离心空压机和具有该离心空压机的燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及空压机技术领域，具体涉及一种离心空压机和具有该离心空压机的燃料电池系统。


背景技术：

2.离心式空压机一般采用永磁电机直驱方式，主轴轴端固定联接相应地离心式叶轮，叶轮内置于蜗壳内。电机转子超高速旋转下，叶轮带动气体高速旋转(80000rpm以上)，并产生高压及大流量的压缩空气，供给燃料电池发动机用于燃料电池电堆内部电化学反应的发生。其中轴承提供支撑转子(包括主轴-叶轮)一体化旋转部件高速旋转，超高速的转子会产生大量的热量。
3.相关技术中，为了提升离心式空压机的散热效果，在空压机的壳体上设置流道，通过循环液或循环气对离心式空压机进行降温，此种方式对定子处降温效果比明显。但仍然存在电机轴承处的散热有限的问题，进而热量聚集在空压机内部将会影响电机定子及其控制电路以及转子的运行状态，甚至会大大降低离心空压机的使用寿命。


技术实现要素：

4.本实用新型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，本实用新型的实施例提出一种离心空压机。该离心空压机具有提升冷却效率及使用寿命的优点。
5.本实用新型实施例还提出一种燃料电池系统。
6.本实用新型实施例的离心空压机包括壳体、第一压气机、定子、转子组件、第一轴承和第二轴承。
7.所述壳体具有容纳腔，所述壳体上开设有第一冷却液通道，所述定子和转子组件中的每一者均设置在所述容纳腔内，所述第一压气机的蜗壳和所述定子中的每一者均与所述壳体相连，所述定子套设在所述转子组件的外侧，所述第一压气机的轮毅套设在所述转子组件上，所述第一轴承和所述第二轴承中的每一者均套设在所述转子组件上，所述第一轴承具有第二冷却液通道，所述第二轴承具有第三冷却液通道，所述第一冷却液通道、所述第二冷却液通道和所述第三冷却液通道连通以形成所述冷却液循环通道。
8.本实用新型实施例的离心空压机，通过设置在壳体上的第一冷却液通道、所述第一轴承上的第二冷却液通道及所述第二轴承上的第三冷却液通道连通以形成所述冷却液循环通道，可以将冷却液循环至轴承，将轴承附近的热量随着循环液散发出去，避免热量在离心空压机的轴承附近聚集而影响离心空压机使用寿命的问题。此外，通过冷却液对相应地轴承进行冷却，相对于采用气体冷却而言，本实用新型采用冷却液进行冷却可以大大提升轴承的冷却效率。由此，具有提升离心空压机使用寿命的优点。
9.因此，本实用新型实施例的离心空压机具有使用寿命长及提升轴承附近的散热效率的优点。
10.在一些实施例中，所述的离心空压机还包括第二压气机和气流管道，所述第一压气机和所述第二压气机中的每一者的轮毂分别套设在所述转子组件的两端，所述气流管道的一端与所述第一压气机的排气口连通，所述气流管道的另一端与所述第二压气机的进气口连通。
11.在一些实施例中，所述第一压气机和所述第二压气机沿所述转子组件的轴向对称设置在所述转子组件的两端。
12.在一些实施例中，所述第一轴承包括第一轴承本体和第一轴承座，所述第二轴承包括第二轴承本体和第二轴承座，所述第二冷却液通道设置在所述第一轴承座上，所述第三冷却液通道设置在所述第二轴承座上，所述第一轴承本体的外周面与所述第一轴承座的内周面相连，所述第二轴承本体的外周面与所述第二轴承座的内周面相连，所述第一轴承本体套设在所述转子组件靠近所述第一压气机的一侧，所述第二轴承本体套设在所述转子组件靠近所述第二压气机的一侧。
13.在一些实施例中，所述第一冷却液通道包括第一冷却液段、第二冷却液段和第三冷却液段，所述第一冷却液段能够与水源连通，所述第一冷却液段、所述第三冷却液通道、所述第二冷却液段、所述第二冷却液通道和所述第三冷却液段按照冷却液的流向依次连通构成所述冷却液循环通道。
14.在一些实施例中，所述转子组件包括转轴和实心磁钢，所述转轴内具有轴腔，所述实心磁钢嵌设在所述轴腔内。
15.在一些实施例中，所述的离心空压机还包括第一背板，所述第一背板设置在所述第一压气机的蜗壳和所述第一轴承座之间，所述第一背板与所述壳体相连，所述第一压气机的蜗壳、所述第一背板、所述转轴和所述第一轴承座之间构成第一气体冷却通道，所述第一气体冷却通道的进气口设置在所述第一压气机的蜗壳上，所述第一气体冷却通道的出气口设置在所述壳体上。
