一种双动力及升速方式气体压缩设备制造技术

一种双动力及升速方式气体压缩设备，燃料电池的阴极排气具有一定的压力和能量，其通过进气口流入气动涡轮壳体中推动排气涡轮转动，同时，直流电机通电后驱动动力轴转动，从而使燃料电池的阴极排气与直流电机联合驱动动力轴转动，能够能够回收低流速排气能量以节省增压设备所实际消耗的驱动能量，即具有节能效果。同时，可显著减小增压设备原动力装置的功率容量、尺寸和成本。避免了动力轴高转速对直流电机所带来的机械与电气工艺瓶颈的制约，降低了动力轴支撑方面的技术难度，显著地提高可靠性并降低成本。

A Double Power and Speed-up Gas Compression Equipment

A dual-power and speed-up gas compression device is introduced. The cathode exhaust of fuel cell has certain pressure and energy. It flows into the pneumatic turbine shell through the intake port to drive the exhaust turbine to rotate. At the same time, the DC motor drives the power shaft to rotate after electrification, so that the cathode exhaust of fuel cell and the power shaft of DC motor can rotate together, and the low-speed exhaust can be recovered. Gas energy can save the driving energy actually consumed by the supercharger, that is to say, it has the effect of energy saving. At the same time, it can significantly reduce the power capacity, size and cost of the turbocharging equipment power plant. It avoids the restriction of mechanical and electrical process bottlenecks caused by high speed of power shaft, reduces the technical difficulty of power shaft support, significantly improves the reliability and reduces the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种双动力及升速方式气体压缩设备
本专利技术涉及进气增压
，具体涉及一种双动力及升速方式气体压缩设备。
技术介绍
离心式气体压缩技术具有特别的优势而得到广泛应用，例如内燃发动机配套的废气涡轮增压器，氢燃料电池配套的进气空压机，工业级大流量空气压缩机等。其原理是原动力机械带动离心式压气叶轮高速旋转，使其作用于进气气体并产生旋转和离心运动而形成增压效果。通常离心式压气叶轮的转速高达每分钟数万转至每分钟数十万转，因而产品设计和生产均具有较高的技术难度。作为一类应用场景，采用高速电动机作为驱动离心压气机的原动力，其所消耗的能量较多。比如氢燃料电池系统配套的电动空气压缩机，其工作消耗电能约占到燃料电池系统输出电力的20%。空气压缩机成为了燃料电池系统最大的寄生能量消耗部件，因此减少气体压缩设备所消耗的能量，并同时具有紧凑、可靠和低成本的空气管理系统，具有显著的节能和经济效益。气体压缩设备输出的高压气体在被下游装置使用之后所排出的尾气通常含有一定的剩余能量。比如氢燃料电池的增压进气系统中，压缩空气在电堆的内部被消耗了部分氧气之后，剩余的尾气从电堆排出，该排出尾气的压力大约相当于增压进气压力的70%。如何回收较低流速排气的能量，是实现压气机节能的关键。