘以及叶片的结构图。

图7为本实用新型电动执行器的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1、2，为本实用新型第一个实施例，该实施例提供了一种空压机能量回收机构，其既能够通过控制叶片的角度来达到不同的气体流通面积，以达到提高空压机响应性以及减少转子轴的损坏几率，还能够利用燃料电池排出的废气带动涡轮转动，从而减少电机的电能损耗，提高电堆的工作效率。

一种空压机能量回收机构，包括空压机，其内部设置有涡轮101，涡轮101设置有调节组件200，调节组件200设置有滚轮300，滚轮300包括与调节组件200连接的固定轴301、设置于固定轴301一端的上圆台302以及位于上圆台302一侧的下圆台304，上圆台302通过中间体303与下圆台304连接。

涡轮101端用于回收燃料电池反应后排出的废气中的多余的能量，可以减少能源的浪费，调节组件200用于调节气体的流通面积，在低速小流量时，可以通过调节组件200减少气体的流通面积，保持较高的压比，使得涡轮101更容易转动，从而提供空压机的响应性，在高速大流量时，通过调节组件200增大废气的流通面积，可以防止涡轮102的转速过高，导致转子轴105被损坏，并且不需要外置其他的旁通阀结构，结构上得到优化。

滚轮300用于对拨动盘201同时进行轴向以及径向的定位：滚轮300可以通过上圆台302以及下圆台304对拨动盘201进行上下两个轴向上的定位，同时滚轮300还可以通过中间体303对拨动盘201进行径向定位。

实施例2

参照图1～7，为本实用新型第二个实施例，该实施例基于上一个实施例。

空压机100还包括电机壳102，涡轮101外侧设置有位于电机壳102一侧的涡壳103，涡壳103与电机壳102之间设置有背板104，调节组件200包括设置于背板104一侧的拨动盘201以及位于拨动盘201与涡壳103之间的安装盘202，拨动盘201上设置有第一拨叉203，拨动盘201开设有第一凹槽205a，第一拨叉203一端位于第一凹槽205a内，安装盘202与涡壳103之间设置有叶片204，安装盘202开设有轴孔202a，叶片204通过叶片轴穿过轴孔202a与拨叉固定连接，固定轴301与安装盘202固定连接，上圆台302与安装盘202一侧连接，拨动盘201放置于上圆台302和下圆台304之间。

电机壳102一侧是涡壳103，另一侧是压壳107，背板104位于拨动盘201后侧，安装盘202被轴向定位于背板104和涡壳103之间，安装盘202一侧安装有第一拨叉203，安装盘202与涡壳103之间有容置空间，用于安装叶片204，拨动盘201外圆周为圆环台205，第一凹槽205a开设于圆环台205内侧。第一凹槽205a用于安装第一拨叉203，叶片204和第一拨叉203固定连接在一起，拨动盘201通过电动执行器400控制转动，拨动盘201转动从而使得拨叉及叶片轴转动，从而达到调节叶片204的开闭角度，本实施例中设置有十个叶片204，在安装盘202上呈等间距圆周排布。

拨动盘201外圆周为圆环台205，第一凹槽205a开设于圆环台205内侧，圆环台205设置于上圆台302与下圆台304之间，第一凹槽205a用于安装第一拨叉203，替代以往第一拨叉203使用销轴固定的方式，简化调节组件的结构，以减少生产成本以及优化整个空压机的结构。

中间体303与圆环台205内侧连接。滚轮300通过中间体303用于实现对拨动盘201的径向定位。

涡壳103外侧设置有电控执行器400，电控执行器400上设置有摇臂401，摇臂401通过拉杆402与曲柄403一端连接，曲柄403另一端与第二拨叉404转动连接，圆环台205外侧开设有第二凹槽205b，第二拨叉404设置于第二凹槽205b内。

电控执行器400内部是单片机，电控执行器400用于控制摇臂401的转动，摇臂401转动用于带动拉杆402运作，拉杆402运作使得曲柄403转动，曲柄403转动使得拨动盘201转动，从而通过第一拨叉404以及叶片204上的轴来调节十个叶片204之间的开闭程度，得以控制气体的流通面积。

安装盘202与拨动盘201之间设置有限位销206，限位销206一端与安装盘202固定连接，限位销206另一端用于对拨动盘201周向限位，以限制叶片204的最小和最大开度。

实施例3

参照图1～7，为本实用新型第三个实施例，该实施例基于上一个实施例。

电机壳102内部设置有转子轴105，转子轴105一端与涡轮101连接，转子轴105另一端与压轮106连接，压轮106设置于压壳107内部，压壳107设置于电机壳102一侧。

电机壳102内部还设置有电机，转子轴105由电机驱动转动，同时涡轮101以及压轮106跟随转动，压轮106和涡轮101分别被压壳107和涡壳103所包围，形成压缩空气的流道以及膨胀废气的流通，压轮106用于压缩空气供燃料电池使用，涡轮101用于回收燃料电池反应后废气中多余的能量，以减少能源浪费。

