【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池及其周边配套设施，特别是涉及一种离心式空压机和燃料电池及燃料电池工作方法。
技术介绍
1、随着工业发展，社会的进步和人员移动性的增强，全球汽车保有量持续增长，传统内燃机汽车在运行中产生大量的一氧化碳、碳氢化合物等污染物，对环境造成不可逆的影响，发展新能源汽车是增强环境保护、弥补资源短缺问题的理想途径。特别是燃料电池汽车，其利用可再生能源氢气和氧气的电化学反应产生电能驱动汽车，具有无污染、动力性能高、充气时间短、续驶里程长等优点。
2、两级增压离心空压机是燃料电池辅助系统空气供应模块中的关键部件之一，其功能是为燃料电池系统电堆在不同工况工作时，提供满足电堆流量、压力、温度和湿度要求的空气，以满足燃料电池系统电堆电压输出和燃料电池发动机功率输出的工质需求。
3、空压机在高速运转时，电机定子线圈及轴承会产生较高的热量，电机定子线圈和轴承内圈在持续高温工况下会受到严重损害，甚至整机炸裂。此外，空压机中的空气在压缩过程中也会产生较大的发热量，使气体温度升高，尤其在高转速、高压比工况下空压机出口气体温度可达170-180℃，远超燃料电池阴极所需的气体温度，同时，气体受热膨胀还会对空压机产生额外的功耗，降低其整体效率。因此，通过简单高效的方法对空压机进行冷却，尤其在功率较大时保证足够的冷却效果，对燃料电池的安全性和经济型有重要意义。
4、现有多种燃料电池用离心空压机冷却结构，公开号为cn113123983a的中国专利，提出了一种具有双冷却系统的燃料电池用两级高速离心空压机，通过不同的冷
5、因此，如何在不影响空压机工作效率的前提下，增强空压机冷却效果，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种离心式空压机和燃料电池及燃料电池工作方法，以解决上述现有技术存在的问题，在保证空压机工作效率的前提下，增强空压机冷却效果，提高燃料电池的工作安全系数。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种离心式空压机，包括：
3、压缩单元，所述压缩单元包括驱动电机、一级蜗壳、冷却弯管以及二级蜗壳，所述驱动电机包括电机壳体和设置于所述电机壳体内的电机转轴、电机定子线圈，所述电机转轴可转动地穿过所述电机定子线圈，所述电机转轴的两端分别安装有叶轮，所述一级蜗壳和所述二级蜗壳分别设置于所述驱动电机的轴向两端并与所述电机壳体相连，所述一级蜗壳的内腔形成一级扩压室并与空气进口相连通，所述二级蜗壳的内腔形成二级扩压室并与空气出口相连通，所述一级扩压室利用所述冷却弯管与所述二级扩压室相连通；
4、冷却单元，所述冷却单元包括冷却介质流道，所述冷却介质流道能够与冷却介质源相连通；所述冷却介质流道包括电机轴冷却流道、定子冷却流道、一级蜗壳冷却流道、弯管冷却流道以及二级蜗壳冷却流道，所述电机轴冷却流道环绕所述电机转轴设置，所述定子冷却流道环绕所述电机定子线圈设置，所述一级蜗壳冷却流道设置于所述一级蜗壳的侧壁上，所述弯管冷却流道设置于所述冷却弯管的侧壁上，所述二级蜗壳冷却流道设置于所述二级蜗壳的侧壁上。
5、优选地，所述电机转轴与所述电机壳体之间设置前轴承和后轴承，所述电机轴冷却流道包括前端轴承冷却流道和后端轴承冷却流道，所述前端轴承冷却流道、所述定子冷却流道以及所述后端轴承冷却流道依次相连通形成第一冷却支路；所述一级蜗壳冷却流道、所述弯管冷却流道以及所述二级蜗壳冷却流道依次相连通形成第二冷却支路。
6、优选地，所述冷却单元还包括控制阀门、介质入口和介质出口，所述介质入口能够与所述冷却介质源相连通，进入所述冷却介质流道的冷却介质能够由所述介质出口导出，所述介质入口设置于所述电机壳体上，所述介质出口设置于所述二级蜗壳上，所述第一冷却支路、所述第二冷却支路均能够与所述介质入口相连通，所述第一冷却支路还能够与所述第二冷却支路相连通，所述控制阀门能够控制所述第一冷却支路、所述第二冷却支路以及所述冷却介质源的通断状态。
7、优选地，所述冷却介质流道为螺旋状结构。
8、优选地，所述一级蜗壳、所述冷却弯管以及所述二级蜗壳均为双层可拆装结构。
9、优选地，所述冷却弯管的内壁上设置有微流道，所述微流道为朝向远离所述冷却弯管轴线方向凹陷的槽状结构，所述微流道绕所述冷却弯管的轴线螺旋设置。
10、优选地，所述微流道的开口宽度较底面宽度大，所述微流道的数量为多条，相邻的所述微流道之间形成凸起，所述凸起的径向截面为梯形。
11、本专利技术还提供一种燃料电池，包括电堆，还包括上述的离心式空压机，所述离心式空压机能够利用所述空气出口向所述电堆输送压缩空气。
12、优选地，所述的燃料电池，还包括空气滤清器、增湿器和水气分离器，所述空气进口利用所述空气滤清器与外部环境相连通，所述空气出口利用所述增湿器与所述电堆的进气口相连通，所述电堆的出气口与所述水气分离器相连通，所述水气分离器的液体出口与所述增湿器相连通，所述水气分离器的气体出口利用背压阀与外部环境相连通，所述增湿器与所述电堆之间还设置温度传感器。
13、优选地，所述的燃料电池，还包括散热器，所述介质出口利用所述散热器与所述介质入口相连通形成循环回路，所述散热器处设置散热风扇，所述散热器的出口与所述散热器的进口之间还设置冷却泵。
