CN217327725U - 一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统，包括电机系统、转子系统、一级压缩机系统、二级压缩机系统、连接管和辅助叶轮；电机系统包括电机壳、电机定子、端盖和轴承；转子系统包括电机转子和推力盘，一级压缩机系统包括一级叶轮和一级蜗壳，第二压缩机系统包括二级叶轮和二级蜗壳；电机定子安装在电机壳内，电机壳的两端安装有端盖，端盖通过轴承安装有电机转子，电机转子的一端安装有推力盘和一级叶轮，电机转子的另一端安装有二级叶轮和辅助叶轮，电机壳的两端安装有一级蜗壳和二级蜗壳，连接管的两端分别与一级蜗壳的出口和二级蜗壳的进口连接。本申请能够回收旋转气流的能量，提高空压机整机的效率和运行的安全可靠性。

Description

一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池空压机技术领域，特别是涉及一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统。

背景技术

燃料电池空压机是燃料电池中的关键辅助部件，负责为燃料电池提供新鲜充足的空气，随着燃料电池功率增加，现在已普遍采用两级串联压缩的方式，一级压缩后的空气通过连接管进入二级压缩机。由于一级压缩机出口的空气具有强烈的旋转，在连接管中气流又进行了弯折转向，导致进入二级压缩机入口的空气具有强烈的涡旋，与二级叶轮的入口角度不匹配，导致叶轮效率较低，运行范围狭窄，容易喘振，影响空压机系统的效率和空压机运行的安全性。虽然现在已经对连接管进行优化设计和专门针对进口强烈旋转进行叶轮设计，提高了效率和安全性，但是仍然存在流动损失大，空压机效率低，二级叶轮加工难度大的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是如何提供一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统，能够对二级进口的强烈旋转气流进行整流，提高二级叶轮效率，并且能够回收旋转气流的能量，提高空压机整机的效率和运行的安全可靠性。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统，包括电机系统、转子系统、一级压缩机系统、二级压缩机系统、连接管和辅助叶轮；

所述电机系统包括电机壳、电机定子、端盖和轴承；所述转子系统包括电机转子和推力盘，所述一级压缩机系统包括一级叶轮和一级蜗壳，所述第二压缩机系统包括二级叶轮和二级蜗壳；

所述电机定子安装在电机壳内，所述电机壳的两端安装有端盖，所述端盖通过轴承安装有电机转子，所述电机转子的一端安装有推力盘和一级叶轮，所述电机转子的另一端安装有二级叶轮和辅助叶轮，所述一级叶轮、二级叶轮和辅助叶轮均通过螺母安装在电机转子上，所述电机壳的两端安装有一级蜗壳和二级蜗壳，所述一级蜗壳、二级蜗壳与一级叶轮、二级叶轮和辅助叶轮形成气体流道，所述连接管的两端分别与一级蜗壳的出口和二级蜗壳的进口连接。

其中，所述辅助叶轮为轴流式叶轮。

综上，本带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统，可以改善二级叶轮的进口条件，提高二级叶轮效率，同时通过辅助叶轮回收高速旋转气流的部分能量，从而提高空压机整机的效率，降低空压机在燃料电池中的寄生功率。从连接管出来的高速旋转气体推动辅助叶轮旋转，回收高速旋转气流的能量，提高空压机整体效率，同时通过辅助叶轮的气流整定实现二级叶轮进口条件的改善，提高二级叶轮的效率和空压机整机效率。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“上、下”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图1所示，一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统，包括电机系统、转子系统、一级压缩机系统、二级压缩机系统、连接管10和辅助叶轮11；

所述电机系统包括电机壳4、电机定子3、端盖1和轴承2；所述转子系统包括电机转子6和推力盘5，所述一级压缩机系统包括一级叶轮8和一级蜗壳9，所述第二压缩机系统包括二级叶轮12和二级蜗壳13；

所述电机定子3安装在电机壳4内，所述电机壳4的两端安装有端盖1，所述端盖1通过轴承2安装有电机转子6，所述电机转子6的一端安装有推力盘7和一级叶轮8，所述电机转子6的另一端安装有二级叶轮12和辅助叶轮11，所述一级叶轮8、二级叶轮12和辅助叶轮11均通过螺母7安装在电机转子6上，所述电机壳4的两端安装有一级蜗壳9和二级蜗壳13，所述一级蜗壳9、二级蜗壳13与一级叶轮8、二级叶轮12和辅助叶轮11形成气体流道，所述连接管10的两端分别与一级蜗壳9的出口和二级蜗壳13的进口连接。

本实施例中，所述辅助叶轮11为轴流式叶轮。

原理：

在运行过程中，首先电机驱动转子6旋转，带动一级叶轮8旋转，吸入外界的空气并进行压缩，压缩后的空气进入一级蜗壳9扩压，由于一级叶轮的高速旋转，扩压后的流体仍具有强烈的旋转，扩压后的流体进入连接管10，在连接管10中气流与壁面摩擦，气流转向，然后进入二级蜗壳13的入口，此时气流旋转进一步加强，气流推动辅助叶轮11旋转，辅助叶轮11为轴流式叶轮，气体的旋转能量转化为辅助叶轮11的动能，最终通过电机转子6和电机定子3的相互运动转换成电能，回收了气体的旋转能量。在通过辅助叶轮11后，气体的旋转大幅度降低，进入二级叶轮12，由于进口状态的改善，二级叶轮12的效率有所提升，在二级叶轮12内压缩完成后，进入二级蜗壳13中进行扩压，最后流出二级蜗壳13，进入燃料电池系统。

采用带辅助叶轮的新型高效氢燃料空压机系统后，通过在二级叶轮入口安装轴流式辅助叶轮，对连接管中高速旋转气流进行整流，改善了二级叶轮入口条件，提高叶轮效率，同时通过辅助叶轮的旋转还可以回收旋转气流的部分能量，降低空压机耗功，提高整机效率。总之，采用带辅助叶轮的新型高效氢燃料空压机系统，可以改善压缩机工作状态，提高系统效率，降低系统功耗。

最后应说明的是：本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等统计数的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

Claims (2)

1.一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统，其特征在于，包括电机系统、转子系统、一级压缩机系统、二级压缩机系统、连接管(10)和辅助叶轮(11)；

所述电机系统包括电机壳(4)、电机定子(3)、端盖(1)和轴承(2)；所述转子系统包括电机转子(6)和推力盘(5)，所述一级压缩机系统包括一级叶轮(8)和一级蜗壳(9)，所述第二压缩机系统包括二级叶轮(12)和二级蜗壳(13)；

所述电机定子(3)安装在电机壳(4)内，所述电机壳(4)的两端安装有端盖(1)，所述端盖(1)通过轴承(2)安装有电机转子(6)，所述电机转子(6)的一端安装有推力盘(5)和一级叶轮(8)，所述电机转子(6)的另一端安装有二级叶轮(12)和辅助叶轮(11)，所述一级叶轮(8)、二级叶轮(12)和辅助叶轮(11)均通过螺母(7)安装在电机转子(6)上，所述电机壳(4)的两端安装有一级蜗壳(9)和二级蜗壳(13)，所述一级蜗壳(9)、二级蜗壳(13)与一级叶轮(8)、二级叶轮(12)和辅助叶轮(11)形成气体流道，所述连接管(10)的两端分别与一级蜗壳(9)的出口和二级蜗壳(13)的进口连接。

2.根据权利要求1所述的一种带辅助叶轮的高效氢燃料空压机系统，其特征在于，所述辅助叶轮(11)为轴流式叶轮。

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