CN217518918U - 空气压缩装置和氢能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气压缩装置和氢能系统，所述空气压缩装置包括第一壳体、电机和多个第一导流件，所述第一壳体内设有气体进口、压缩气体出口、第一压缩腔、第二压缩腔和气体通道，所述第一压缩腔和所述气体进口连通，第二压缩腔和所述气体出口连通，所述第一压缩腔通过所述气体通道和所述第二压缩腔连通；所述电机包括第二壳体，所述电机设在所述第一壳体内；多个所述第一导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置在所述气体通道中。本发明的空气压缩装置具有体积小、气动效率高的优点。

Description

空气压缩装置和氢能系统

技术领域

本发明涉及燃料电池空压机技术领域，具体地，涉及一种空气压缩装置和氢能系统。

背景技术

空气压缩装置是一种用于了提升燃料电池入口处的供气压力和流量的装置。相关技术中的空气压缩装置具有两级增压结构，其中空气压缩装置的第一压缩腔和第二压缩腔通过中间管道相连。但是，空气压缩装置上设置中间管道不仅使空气压缩装置体积较大，而且会出现第二压缩腔进气不均匀的问题，从而导致空气压缩装置的气动效率降低。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：相关技术中的空气压缩装置具有壳体，第一压缩腔和第二压缩设在壳体内，其中第一压缩腔和第二压缩通过设置在壳体外的中间管道相连通，以使空气经过第一压缩腔增压后可以通过中间管道流入第二压缩腔进行二次增压。但是，经过第一压缩腔增压后空气流动不均匀，直接通过中间管道流向第二压缩腔会导致压缩空气的流场紊乱，进而降低空气压缩装置气动效率。此外，中间管道设在空气压缩装置的外部，为了保证压缩气体可以顺利流入第二压缩腔，中间管道的径向尺寸较大，导致空气压缩装置整体的体积大，占用的空间较多。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种空气压缩装置，该空气压缩装置具有体积小、气动效率高的优点。

本发明的实施例还提出一种氢能系统，该氢能系统具有本发明实施例的空气压缩装置。

本发明实施例的空气压缩装置包括：第一壳体，所述第一壳体内设有气体进口、压缩气体出口、第一压缩腔、第二压缩腔和气体通道，所述第一压缩腔和所述气体进口连通，第二压缩腔和所述气体出口连通，所述第一压缩腔通过所述气体通道和所述第二压缩腔连通；电机，所述电机包括第二壳体，所述电机设在所述第一壳体内；和多个第一导流件，多个所述第一导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置在所述气体通道中。

本发明实施例的空气压缩装置利用气体通道内的多个第一导流件对压缩空气起到导流的作用，优化了空气的流动角度，进而提高了压缩空气流动均匀性，避免压缩空气流动不均匀造成气体通道内的压缩空气流动紊乱，因此提高了气动效率。

此外，第一壳体内设置能够连通第一压缩腔和第二压缩腔的气体通道，使经过第一压缩腔增压后的压缩空气可以通过气体通道直接流入第二压缩腔中，进而无需通过在第一壳体外设置中间管路也能将第一压缩腔和第二压缩腔连通，因此减小了空气压缩装置的体积。

由此，本发明实施例的空气压缩装置具有体积小、气动效率高的优点。

在一些实施例中，所述第一壳体的内壁面和所述第二壳体的外壁面之间限定出所述气体通道。

在一些实施例中，所述气体通道包括第一环形段、第二环形段和第三环形段，所述第一环形段和所述第二环形段在所述第一壳体的轴向上相对设置，所述第三环形段具有在所述第一壳体的轴向上相对的第一端部和第二端部，所述第一环形段的内端部和所述第一压缩腔连通，所述第一环形段的外端部和所述第一端部连通，所述第二端部和所述第二环形段的外端部连通，所述第二环形段的内端部与所述第二压缩腔连通。

