一种燃料电池及其具有双冷却系统的离心式空压机的制作方法

本技术属于氢燃料电池空压机，特别涉及一种燃料电池及其具有双冷却系统的离心式空压机。

背景技术：

1、氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的装置，空压机是氢燃料电池系统中的核心部件之一，它将环境大气中的氧气提升至一定压力，输送给氢燃料电池反应堆，并与氢气发生电化学反应，产生电能和水。

2、随着对燃料电池成本与效率的追求，需要提高进堆压力，要求空压机提供较高压比。目前离心式空压机以其结构紧凑、质量轻、排气量范围大和运转可靠等特点在氢燃料电池系统中得到广泛应用。离心式空压机设计一般采用电机直驱方式，电机转子和主轴做成一体化结构，转子两端使用空气轴承支持，主轴两端联接离心式叶轮，叶轮内置于压壳内。由于电机在工作时产生大量热量，热量聚集在空压机内部会降低电机效率，甚至导致定子绕组烧毁，因此必须及时有效地实现散热。

3、因此，如何有效提高空压机的散热性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种具有双冷却系统的离心式空压机及燃料电池，能够实现对电机的转子、定子、空气轴承、压壳室的冷却，有效提高空压机的散热性能。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有双冷却系统的离心式空压机，包括：

3、电机壳体、低压侧压壳和高压侧压壳，所述低压侧压壳和所述高压侧压壳分别连接所述电机壳体；

4、空气冷却系统，包括设置于所述电机壳体上的冷却气体入口、低压侧冷却通道、低压侧环形冷却通道、机壳通道和高压侧冷却通道，所述冷却气体入口通过取气管连通级间连接管的出气口，所述低压侧冷却通道的入口和所述高压侧冷却通道的入口分别与所述冷却气体入口连通，所述低压侧冷却通道的出口经过所述低压侧环形冷却通道与所述机壳通道的入口连通，所述机壳通道的出口和所述高压侧冷却通道的出口用于排出冷却气体；

5、水冷却系统，包括设置于所述电机壳体内的第一冷却水通道、设置于所述级间连接管上的第二冷却水通道、以及分别设置在所述低压侧压壳和所述高压侧压壳上的第三冷却水通道和第四冷却水通道。

6、可选的，在上述具有双冷却系统的离心式空压机中，所述低压侧压壳和所述电机壳体之间设置有低压侧径向轴承和止推轴承，所述止推轴承固定于止推轴承定位环，所述高压侧压壳和所述转子之间设置有高压侧径向空气轴承；

7、所述止推轴承定位环的径向上设置低压侧径向轴承定位环通道，低压侧背板的径向上设置低压侧背板辐射状通道；

8、所述空气冷却系统还包括所述低压侧径向轴承定位环通道，所述低压侧背板辐射状通道，以及，所述低压侧背板与低压侧径向轴承支座组成的轴承室通道，用于对所述低压侧径向轴承和所述止推轴承冷却；

9、所述低压侧环形冷却通道的出口连通所述轴承室通道的入口，所述轴承室通道的出口连通所述低压侧径向轴承定位环通道的入口，所述低压侧径向轴承定位环通道的出口分别与所述低压侧背板辐射状通道的入口连通以及经过所述低压侧径向轴承、轴向间隙与所述高压侧冷却通道的出口连通，所述低压侧背板辐射状通道的出口与所述机壳通道的入口连通。

10、可选的，在上述具有双冷却系统的离心式空压机中，所述低压侧径向轴承定位环通道为沿所述止推轴承定位环的周向呈辐射状设置的多个。

11、可选的，在上述具有双冷却系统的离心式空压机中，所述低压侧背板辐射状通道为沿所述低压侧背板上的周向呈辐射状设置的多个。

12、可选的，在上述具有双冷却系统的离心式空压机中，所述空气冷却系统还包括：设置于所述电机壳体上的冷却气体回气通道、设置于位于所述高压侧压壳内的环形回气通道以及总回气通道，所述机壳通道的出口和所述高压侧冷却通道的出口均与所述冷却气体回气通道的入口连通，所述冷却气体回气通道的出口与所述环形回气通道的入口连通，所述环形回气通道的出口与所述回气通道的入口连通，所述回气通道的出口与高压侧进气口连通。