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种新的回收尾气能量的方案，在不显著增加尾气排出背压的约束条件下，能够回收排气能量并显著降低能耗的双动力及升速方式气体压缩设备。本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种双动力及升速方式气体压缩设备，包括：壳体，其内部具有空腔；动力轴，其通过轴承转动安装于壳体的空腔中；直流电机，设置于壳体的空腔中，电机定子与壳体的内壁相连接，电机转子与动力轴同轴固定安装；气动涡轮壳体，安装于壳体一端，其设置有进气口和排气口，所述进气口连接于燃料电池的阴极排气通道；排气涡轮，安装于气动涡轮壳体内，进气口中进入的流动气体推动排气涡轮转动，排气涡轮与动力轴同轴连接；压气机壳体，安装于壳体另一端，其设置有压缩空气出口，所述压缩空气出口连接于燃料电池的阴极进气通道；以及压气机叶轮，设置于压气机壳体内，转轴Ⅰ安装于压气机壳体中，转轴Ⅰ一端与压气机叶轮同轴连接，其另一端通过升速机构与动力轴相连，升速机构使转轴Ⅰ的转速大于动力轴的转速。进一步的，上述轴承为滚动轴承。进一步的，上述轴承为浮动轴承。进一步的，上述升速机构包括安装于壳体上的支架、与动力轴同轴连接的呈圆环形的转环以及以转轴Ⅰ的轴线为中心沿圆周方向环绕设置于转轴Ⅰ外围的N个行星轮，所述行星轮通过转轴Ⅱ转动安装于支架上，行星轮的轴线与转轴Ⅰ的轴线及动力轴的轴线相平行，行星轮的外侧端的柱面与转环的圆形内壁相接触，行星轮的内侧端的柱面与转轴Ⅰ的外端面相接触。为了提高润滑性，还包括设置于壳体上端的润滑剂通道Ⅰ以及设置于壳体下端的润滑剂通道Ⅱ，所述润滑剂通道Ⅰ的入口端与润滑泵的出口端相连，其出口端设置于轴承处，所述润滑剂通道Ⅱ的入口端设置于轴承处，其出口端与润滑泵的入口端相连。为了提高密封性，轴承两侧的壳体与动力轴之间分别设置有密封圈Ⅰ。优选的，N为3。为了提高润滑性，还包括设置于压气机支架上的牵引液通道Ⅰ以及设置于转轴Ⅰ中的牵引液通道Ⅱ，牵引液通道Ⅰ的入口端与牵引液泵相连，其一出口端朝向行星轮的柱面位置，其另一出口端与牵引液通道Ⅱ的入口端相连，牵引液通道Ⅱ的出口端设置于转轴Ⅰ与行星轮相接触的界面之间，所述壳体上设置有用于牵引液回流的牵引液出口。为了提高密封性，支架与转轴Ⅰ之间设置有密封圈Ⅱ，所述密封圈Ⅱ位于升速机构与压气机叶轮之间。本专利技术的有益效果是：燃料电池的阴极排气具有一定的压力和能量，其通过进气口流入气动涡轮壳体中推动排气涡轮转动，同时，直流电机通电后驱动动力轴转动，从而使燃料电池的阴极排气与直流电机联合驱动动力轴转动，能够显著节省增压设备所实际消耗的驱动能量，即具有节能效果。同时，可显著减小增压设备原动力装置的功率容量、尺寸和成本。动力轴转动通过升速机构驱动转轴Ⅰ转动，从而使压气机叶轮转动，压气机叶轮将气体增压后通过压缩空气出口输出压入燃料电池的阴极进气通道。避免了动力轴高转速对直流电机所带来的机械与电气工艺瓶颈的制约，降低了动力轴支撑方面的技术难度，显著地提高可靠性并降低成本。相对于动力轴7高转速的方案，本双动力及升速方式气体压缩设备的低转速排气涡轮对下游设备的尾气排出所形成的背压阻力作用显著地降低，能够利用较低流速尾气排出环节的能量。同时，避免了动力轴高转速对直流电机所带来的机械与电气工艺瓶颈的制约，降低了动力轴支撑方面的技术难度，显著地提高可靠性并降低成本。附图说明图1为本专利技术的采用滚动轴承的主视剖面结构示意图；图2为本专利技术的采用浮动轴承的主视剖面结构示意图；图3为本专利技术的升速装置部位的剖面结构示意图；图中，1.壳体2.气动涡轮壳体3.进气口4.排气口5.压气机壳体6.压缩空气出口7.动力轴8.滚动轴承9.排气涡轮10.压气机叶轮11.润滑剂通道Ⅰ12.润滑剂通道Ⅱ13.电机定子14.电机转子15.密封圈Ⅰ16.转环17.行星轮18.支架19.转轴Ⅰ20.密封圈Ⅱ21.浮动轴承22.转轴Ⅱ23.牵引液通道Ⅰ24.牵引液通道Ⅱ25.牵引液出口。具体实施方式下面结合附图1、附图2、附图3对本专利技术做进一步说明。一种双动力及升速方式气体压缩设备，包括：壳体1，其内部具有空腔；动力轴7，其通过轴承转动安装于壳体1的空腔中；直流电机，设置于壳体1的空腔中，电机定子13与壳体1的内壁相连接，电机转子14与动力轴7同轴固定安装；气动涡轮壳体2，安装于壳体1一端，其设置有进气口3和排气口4，进气口3连接于燃料电池的阴极排气通道；排气涡轮9，安装于气动涡轮壳体2内，进气口3中进入的流动气体推动排气涡轮9转动，排气涡轮9与动力轴7同轴连接；压气机壳体5，安装于壳体1另一端，其设置有压缩空气出口6，所述压缩空气出口6连接于燃料电池的阴极进气通道；以及压气机叶轮10，设置于压气机壳体5内，转轴Ⅰ19安装于压气机壳体5中，转轴Ⅰ19一端与压气机叶轮10同轴连接，其另一端通过升速机构与动力轴7相连，升速机构使转轴Ⅰ19的转速大于动力轴7的转速。