在一些实施例中，所述第一导流件包括在其高度方向上相对的第一端和第二端，所述第一端与所述第一壳体的内壁面相连，所述第二端与所述第二壳体的外壁面相连。

在一些实施例中，所述第一壳体包括第一端盖、第二端盖和第一围壁，所述第一围壁具有在所述第一壳体的轴向上相对的第三端部和第四端部，所述第一端盖与所述第三端部相连，所述第二端盖与所述第四端部相连，所述第二壳体包括第三端盖、第四端盖、第二围壁和套壳，所述第二围壁具有在所述第一壳体的轴向上相对的第五端部和第六端部，所述第三端盖与所述第五端部相连，所述第六端部与所述第四端盖相连，所述套壳套设在第二围壁上，所述第一导流件与所述套壳的外周面相连。

在一些实施例中，所述第一围壁、多个所述第一导流件和所述套壳一体成型。

在一些实施例中，还包括冷却介质进口和冷却介质出口，所述第二围壁的外周面上设有螺旋槽，所述螺旋槽与所述套壳的内周壁限定出冷却通道，所述冷却介质进口贯穿所述第一围壁、所述第一导流件和所述套壳且与所述冷却通道连通，所述冷却介质出口贯穿所述第一围壁、所述第一导流件和所述套壳且与所述冷却通道连通。

在一些实施例中，所述空气压缩装置还包括多个第二导流件，多个所述第二导流件设在所述第一环形段中，且多个所述第二导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置，多个所述第一导流件设在所述第三环形段中，且多个所述第一导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置。

在一些实施例中，所述空气压缩装置还还包括多个第三导流件，多个所述第三导流件设在第二环形段中，且多个所述第三导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置，多个所述第一导流件设在所述第三环形段中，且多个所述第一导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置。

本发明实施例的氢能系统上述任一实施例所述的空气压缩装置，所述氢能系统还包括：燃料电池，所述空气压缩装置与所述燃料电池相连。

附图说明

图1是本发明实施例的空气压缩装置的结构示意图。

图2是本发明另一实施例的空气压缩装置的结构示意图。

图3是本发明再一实施例的空气压缩装置的结构示意图。

附图标记：

空气压缩装置100；

第一壳体1；气体进口11；内腔12；第一压缩腔121；第二压缩腔122；气体通道123；第一环形段1231；第二环形段1232；第三环形段1233；第一端部12331；第二端部12332；第一端盖13；第二端盖14；第一围壁15；第三端部151；第四端部152；

电机2；第二壳体21；第三端盖211；第四端盖212；第二围壁213；第五端部2131；第六端部2132；螺旋槽2133；套壳214；

第一导流件3；第一端31；第二端32；

冷却介质进口41；冷却介质出口42；

第二导流件5；消旋叶片51；扩压叶片52；第三导流件6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的空气压缩装置100。

如图1-图3所示，本发明实施例的空气压缩装置100包括第一壳体1、电机2和多个第一导流件3。

第一壳体1内设有气体进口11、压缩气体出口(图中未示出)、第一压缩腔121、第二压缩腔122和气体通道123，第一压缩腔121和气体进口11连通，第一压缩腔121和气体出口连通，第一压缩腔121通过气体通道123和第二压缩腔122连通。例如图1所示，第一压缩腔121和第二压缩腔122在左右方向上间隔设置。

其中，空气通过气体进口11进入第一压缩腔121进行一次增压，一次增压后的空气可以通过第一壳体1内的气体通道123流入第二压缩腔122。一次增压后的空气在第二压缩腔122进行二次增压，然后通过该压缩气体出口排出。

电机2包括第二壳体21，电机2设在第一壳体1内。

多个第一导流件3沿第一壳体1的周向间隔设置在气体通道123中。气体通道123内设置多个第一导流件3，使第一导流件3对经过一次增压的压缩空气起到导流的作用，进而提高了该压缩空气的流动均匀性，避免该压缩空气因流动不均匀而导致气体通道123内的该压缩空气流动紊乱，因此减小了该压缩空气由第一压缩腔121流向第二压缩腔122的沿程损失和局部损失，提高了气动效率。

可以理解的是，燃料电池功率与空气压缩装置100的气动效率相关，空气压缩装置100气动效率高，向燃料电池供气流量大，燃料电池参与化学反应的原料增多，可以使燃料电池输出功率增大。