16.在一些实施例中，所述的离心空压机还包括第二背板，所述第二背板设置在所述第二压气机的蜗壳和所述第二轴承座之间，所述第二背板与所述壳体相连，所述第二压气机的蜗壳、所述第二背板、所述转轴、所述第二轴承座、所述定子和所述转子组件之间限定出第二气体冷却通道，所述第二气体冷却通道的进气口设置在所述第二压气机的蜗壳上，所述第二气体冷却通道的出气口设置在所述壳体上。
17.在一些实施例中，所述的离心空压机还包括循环气管，所述第二压气机具有辅助排气口和主排气口，所述主排气口能够与燃料电池连通，所述循环气管的进气口与所述第二压气机的辅助排气口连通，所述循环气管的排气口与所述第二气体冷却通道的进气口连通。
18.在一些实施例中，所述循环气管包括第一气管和第二气管，所述第一气管设置在所述壳体外侧，所述第二气管设置在所述壳体内以便于所述第一冷却液通道进行热量的交换，且所述第一气管的一端与所述辅助排气口连通，所述第一气管的另一端与所述第二气管的进气口连通，所述第二气管的排气口与所述第二气体冷却通道的进气口连通。
19.在一些实施例中，所述第二气管具有多个，多个所述第二气管沿所述容纳腔的长度方向延伸，多个所述第二气管沿所述壳体的周向间隔开地设置。
20.本实用新型实施例的燃料电池系统可以包括上述任一项实施例所述的离心空压
机。
附图说明
21.图1是本实用新型一个实施例的离心空压机的剖视图，其中，箭头表示冷却液循环通道。
22.图2是本实用新型实施例的离心空压机的另一剖视图，其中，箭头表示冷却液循环通道。
23.图3是图2在a处的放大图。
24.附图标记：
25.离心空压机100；
26.壳体1；第一冷却液通道11；第一冷却液段111；第二冷却液段112；第三冷却液段113；容纳腔12；
27.第一压气机21；第二压气机22；辅助排气口221；主排气口222；
28.气流管道3；
29.定子4；
30.转子组件5；转轴51；实心磁钢52；轴腔53；
31.第一轴承6；第一轴承本体61；第一轴承座62；第二冷却液通道621；
32.第二轴承7；第二轴承本体71；第二轴承座72；第三冷却液通道721；
33.循环气管8；第一气管81；第二气管82；
34.第一背板91；第二背板92；
35.第一气体冷却通道101；第二气体冷却通道102。
具体实施方式
36.下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
37.下面参考图1-图3描述本实用新型实施例的离心空压机100。
38.本实用新型实施例的离心空压机100包括壳体1、第一压气机21、定子4、转子组件5、第一轴承6和第二轴承7。
39.壳体1具有容纳腔12，壳体1上开设有第一冷却液通道11，定子4和转子组件5中的每一者均设置在容纳腔12内，第一压气机21的蜗壳和定子4中的每一者均与壳体1相连，定子4套设在转子组件5的外侧，第一压气机21的轮毅套设在转子组件5上，第一轴承6和第二轴承7中的每一者均套设在转子组件5上，第一轴承6具有第二冷却液通道621，第二轴承7具有第三冷却液通道721，第一冷却液通道11、第二冷却液通道621和第三冷却液通道721连通以形成冷却液循环通道。换言之，壳体1上的第一冷却液通道11、第一轴承6上的第二冷却液通道621及第二轴承7上的第三冷却液通道721连通以形成冷却液循环通道。
40.本实用新型实施例的离心空压机100，通过设置在壳体1上的第一冷却液通道11、第一轴承6上的第二冷却液通道621及第二轴承7上的第三冷却液通道721连通以形成冷却液循环通道，可以将冷却液循环至相应的轴承附近
41.，将轴承附近的热量随着循环液散发出去，避免热量在离心空压机100的轴承附近聚集而影响离心空压机100使用寿命的问题。此外，通过冷却液对相应地轴承进行冷却，相对于采用气体冷却而言，本实用新型采用冷却液进行冷却可以大大提升轴承附件的冷却效率。由此，具有提升离心空压机100使用寿命的优点。
42.因此，本实用新型实施例的离心空压机100具有使用寿命长及提升轴承附近的散热效率的优点。
43.如图1和图2所示，该离心空压机100还包括第二压气机22和气流管道3，第一压气机21和第二压气机22中的每一者的轮毂分别套设在转子组件5的两端，气流管道3的一端与第一压气机21的排气口连通，气流管道3的另一端与第二压气机22的进气口连通。可以理解的是，第一压气机21的气道和第二压气机22的气道串联设置。第一压气机21相当于本实用新型实施例的离心空压机100的一级压缩机，第二压气机22相当于本实用新型实施例的离心空压机100的二级压缩机。
44.本实用新型实施例的离心空压机100，通过设置两个串联设置的压缩机，可以大大提升该离心空压机100的压气比和压缩效率。