燃料电池的阴极排气具有一定的压力和能量，其通过进气口3流入气动涡轮壳体2中推动排气涡轮9转动，同时，直流电机通电后电机转子14驱动动力轴7转动，从而使排气涡轮9主动转动，从而使燃料电池的阴极排气与直流电机联合驱动动力轴7转动，能够显著节省增压设备所实际消耗的驱动能量，即具有节能效果。同时，可显著减小增压设备原动力装置的功率容量、尺寸和成本。动力轴7转动通过升速机构驱动转轴Ⅰ19转动，从而使压气机叶轮10转动，压气机叶轮10将气体增压后通过压缩空气出口6压入燃料电池的阴极进气通道。由于通过升速机构升速后转轴Ⅰ19的转速远大于动力轴7的，动力轴7转速甚至可以仅为转轴Ⅰ19的十分之一量级。避免了动力轴7高转速对直流电机所带来的机械与电气工艺瓶颈的制约，降低了动力轴7支撑方面的技术难度，显著地提高可靠性并降低成本。相对于动力轴7高转速的方案，本双动力及升速方式气体压缩设备的低转速排气涡轮9对尾气所形成的背压阻力作用显著地降低，易于满足尾气排出环节所要求的条件。如附图3所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双动力及升速方式气体压缩设备，其特征在于，包括：壳体（1），其内部具有空腔；动力轴（7），其通过轴承转动安装于壳体（1）的空腔中；直流电机，设置于壳体（1）的空腔中，电机定子（13）与壳体（1）的内壁相连接，电机转子（14）与动力轴（7）同轴固定安装；气动涡轮壳体（2），安装于壳体（1）一端，其设置有进气口（3）和排气口（4），所述进气口（3）连接于燃料电池的阴极排气通道；排气涡轮（9），安装于气动涡轮壳体（2）内，进气口（3）中进入的流动气体推动排气涡轮（9）转动，排气涡轮（9）与动力轴（7）同轴连接；压气机壳体（5），安装于壳体（1）另一端，其设置有压缩空气出口（6），所述压缩空气出口（6）连接于燃料电池的阴极进气通道；以及压气机叶轮（10），设置于压气机壳体（5）内，转轴Ⅰ（19）安装于压气机壳体（5）中，转轴Ⅰ（19）一端与压气机叶轮（10）同轴连接，其另一端通过升速机构与动力轴（7）相连，升速机构使转轴Ⅰ（19）的转速大于动力轴（7）的转速。

【技术特征摘要】
1.一种双动力及升速方式气体压缩设备，其特征在于，包括：壳体（1），其内部具有空腔；动力轴（7），其通过轴承转动安装于壳体（1）的空腔中；直流电机，设置于壳体（1）的空腔中，电机定子（13）与壳体（1）的内壁相连接，电机转子（14）与动力轴（7）同轴固定安装；气动涡轮壳体（2），安装于壳体（1）一端，其设置有进气口（3）和排气口（4），所述进气口（3）连接于燃料电池的阴极排气通道；排气涡轮（9），安装于气动涡轮壳体（2）内，进气口（3）中进入的流动气体推动排气涡轮（9）转动，排气涡轮（9）与动力轴（7）同轴连接；压气机壳体（5），安装于壳体（1）另一端，其设置有压缩空气出口（6），所述压缩空气出口（6）连接于燃料电池的阴极进气通道；以及压气机叶轮（10），设置于压气机壳体（5）内，转轴Ⅰ（19）安装于压气机壳体（5）中，转轴Ⅰ（19）一端与压气机叶轮（10）同轴连接，其另一端通过升速机构与动力轴（7）相连，升速机构使转轴Ⅰ（19）的转速大于动力轴（7）的转速。2.根据权利要求1所述的双动力及升速方式气体压缩设备，其特征在于：所述轴承为滚动轴承（8）。3.根据权利要求1所述的双动力及升速方式气体压缩设备，其特征在于：所述轴承为浮动轴承（21）。4.根据权利要求1所述的双动力及升速方式气体压缩设备，其特征在于：所述升速机构包括安装于壳体（1）上的支架（18）、与动力轴（7）同轴连接的呈圆环形的转环（16）以及以转轴Ⅰ（19）的轴线为中心沿圆周方向环绕设置于转轴Ⅰ（19）外围的N个行星轮（17），所述行星轮（17）通过转轴Ⅱ（22）转动安装于支...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军，
申请(专利权)人：孙军，
类型：发明
国别省市：山东,37