本发明实施例的空气压缩装置100利用气体通道123内的多个第一导流件3对压缩空气起到导流的作用，优化了压缩空气的流动角度，进而提高了压缩空气的流动均匀性，避免压缩空气流动不均匀造成气体通道123内的压缩空气流动紊乱，因此提高了气动效率。

此外，第一壳体1内设置能够连通第一压缩腔121和第二压缩腔122的气体通道123，使经过第一压缩腔121增压后的压缩空气可以通过位于第一壳体1内的气体通道123直接流入第二压缩腔122中，进而无需通过在第一壳体1外设置中间管路也能将第一压缩腔121和第二压缩腔122连通，因此减小了空气压缩装置100的体积。

由此，本发明实施例的空气压缩装置100具有体积小、气动效率高的优点。

在一些实施例中，如图1所示，第一壳体1的内壁面和第二壳体21的外壁面之间限定出气体通道123。具体地，第一壳体1具有内腔12，电机2设在内腔12中，气体通道123形成在第一壳体1的内壁面和第二壳体21的外壁面之间。

电机2的第二壳体21与第一壳体1限定出气体通道123，充分利用了本发明实施例的空气压缩装置100的第一壳体1内的空间，进而进一步地减少了本发明实施例的空气压缩装置100的体积，而且降低了形成气体通道123的难度，进而降低了空气压缩装置100的制造难度。

在一些实施例中，如图1所示，第一导流件3包括在其高度方向上相对的第一端31(如图1中第一导流件3的外端)和第二端32(如图1中第一导流件3的内端)，第一端31与第一壳体1的内壁面相连，第二端32与第二壳体21的外壁面相连。

换言之，电机2的第二壳体21可以通过多个第一导流件3与第一壳体1相连，使电机2无需通过其它连接件就可以安装在第一壳体1内，避免在第一壳体1和第二壳体21之间设置连接件扰乱气体通道123中压缩空气的流动状态，因此进一步提高了压缩空气流动均匀性，提高了气动效率。

进一步地，气体通道123包括多个分支通道，分支通道形成在第一壳体1周向上相邻的第一导流件3、第一壳体1的内壁面和第二壳体21的外壁面之间。

可以理解的是，当压缩空气经过由相邻第一导流件3形成的分支通道时，在第一壳体1轴向上间隔设置的多个分支通道可以对压缩空气起到导流的作用，进而提高了压缩空气流动均匀性，避免压缩空气流动不均匀造成气体通道123内的压缩空气流动紊乱，因此减小了压缩空气的由第一压缩腔121流向第二压缩腔122的沿程损失和局部损失，提高了气动效率。

在一些实施例中，如图1和图2所示，气体通道123包括第一环形段1231、第二环形段1232和第三环形段1233，第一环形段1231和第二环形段1232在第一壳体1的轴向上(如图1中的左右方向)相对设置。

第三环形段1233具有在第一壳体1的轴向上相对的第一端部12331(如图1中所示的第三环形段1233的左端部)和第二端部12332(如图1中所示的第三环形段1233的右端部)，第一环形段1231的内端部和第一压缩腔121连通，第一环形段1231的外端部和第一端部12331连通，第二端部12332和第二环形段1232的外端部连通，第二环形段1232的内端部与第二压缩腔122连通。其中，内端部是指在第二壳体21的径向上邻近第二壳体21中心轴线的一端，外端部是指在第二壳体21的径向上远离第二壳体21中心轴线的一端。

在一些实施例中，如图1和图2所示，本发明实施例的空气压缩装置100还包括多个第二导流件5，多个第二导流件5设在第一环形段1231中，且多个第二导流件5沿第一壳体1的周向间隔设置，多个第一导流件3设在第三环形段1233中，且多个第一导流件3沿第一壳体1的周向间隔设置。

换言之，第二导流件5可以对经过第一压缩腔121处理后的压缩空气起到导流的作用，优化了空气的流动角度，避免压缩空气流动不均匀。并且在压缩空气通过第二导流件5后再进入第一导流件3，使压缩空气流动始终保持均匀，避免压缩空气流动紊乱。