45.可选地，气流管道3设置在壳体1外。由此，具有便于安装的优点。
46.如图1和图2所示，第一压气机21和第二压气机22沿转子组件5的轴向对称设置在转子组件5的两端。可以理解的是，第一压气机21和第二压气机22背靠背地设置在转子组件5的两端。
47.需要说明的是，第一压气机21和第二压气机22背靠背地设置具体为：第一压气机21中的叶片的叶根与第二压气机22的叶片的叶根相对设置；或者第一压气机21中的叶片的叶顶与第二压气机22中的叶片的叶顶相对设置。
48.本实用新型实施例的离心空压机100，通过将第一压气机21和第二压气机22背靠背地设置，在转子组件5在转动的过程中，第一压气机21和第二压气机22产生的轴向力能够相互抵消，具有减少或平衡转子组件5所承受的轴向力的作用，进而提升了该本实用新型实施例的离心空压机100的结构的稳定性、使用寿命及转子组件5的临界转速。由此，进一步提高了该离心空压机100的压缩效率。
49.如图1和图2所示，第一轴承6包括第一轴承本体61和第一轴承座62，第二轴承7包括第二轴承本体71和第二轴承座72，第二冷却液通道621设置在第一轴承座62上，第三冷却液通道721设置在第二轴承座72上，第一轴承本体61的外周面与第一轴承座62的内周面相连，第二轴承本体71的外周面与第二轴承座72的内周面相连，第一轴承本体61套设在转子组件5靠近第一压气机21的一侧上，第二轴承本体71套设在转子组件5靠近第二压气机22的一侧上。可以理解的是，第一压气机21是属于离心空压机100的一级压缩机，第二压气机22是离心空压机100的二级压缩机，气体经过一级压缩机压缩之后会温度也会随之升高。
50.本实用新型实施例的离心空压机100，通过在第一轴承6和第二轴承7上对应地设置相应的轴承座，并将第二冷却液通道621设置在第一轴承座62上，第三冷却液通道721设置在第二轴承座72上。可以避免冷却液流入轴承本体内，造成冷却液泄漏的风险，进而影响离心空压机100的定子4、转子组件5及其控制电路的运行状态的问题。由此，本实用新型实施例的离心空压机100具有运行的安全度高的优点。
51.可选地，第一轴承座62和第二轴承座72中的每一者均为空心结构。
52.如图1和图2所示，第一冷却液通道11包括第一冷却液段111、第二冷却液段112和第三冷却液段113，第一冷却液段111能够与水源连通，第一冷却液段111、第三冷却液通道721、第二冷却液段112、第二冷却液通道621和第三冷却液段113按照冷却液的流向依次连通构成冷却液循环通道。
53.本实用新型实施例的离心空压机100，通过将第一冷却液通道11分为第一冷却液段111、第二冷却液段112和第三冷却液段113，并将第一冷却液段111、第三冷却液通道721、第二冷却液段112、第二冷却液通道621和第三冷却液段113按照冷却液的流向依次连通构成冷却液循环通道。可以理解的是，冷却液是先流经第二轴承7，因为第二轴承7靠近二级压缩机，第二轴承7内的温度相对也较高。冷却液靠近冷却液循环通道的上游的温度低于冷却液循环通道内冷却液靠近冷却液循环通道的下游的温度，将温度较低的冷却液先与通入温度较高的第二轴承座72内，具有大大提升第二轴承座72的冷却效果的优点。
54.如图1和图2所示，转子组件5包括转轴51和实心磁钢52，转轴51内具有轴腔53，实心磁钢52嵌设在轴腔53内。
55.本实用新型实施例的离心空压机100，通过将转子组件5分为转轴51和实心磁钢52，设置的实心磁钢52具有较优的整体结构强度的优点。由此，设置的实心磁钢52有利于实现转子组件5高的临界转速和低的转子挠度的要求。进而，在保证气体流量不变的前提下，实现该离心空压机100的小型化的需求，提升了该离心空压机100的便携性。
56.此外，本实用新型实施例的离心空压机100通过在转轴51上设置轴腔53，并将实心磁钢52设置在轴腔53内，以转轴51作为实心磁钢52的保护套，不需要再额外增设保护套，具有节省离心空压机100的内部空间的优点。由此，具有进一步降低该离心空压机100的体积，有利于实现该离心空压机100的小型化和轻便性的性能。同时，通过转轴51和实心磁钢52的安装配合，具有结构简单、简化的安装步骤和提升装配效率的优点。
57.如图1和图2所示，离心空压机100还包括第一背板91，第一背板91设置在第一压气机21的蜗壳和第一轴承座62之间，第一背板91与壳体1相连，第一压气机21的蜗壳、第一背板91、转轴51和第一轴承座62之间构成第一气体冷却通道101，第一气体冷却通道101的进气口设置在第一压气机21的蜗壳上，第一气体冷却通道101的出气口设置在壳体1上。
