一种自增压冷却的氢燃料电池空压机的制作方法

本发明属于氢燃料电池空压机，尤其涉及一种自增压冷却的氢燃料电池空压机。

背景技术：

1、离心压缩机用于将大气环境中的空气加压至燃料电池组最佳操作压力，并根据实际工况需求提供所需的空气质量流量，是氢燃料电池汽车电堆系统中阴极空气供应子系统的最重要部件。气浮轴承高速离心压缩机具有无油、高效、低成本、轻量化和动态响应能力好等优点，是目前车载氢燃料电池空气压缩机的最佳选择和主要发展方向。随着汽车行业的发展和氢能技术的普及和完善，氢燃料电池车的研究已经取得了一定成果，但在空气压缩机等关键零部件生产方面仍存在巨大困难。离心压缩机自身功耗较大，还存在转速低、压比小、噪音大、稳定工作时间短等问题。小流量、大压比和高转速的离心压缩机的设计难度大、没有成熟的经验和依据，它的研究作为工业难题成为了现在研究的热点。

2、高速离心压缩机工作时内部产生大量热量，未及时排出的热量产生热量堆积，使压缩机内部温度过高的情况，进而导致压缩机被迫停机。压缩机降温目前有外部水冷和内部风冷两种形式。外部水冷是在电机定子外的压缩机壳体中设有冷却水道进行散热降温，内部风冷是在压缩机壳体等零部件中设有气流通道进行散热降温。

3、采用内部风冷对压缩机降温的方法中，公开号cn112879353a，名称为一种高速离心压缩机回流风冷系统的中国发明专利申请，公开了一种内部风冷结构，其冷却风源是从一级蜗道进入内部，在内部各部件之间循环冷却后，从壳体上的小孔排放到壳体外。该专利虽然在高速离心压缩机内部风冷领域有了突破性的进展，但是其冷却风源是从一级蜗壳引入，一级蜗壳内的气体压力相对较小，冷却气体在压缩机内部循环速度慢，单位时间内冷却效率低，高速离心压缩机长时间运行时，不能满足压缩机内部各部件的冷却需求。公开号cn114810673a，名称为一种高速离心压缩机二级压缩回流内循环风冷系统的中国发明专利申请，公开了一种内部风冷结构，其冷却风源是从二级蜗道进入内部，在内部各部件之间循环冷却后，从扩压器上的小孔排放到压缩机一级端。该专利虽然冷却气体在内部压力大、循环速度快，但是气体经过两级压缩具有较高温度，二级蜗壳中的高温气体难以带走压缩机内部热量，甚至于导致压缩机内部热量增大，进一步导致压缩机被迫停机。

4、离心压缩机内部风冷系统出口位于压缩机壳体外部，接有排气软管进行冷却气排出。排气管能够防止空气中杂质进入压缩机轴承转子系统，但排气阻力较大。离心压缩机在电堆系统中工作，高转速下进口吸气易产生负压。当冷却风源从一级蜗壳引入，排气阻力导致一级蜗道内压力较小的冷却气体难以排出，甚至产生倒吸现象。当冷却风源从二级蜗道直接引入避免了难以排气和倒吸现象，但二级蜗壳中的高温气体难以实现压缩机内部散热。因此，高速离心压缩机的内部风冷结构设计问题仍需解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自增压冷却的氢燃料电池空压机，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种自增压冷却的氢燃料电池空压机，包括压缩机壳体，所述压缩机壳体内安装有驱动件，所述压缩机壳体的两端分别固接有一级压缩端和二级压缩端，所述一级压缩端与所述二级压缩端连通，所述压缩机壳体底部分别设有第一冷却气进口和冷却气出口，所述第一冷却气进口位于靠近所述二级压缩端的一端，所述第一冷却气进口通过冷却器与所述二级压缩端连通。

3、优选的，所述一级压缩端包括一级蜗壳，所述一级蜗壳与所述压缩机壳体固接，所述一级蜗壳内安装有一级叶轮，所述一级叶轮与所述驱动件传动连接，所述一级蜗壳远离所述压缩机壳体的一端设有一级进口，所述一级蜗壳的顶部设有一级出口，所述一级出口与所述二级压缩端连通。

4、优选的，所述二级压缩端包括与所述压缩机壳体固接的二级蜗壳，所述二级蜗壳内安装有二级叶轮，所述二级叶轮与所述驱动件传动连接，所述二级蜗壳远离所述压缩机壳体的一端设有二级进口，所述二级进口与所述一级出口连通，所述二级蜗壳的底部设有二级出口，所述二级出口与电堆系统连通，所述二级出口靠近所述冷却器的一侧连通有二级出口支管，所述二级出口支管与所述冷却器连通。