第二导流件5设在在第一壳体1的轴向上邻近第一压缩腔121的第一环形段1231中，使压缩空气从第一压缩腔121排出后的自由流动时间减少，降低了压缩空气在气体通道123内的沿程损失和局部损失，进一步地提高了气动效率。其中，压缩空气自由流动是指压缩空气在未受到导流件导向时的流动状态。

在一些实施例中，如图3所示，本发明实施例的空气压缩装置100还包括多个第三导流件6，多个第三导流件6设在第二环形段1232中，且多个第三导流件6沿第一壳体1的周向间隔设置，多个第一导流件3设在第三环形段1233中，且多个第一导流件3沿第一壳体1的周向间隔设置。

换言之，在压缩空气通过第一导流件3后再进入第三导流件6，使压缩空气在进入第二压缩腔122之前气体流动始终保持均匀，保证压缩空气流动不会紊乱。并且第三导流件6可以优化压缩空气流入第二压缩腔122的角度，进而提高气动效率。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第一壳体包括第一端盖13、第二端盖14和第一围壁15，第一围壁15具有在第一壳体的轴向上相对的第三端部151(如图1中第一围壁15的左端部)和第四端部152(如图1中第一围壁15的左端部)，第一端盖13与第三端部151相连，第二端盖14与第四端部152相连。

第二壳体21包括第三端盖211、第四端盖212、第二围壁213和套壳214，第二围壁213具有在第一壳体1的轴向上相对的第五端部2131(如图1中第二围壁213的左端部)和第六端部2132(如图1中第二围壁213的右端部)，第三端盖211与第五端部2131相连，第六端部2132与第四端盖212相连，套壳214套设在第二围壁213上，第一导流件3与套壳214的外周面相连。

优选地，如图1所示，第一围壁15、多个第一导流件3和套壳214一体成型。

换言之，第一围壁15、多个第一导流件3和套壳214为一个部件，一方面，第一围壁15、多个第一导流件3和套壳214一体成型，使各组件之间没有连接缝隙，避免连接缝隙扰乱压缩气体的流动，有利于减小压缩空气在第一围壁15、多个第一导流件3和套壳214之间形成的分支通道内的流动阻力，提高了气动效率。另一方面，第一围壁15、多个第一导流件3和套壳214一体成型便于组装和拆卸，因此提高了本发明实施例的空气压缩装置100的实用性。

在一些实施例中，如图1所示，第二导流件5包括消旋叶片51和扩压叶片52，消旋叶片51为多个，多个扩压叶片52沿第一壳体1周向间隔设置在第三端盖211上，扩压叶片52为多个，多个消旋叶片51沿第一壳体1周向间隔设置在第二围壁213上。其中，扩压叶片52对气体通道123内的压缩气体具有导流和扩压的作用，消旋叶片51对压缩气体具有导流的作用。

在一些实施例中，如图1-图3所示，空气压缩装置100还包括冷却介质进口41和冷却介质出口42。

第二围壁213的外周面上设有螺旋槽2133，螺旋槽2133与套壳214的内周壁限定出冷却通道，冷却介质进口41贯穿第一围壁15、第一导流件3和套壳214且与冷却通道连通，冷却介质出口42贯穿第一围壁15、第一导流件3和套壳214且与冷却通道连通。

冷却介质可以从冷却介质进口41进入冷却通道内，通过冷却通道与电机2进行换热，进而降低电机2的温度。换热后的冷却介质可以从冷却介质出口42排出。

具体地，冷却介质进口41为贯穿第一围壁15、第一导流件3和套壳214的第一通孔，冷却介质出口42为贯穿第一围壁15、第一导流件3和套壳214的第二通孔。也就是说，冷却介质进口41和冷却介质出口42均充分利用了第一导流件3的结构，无需在第一围壁15和套壳214之间另外设置用于流通冷却介质的管路结构，进而保证气体通道123内没有多余的结构扰乱气体流动，有利于提高本发明实施例的空气压缩装置100的气动效率。