压壳107外侧设置有第一入口501和第一出口502，第一出口501与燃料电池的空气入口连接，涡壳103外侧设置有第二入口503和第二出口504，第二入口503与燃料电池的废气排气口连接。

第一入口501作为压轮106的空气入口，通过第一出口502流通至燃料电池，经燃料电池反应后，其产生的具有一定温度、湿度以及压力的废气从第二入口503进入调节组件200与涡壳103形成的气体通道，流通至涡轮101处，可以带动涡轮101转动，进而带动转子轴105转动，可以减少电机电能损耗，从而提高电堆的工作效率。

工作原理：

该空压机的三个定位：径向定位：背板104与安装盘202配合的圆柱面限制调节组件200的径向移动；轴向定位：背板104与涡壳103的端面限制调节组件200的轴向移动；周向定位：通过定位销207限制调节组件200的周向转动。

当燃料电池开始工作时，电堆会需求空气来与氢气进行化学反应，此时启动电机，带动转子轴105与压轮106转动，压缩空气，供电堆反应使用，电堆中的空气与氢气经化学反应产生电能后，会排放出具有一定温度、压力的废气，废气通过第二入口503被引入至空压机的涡壳103内，流经调节组件200与涡壳103形成的气体通道，进而带动涡轮101与转子轴105转动，可以减少电机驱动转子轴105消耗的能量，提高燃料电池电堆的工作效率。调节机构200在低转速小流量时可以关闭叶片204减少气体的流通面积进而获得较高的压比，充分利用废气能量，减少能量损失，同样也可以在高速大流量时打开叶片204，增大气体的流通面积，减少排气背压，防止转子轴105超速损坏，且不需要其他气体旁通阀结构，通过电控执行器400可以实现对叶片204角度的精准调节，使得各个工况可以达到最佳状态，极大地提高了燃料电池的工作效率。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本实用新型的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本实用新型的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本实用新型不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本实用新型的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本实用新型不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种空压机能量回收机构，其特征在于：包括

空压机(100)，其内部设置有涡轮(101)；

所述涡轮(101)设置有调节组件(200)，所述调节组件(200)设置有滚轮(300)，所述滚轮(300)包括与调节组件(200)连接的固定轴(301)、设置于所述固定轴(301)一端的上圆台(302)以及位于上圆台(302)一侧的下圆台(304)，所述上圆台(302)通过中间体(303)与下圆台(304)连接。

2.如权利要求1所述的空压机能量回收机构，其特征在于：所述空压机(100)还包括电机壳(102)，所述涡轮(101)外侧设置有位于电机壳(102)一侧的蜗壳(103)，所述蜗壳(103)与电机壳(102)之间设置有背板(104)，所述调节组件(200)包括设置于背板(104)一侧的拨动盘(201)以及位于拨动盘(201)与蜗壳(103)之间的安装盘(202)，所述拨动盘(201)上设置有第一拨叉(203)，所述拨动盘(201)开设有第一凹槽(205a)，所述第一拨叉(203)一端位于第一凹槽(205a)内，所述安装盘(202)与蜗壳(103)之间设置有叶片(204)，所述安装盘(202)上设置有轴孔(202a)，所述叶片(204)通过叶片轴穿过轴孔(202a)与拨叉固定连接，所述固定轴(301)与安装盘(202)固定连接，所述上圆台(302)与安装盘(202)一侧连接。

3.如权利要求2所述的空压机能量回收机构，其特征在于：所述拨动盘(201)外圆周为圆环台(205)，所述第一凹槽(205a)开设于圆环台(205)内侧，所述圆环台(205)设置于上圆台(302)与下圆台(304)之间。

4.如权利要求3所述的空压机能量回收机构，其特征在于：所述中间体(303)与圆环台(205)内侧连接。

5.如权利要求4所述的空压机能量回收机构，其特征在于：所述蜗壳(103)外侧设置有电控执行器(400)，所述电控执行器(400)上设置有摇臂(401)，所述摇臂(401)通过拉杆(402)与曲柄(403)一端连接，所述曲柄(403)另一端与第二拨叉(404)转动连接，所述圆环台(205)外侧开设有第二凹槽(205b)，所述第二拨叉(404)设置于第二凹槽(205b)内。

6.如权利要求5所述的空压机能量回收机构，其特征在于：所述安装盘(202)与拨动盘(201)之间设置有限位销(206)，所述限位销(206)一端与安装盘(202)固定连接，所述限位销(206)对拨动盘(201)进行周向限位。

7.如权利要求2～6任一所述的空压机能量回收机构，其特征在于：所述电机壳(102)内部设置有转子轴(105)，所述转子轴(105)一端与涡轮(101)连接，所述转子轴(105)另一端与压轮(106)连接，所述压轮(106)设置于压壳(107)内部，所述压壳(107)设置于电机壳(102)一侧。

8.如权利要求7所述的空压机能量回收机构，其特征在于：所述压壳(107)外侧设置有第一入口(501)和第一出口(502)，所述第一出口(501)与燃料电池的空气入口连接，所述蜗壳(103)外侧设置有第二入口(503)和第二出口(504)，所述第二入口(503)与燃料电池的废气排气口连接。

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