58.本实用新型实施例的离心空压机100，通过将第一背板91设置在第一压气机21的蜗壳和第一轴承座62之间，并在第一压气机21的蜗壳、第一背板91、转轴51和第一轴承座62之间构成第一气体冷却通道101，可以通过第一气体冷却通道101与冷却液循环通道结合，可以大大提升第一轴承6的降温效果。由此，具有提升离心空压机100散热效果的优点。
59.如图1和图2所示，离心空压机100还包括第二背板92，第二背板92设置在第二压气机22的蜗壳和第二轴承座72之间，第二背板92与壳体1相连，第二压气机22的蜗壳、第二背板92、转轴51、第二轴承座72、定子4和转子组件5之间限定出第二气体冷却通道102，第二气体冷却通道102的进气口设置在第二压气机22的蜗壳上，第二气体冷却通道102的出气口设置在壳体1上。
60.本实用新型实施例的离心空压机100，通过第二压气机22的蜗壳、第二背板92、转轴51、第二轴承座72、定子4和转子组件5之间限定出第二气体冷却通道102，可以通过第二气体冷却通道102与冷却液循环通道结合，可以大大提升第二轴承7的降温效果。由此，具有提升离心空压机100散热效果的优点。
61.可选地，第二气体冷却通道102的出气口和第一气体冷却通道101的出气口设置在壳体1的同一位置。
62.如图1和图2所示，离心空压机100还包括循环气管8，第二压气机22具有辅助排气口221和主排气口222，主排气口222能够与燃料电池连通，循环气管8的进气口与第二压气机22的辅助排气口221连通，循环气管8的排气口与第二气体冷却通道102的进气口连通。
63.本实用新型实施例的离心空压机100，通过设置循环气管8，循环气管8的进气口与第二压气机22的辅助排气口221连通，通过设置的循环气管8对第二压气机22的辅助排气口221排出的气体进行冷却，以便降低冷却气的温度。因此，在冷却气通入第二气体冷却通道102时，可以使冷却气的温度进一步的降低。由此，可以进一步提升第二轴承7的散热效果。
64.如图1和图2所示，循环气管8包括第一气管81和第二气管82，第一气管81设置在壳体1外侧，第二气管82设置在壳体1内以便于第一冷却液通道11进行热量的交换，且第一气管81的一端与辅助排气口221连通，第一气管81的另一端与第二气管82的进气口连通，第二气管82的排气口与第二气体冷却通道102的进气口连通。
65.本实用新型实施例的离心空压机100，通过将循环气管8设置为第一气管81和第二气管82，第二气管82设置在壳体1内以便于第一冷却液通道11进行热量的交换，可以提升循环气管8对冷却气的冷却效率。由此，可以进一步提升第二轴承7的散热效果。
66.如图1和图2所示，第二气管82具有多个，多个第二气管82均沿容纳腔12的长度方向延伸，多个第二气管82沿壳体1的周向间隔开地设置，第二气管82之间首尾相接。
67.本实用新型实施例的离心空压机100，通过多个第二气管82，可以进一步提升循环气管8对冷却气的冷却效率。由此，可以进一步提升第二轴承7的散热效果。
68.本实用新型实施例的燃料电池系统包括上述任一项实施例中的离心空压机100。由此，本实用新型实施例的燃料电池系统具有提升冷却效率及使用寿命的优点。
69.在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
70.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。在本实用新型的描述中，“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。
71.在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。
72.在本实用新型中，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。
73.在本实用新型中，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实用新型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。
74.尽管已经示出和描述了上述实施例，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，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。