本发明实施例的氢能系统包括上述任一实施例的空气压缩装置100。

本发明实施例的氢能系统还包括制氢装置、储氢装置和燃料电池。

可再生能源制氢装置用于为燃料电池提供氢气，储氢装置与制氢装置相连，以便储氢装置储存制氢装置制备的氢气。燃料电池与储氢装置相连，空气压缩装置100与燃料电池相连，空气压缩装置100用于提高进入燃料电池的空气的压力，有利于提高燃料电池的发电效率。

可以理解的是，燃料电池利用氢气发电，进而氢能系统发电向外界输出污染物少，因此本发明实施例的氢能系统具有节能环保的优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种空气压缩装置，其特征在于，包括：

第一壳体，所述第一壳体内设有气体进口、压缩气体出口、第一压缩腔、第二压缩腔和气体通道，所述第一压缩腔和所述气体进口连通，第二压缩腔和所述气体出口连通，所述第一压缩腔通过所述气体通道和所述第二压缩腔连通；

电机，所述电机包括第二壳体，所述电机设在所述第一壳体内；和

多个第一导流件，多个所述第一导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置在所述气体通道中。

2.根据权利要求1所述的空气压缩装置，所述第一壳体的内壁面和所述第二壳体的外壁面之间限定出所述气体通道。

3.根据权利要求2所述的空气压缩装置，所述气体通道包括第一环形段、第二环形段和第三环形段，所述第一环形段和所述第二环形段在所述第一壳体的轴向上相对设置，所述第三环形段具有在所述第一壳体的轴向上相对的第一端部和第二端部，所述第一环形段的内端部和所述第一压缩腔连通，所述第一环形段的外端部和所述第一端部连通，所述第二端部和所述第二环形段的外端部连通，所述第二环形段的内端部与所述第二压缩腔连通。

4.根据权利要求2所述的空气压缩装置，所述第一导流件包括在其高度方向上相对的第一端和第二端，所述第一端与所述第一壳体的内壁面相连，所述第二端与所述第二壳体的外壁面相连。

5.根据权利要求1所述的空气压缩装置，其特征在于，所述第一壳体包括第一端盖、第二端盖和第一围壁，所述第一围壁具有在所述第一壳体的轴向上相对的第三端部和第四端部，所述第一端盖与所述第三端部相连，所述第二端盖与所述第四端部相连，

所述第二壳体包括第三端盖、第四端盖、第二围壁和套壳，所述第二围壁具有在所述第一壳体的轴向上相对的第五端部和第六端部，所述第三端盖与所述第五端部相连，所述第六端部与所述第四端盖相连，所述套壳套设在第二围壁上，所述第一导流件与所述套壳的外周面相连。

6.根据权利要求5所述的空气压缩装置，其特征在于，所述第一围壁、多个所述第一导流件和所述套壳一体成型。

7.根据权利要求5所述的空气压缩装置，其特征在于，还包括冷却介质进口和冷却介质出口，

所述第二围壁的外周面上设有螺旋槽，所述螺旋槽与所述套壳的内周壁限定出冷却通道，所述冷却介质进口贯穿所述第一围壁、所述第一导流件和所述套壳且与所述冷却通道连通，所述冷却介质出口贯穿所述第一围壁、所述第一导流件和所述套壳且与所述冷却通道连通。

8.根据权利要求3所述的空气压缩装置，其特征在于，还包括多个第二导流件，

多个所述第二导流件设在所述第一环形段中，且多个所述第二导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置，

多个所述第一导流件设在所述第三环形段中，且多个所述第一导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置。

9.根据权利要求3所述的空气压缩装置，其特征在于，还包括多个第三导流件，多个所述第三导流件设在第二环形段中，且多个所述第三导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置，

多个所述第一导流件设在所述第三环形段中，且多个所述第一导流件沿所述第一壳体的周向间隔设置。

10.一种氢能系统，包括权利要求1-9中任一项所述的空气压缩装置，其特征在于，还包括：燃料电池，所述空气压缩装置与所述燃料电池相连。

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