14、本专利技术还提供一种上述燃料电池的工作方法，当所述离心式空压机的空气出气温度不超过所述电堆的最佳工作温度时，所述电机轴冷却流道和所述定子冷却流道均与所述冷却介质源相连通；
15、当所述离心式空压机的空气出气温度超过所述电堆的最佳工作温度时，所述电机轴冷却流道、所述定子冷却流道、所述一级蜗壳冷却流道、所述弯管冷却流道以及所述二级蜗壳冷却流道均与所述冷却介质源相连通。
16、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
17、本专利技术的离心式空压机，包括压缩单元，外部空气由空气进口进入，叶轮在驱动电机的带动下转动，使进入一级扩压室的空气进行压缩，经一次扩压的空气进入冷却弯管内，在冷却弯管内进行冷却，冷却后的空气进入二级扩压室，在此进行压缩，压缩后的空气由空气出口导出，导出的压缩空气可供给燃料电池的正常工作。本专利技术的离心式空压机还包括冷却单元，冷却单元包括冷却介质流道，外部冷却介质源能够通入冷却介质流道内，对压缩单元的各部件进行冷却，具体地，冷却介质流道包括电机轴冷却流道、定子冷却流道、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离心式空压机，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的离心式空压机，其特征在于：所述电机转轴与所述电机壳体之间设置前轴承和后轴承，所述电机轴冷却流道包括前端轴承冷却流道和后端轴承冷却流道，所述前端轴承冷却流道、所述定子冷却流道以及所述后端轴承冷却流道依次相连通形成第一冷却支路；所述一级蜗壳冷却流道、所述弯管冷却流道以及所述二级蜗壳冷却流道依次相连通形成第二冷却支路。
3.根据权利要求2所述的离心式空压机，其特征在于：所述冷却单元还包括控制阀门、介质入口和介质出口，所述介质入口能够与所述冷却介质源相连通，进入所述冷却介质流道的冷却介质能够由所述介质出口导出，所述介质入口设置于所述电机壳体上，所述介质出口设置于所述二级蜗壳上，所述第一冷却支路、所述第二冷却支路均能够与所述介质入口相连通，所述第一冷却支路还能够与所述第二冷却支路相连通，所述控制阀门能够控制所述第一冷却支路、所述第二冷却支路以及所述冷却介质源的通断状态。
4.根据权利要求1所述的离心式空压机，其特征在于：所述冷却介质流道为螺旋状结构。
5.根据权利要求1-4任一
6.根据权利要求1-4任一项所述的离心式空压机，其特征在于：所述冷却弯管的内壁上设置有微流道，所述微流道为朝向远离所述冷却弯管轴线方向凹陷的槽状结构，所述微流道绕所述冷却弯管的轴线螺旋设置。
7.根据权利要求6所述的离心式空压机，其特征在于：所述微流道的开口宽度较底面宽度大，所述微流道的数量为多条，相邻的所述微流道之间形成凸起，所述凸起的径向截面为梯形。
8.一种燃料电池，包括电堆，其特征在于：还包括权利要求1-7任一项所述的离心式空压机，所述离心式空压机能够利用所述空气出口向所述电堆输送压缩空气。
9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：还包括空气滤清器、增湿器、水气分离器和散热器，所述空气进口利用所述空气滤清器与外部环境相连通，所述空气出口利用所述增湿器与所述电堆的进气口相连通，所述电堆的出气口与所述水气分离器相连通，所述水气分离器的液体出口与所述增湿器相连通，所述水气分离器的气体出口利用背压阀与外部环境相连通，所述增湿器与所述电堆之间还设置温度传感器；
10.一种如权利要求8或9所述的燃料电池的工作方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种离心式空压机，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的离心式空压机，其特征在于：所述电机转轴与所述电机壳体之间设置前轴承和后轴承，所述电机轴冷却流道包括前端轴承冷却流道和后端轴承冷却流道，所述前端轴承冷却流道、所述定子冷却流道以及所述后端轴承冷却流道依次相连通形成第一冷却支路；所述一级蜗壳冷却流道、所述弯管冷却流道以及所述二级蜗壳冷却流道依次相连通形成第二冷却支路。
3.根据权利要求2所述的离心式空压机，其特征在于：所述冷却单元还包括控制阀门、介质入口和介质出口，所述介质入口能够与所述冷却介质源相连通，进入所述冷却介质流道的冷却介质能够由所述介质出口导出，所述介质入口设置于所述电机壳体上，所述介质出口设置于所述二级蜗壳上，所述第一冷却支路、所述第二冷却支路均能够与所述介质入口相连通，所述第一冷却支路还能够与所述第二冷却支路相连通，所述控制阀门能够控制所述第一冷却支路、所述第二冷却支路以及所述冷却介质源的通断状态。
4.根据权利要求1所述的离心式空压机，其特征在于：所述冷却介质流道为螺旋状结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的离心式空压机，其特征在于：所述一级蜗壳、所述冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建威，刘杰，高雷，侯永平，乔丽，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
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