13、可选的，在上述具有双冷却系统的离心式空压机中，所述第一冷却水通道呈螺旋状，所述第三冷却水通道和所述第四冷却水通道均呈环状。

14、可选的，在上述具有双冷却系统的离心式空压机中，所述第三冷却水通道的冷却水出口通过第一软管与所述级间连接管的冷却水入口连通，所述级间连接管的冷却水出口通过第二软管与所述高压侧压壳的冷却水入口连通。

15、本实用新型还提供一种燃料电池，包括如上文所述的具有双冷却系统的离心式空压机。

16、本实用新型提供了一种具有双冷却系统的离心式空压机，其有益效果在于：

17、将水冷却系统和空气冷却系统均集成在离心式空压机上，并且通过不同的冷却管路同时对定子、转子、压壳室、低压侧的轴承和高压侧的轴承进行冷却，不仅解决了高速电机定子、转子局部温度过高、冷却困难以及空气轴承摩擦的局部过热的问题，有效提高了空压机的散热性能，还使空压机的结构更紧凑。

18、本实用新型提供的燃料电池具有上述具有双冷却系统的离心式空压机，因此，其同样具有上述有益效果，此处便不再赘述。

技术特征：

1.一种具有双冷却系统的离心式空压机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有双冷却系统的离心式空压机，其特征在于，所述低压侧压壳和所述电机壳体之间设置有低压侧径向轴承和止推轴承，所述止推轴承固定于止推轴承定位环，所述高压侧压壳和转子之间设置有高压侧径向空气轴承；

3.根据权利要求2所述的具有双冷却系统的离心式空压机，其特征在于，所述低压侧径向轴承定位环通道为沿所述止推轴承定位环的周向呈辐射状设置的多个。

4.根据权利要求2所述的具有双冷却系统的离心式空压机，其特征在于，所述低压侧背板辐射状通道为沿所述低压侧背板上的周向呈辐射状设置的多个。

5.根据权利要求1所述的具有双冷却系统的离心式空压机，其特征在于，所述空气冷却系统还包括：设置于所述电机壳体上的冷却气体回气通道、设置于位于所述高压侧压壳内的环形回气通道以及总回气通道，所述高压侧冷却通道的出口均与所述冷却气体回气通道的入口连通，所述冷却气体回气通道的出口与所述环形回气通道的入口连通，所述环形回气通道的出口与所述回气通道的入口连通，所述回气通道的出口与高压侧进气口连通。

6.根据权利要求1所述的具有双冷却系统的离心式空压机，其特征在于，所述第一冷却水通道呈螺旋状，所述第三冷却水通道和所述第四冷却水通道均呈环状。

7.根据权利要求6所述的具有双冷却系统的离心式空压机，其特征在于，所述第三冷却水通道的冷却水出口通过第一软管与所述级间连接管的冷却水入口连通，所述级间连接管的冷却水出口通过第二软管与所述高压侧压壳的冷却水入口连通。

8.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的具有双冷却系统的离心式空压机。

技术总结
本技术提供的一种具有双冷却系统的离心式空压机，包括电机壳体、低压侧压壳、高压侧压壳、空气冷却系统以及水冷却系统。空气冷却系统的冷却通道设置于电机壳体上。冷却气体入口通过取气管连通级间连接管出气口，低压侧冷却通道的入口和高压侧冷却通道的入口分别与冷却气体入口连通，低压侧冷却通道的出口经过低压侧环形冷却通道与机壳通道的入口连通，机壳通道的出口和高压侧冷却通道的出口用于排出冷却气体。水冷却系统的冷却水通道设置于电机壳体、级间连接管、低压侧压壳和高压侧压壳上。水冷却系统和空气冷却系统均集成在空压机上，对定子、转子、压壳室和轴承进行冷却，有效提高了空压机的散热性能。本技术还提供了一种燃料电池。

技术研发人员：张争险,张敏楠,任瑞敏,李亚娟,王前伟,郑慧,张勇,杨如意
受保护的技术使用者：中原内配明达氢能源有限公司
技术研发日：20221101
技术公布日：2024/1/13