5、优选的，所述驱动件包括安装在所述压缩机壳体内的主轴，所述主轴上安装有高速电机定子，所述主轴的两端分别与所述一级叶轮和所述二级叶轮传动连接。

6、优选的，所述冷却器为中冷器，所述中冷器分别与所述二级出口支管和所述第一冷却气进口连通。

7、优选的，所述冷却气出口连通有排气软管。

8、本发明公开了以下技术效果：本发明中一级压缩端和二级压缩端分别位于压缩机壳体两侧，采用背靠背集成设计，使得整个装置结构紧凑。经过冷却器冷却的两级压缩气体，内部压力大、循环速度快、气体温度低，有助于主轴、气浮轴承、高速电机等部件实现温降。冷却气体带走压缩机内部热量，增加压缩机稳定运行时间，减少或避免压缩机被迫停机。

技术特征：

1.一种自增压冷却的氢燃料电池空压机，其特征在于：包括压缩机壳体(1)，所述压缩机壳体(1)内安装有驱动件，所述压缩机壳体(1)的两端分别固接有一级压缩端(4)和二级压缩端(5)，所述一级压缩端(4)与所述二级压缩端(5)连通，所述压缩机壳体(1)底部分别设有第一冷却气进口(11)和冷却气出口(12)，所述第一冷却气进口(11)位于靠近所述二级压缩端(5)的一端，所述第一冷却气进口(11)通过冷却器与所述二级压缩端(5)连通。

2.根据权利要求1所述的自增压冷却的氢燃料电池空压机，其特征在于：所述一级压缩端(4)包括一级蜗壳(43)，所述一级蜗壳(43)与所述压缩机壳体(1)固接，所述一级蜗壳(43)内安装有一级叶轮(42)，所述一级叶轮(42)与所述驱动件传动连接，所述一级蜗壳(43)远离所述压缩机壳体(1)的一端设有一级进口(41)，所述一级蜗壳(43)的顶部设有一级出口(44)，所述一级出口(44)与所述二级压缩端(5)连通。

3.根据权利要求2所述的自增压冷却的氢燃料电池空压机，其特征在于：所述二级压缩端(5)包括与所述压缩机壳体(1)固接的二级蜗壳(53)，所述二级蜗壳(53)内安装有二级叶轮(52)，所述二级叶轮(52)与所述驱动件传动连接，所述二级蜗壳(53)远离所述压缩机壳体(1)的一端设有二级进口(51)，所述二级进口(51)与所述一级出口(44)连通，所述二级蜗壳(53)的底部设有二级出口(54)，所述二级出口(54)与电堆系统连通，所述二级出口(54)靠近所述冷却器的一侧连通有二级出口支管(55)，所述二级出口支管(55)与所述冷却器连通。

4.根据权利要求3所述的自增压冷却的氢燃料电池空压机，其特征在于：所述驱动件包括安装在所述压缩机壳体(1)内的主轴(3)，所述主轴(3)上安装有高速电机定子(2)，所述主轴(3)的两端分别与所述一级叶轮(42)和所述二级叶轮(52)传动连接。

5.根据权利要求3所述的自增压冷却的氢燃料电池空压机，其特征在于：所述冷却器为中冷器(6)，所述中冷器(6)分别与所述二级出口支管(55)和所述第一冷却气进口(11)连通。

6.根据权利要求1所述的自增压冷却的氢燃料电池空压机，其特征在于：所述冷却气出口(12)连通有排气软管(7)。

技术总结
本发明公开一种自增压冷却的氢燃料电池空压机，属于氢燃料电池空压机领域，包括压缩机壳体，压缩机壳体内安装有驱动件，压缩机壳体的两端分别固接有一级压缩端和二级压缩端，一级压缩端与二级压缩端连通，压缩机壳体底部分别设有第一冷却气进口和冷却气出口，第一冷却气进口位于靠近二级压缩端的一端，第一冷却气进口通过冷却器与二级压缩端连通。本发明中一级压缩端和二级压缩端分别位于压缩机壳体两侧，使得整个装置结构紧凑。经过冷却器冷却的两级压缩气体，内部压力大、循环速度快、气体温度低，有助于主轴、气浮轴承、高速电机等部件实现温降。冷却气体带走压缩机内部热量，增加压缩机稳定运行时间，减少或避免压缩机被迫停机。

技术研发人员：姜杰,杨山举,郝杰,鲁照彬
受保护的技术使用者：苏州氢启新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16