压气涡轮蜗壳和具有它的空压机

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机技术领域，具体地，涉及一种压气涡轮蜗壳和具有它的空压机。

背景技术

在带涡轮能量回收的燃料电池离心空压机中，常利用燃料电池的排气来驱动涡轮并作为辅助动力，减少空压机的电机功率，从而提升燃料电池的发电效率。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

在实际应用过程中，压气机蜗壳与涡轮蜗壳通常布置在转子两侧，整体尺寸会很大，整机重量增加，安装麻烦。

本发明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，本发明的实施例提出一种一体成型、轻量化、尺寸小、易于安装的压气涡轮蜗壳和一种气动效率高、成本低、有效降低蜗壳温度的空压机。

根据本发明实施例的压气涡轮蜗壳包括壳体，所述壳体内设有通孔、第一流道和第二流道，所述第一流道与所述通孔连通并环绕在所述通孔的外周侧，所述第二流道与所述通孔连通并环绕在所述通孔的外周侧，所述第一流道适于通入气体并将所述气体增压为高压气体后排出，所述第二流道适于通入气体并将所述气体减压排入所述通孔内。

根据本发明实施例的压气涡轮蜗壳具有一体成型、轻量化、易于安装、尺寸小的特点。

在一些实施例中，所述第一流道的通流截面沿第一方向逐渐变大，所述第一方向平行于所述通孔的周向，所述第二流道的通流截面沿第二方向逐渐变大，所述第二方向平行于所述第一方向且与所述第一方向相反。

在一些实施例中，所述压气涡轮蜗壳还包括第一管道，所述第一管道与所述壳体相连，所述第一管道内部与所述第一流道连通且连接处为所述第一流道的最大通流截面。

在一些实施例中，所述压气涡轮蜗壳还包括第二管道，所述第二管道与所述壳体相连，所述第二管道内部与所述第二流道连通且连接处为所述第二流道的最大通流截面。

在一些实施例中，所述第一流道具有第一环形开口，所述第一流道通过所述第一环形开口与所述通孔连通，所述第二流道具有第二环形开口，所述第二流道通过所述第二环形开口与所述通孔连通。

在一些实施例中，所述通孔包括第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的径向尺寸大于所述第二孔段的径向尺寸，所述第一流道通过所述第一环形开口与所述第一孔段连通，所述第二流道通过所述第二环形开口与所述第二孔段连通。

在一些实施例中，所述第一孔段和所述第二孔段之间形成台阶面，所述台阶面上设有环形凹槽，所述环形凹槽适于与空压机的叶轮配合。

在一些实施例中，所述第一流道环绕在所述第二流道的外周侧。

根据本发明另一些实施例的空压机包括轴、叶轮和压气涡轮蜗壳，所述叶轮套设在所述轴的外周侧，所述压气涡轮蜗壳为上述实施例中的压气涡轮蜗壳，所述叶轮配合在所述壳体的通孔内。

根据本发明另一些实施例的空压机具有气动效率高、成本低、有效降低蜗壳温度的特点。

在一些实施例中，所述叶轮包括第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮与所述第一流道对应并适于向所述第一流道压入气体，所述第二叶轮与所述第二流道对应并适于排出所述第二流道内的高压气体。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的压气涡轮蜗壳的结构示意图。

图2是图1的压气涡轮蜗壳的三维示意图。

图3是根据本发明另一些实施例的空压机的结构示意图。

附图标记：

轴100，叶轮200，第一叶轮201，第二叶轮202，压气涡轮蜗壳300，

壳体1，通孔11，第一孔段111，第二孔段112，台阶面113，环形凹槽1131，第一流道12，第一最大通流截面121，第一最小通流截面122，第一环形开口123，第二流道13，第二最大通流截面131，第二最小通流截面132，第二环形开口133，第一管道2，第二管道3。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-3描述根据本发明实施例的压气涡轮蜗壳和具有它的空压机。

根据本发明实施例的压气涡轮蜗壳包括壳体1，壳体1内设有通孔11、第一流道12和第二流道13，第一流道12与通孔11连通并环绕在通孔11的外周侧，第二流道13与通孔11连通并环绕在通孔11的外周侧，第一流道12适于通入气体并将气体增压为高压气体后排出，第二流道13适于通入气体并将气体减压排入通孔11内。

如图1所示，通孔11在左右方向上贯穿壳体1，在通孔11的外周侧环绕设置有第一流道12和第二流道13，气体通过通孔11进入第一流道12内，该气体为空气，第一流道1与外部压气机的叶轮配合将空气增压形成高压空气，高压空气从与壳体1连接的排气管道内排出壳体1做功。进气管道将外部具有一定压力的气体通入第二流道13内，该气体为燃料电池排气，燃料电池排气经第二流道13和外部涡轮进入通孔11内膨胀排出，排气在膨胀过程中吸热，将第二流道13的壁面温度降低，同时带走相邻第一流道12内的部分热量，使第一流道12内的温度降低，提高了第一流道12内对气体加压的作业效率。

根据本发明实施例的压气涡轮蜗壳通过在壳体1上设置第一流道12和第二流道13，减小了整机的外形尺寸和重量，同时能够同步降低壳体1内的温度，具有一体成型、轻量化、易于安装、作业效率高的特点。

在一些实施例中，第一流道12的通流截面沿第一方向逐渐变大，第一方向平行于通孔的周向，第二流道13的通流截面沿第二方向逐渐变大，第二方向平行于第一方向且与第一方向相反。

如图1所示，第一流道12和第二流道13均为蜗壳形状，第一流道12和第二流道13均在其延伸方向上的通流截面逐渐变大，第一流道12的延伸方向和第二流道13的延伸方向相反，使空气在第一流道12内逐渐被压缩，使燃料电池排气在第二流道13内逐渐膨胀，从而提高了第一流道12和第二流道13内空气的传输效率和空压机的作业效率。

在一些实施例中，压气涡轮蜗壳还包括第一管道2，第一管道2与壳体1相连，第一管道2内部与第一流道12连通且连接处为第一流道12的最大通流截面。

如图2所示，壳体1上连接有第一管道2，第一管道2的延伸方向正交于通孔11的轴线方向，第一流道12的通流截面在其延伸方向上逐渐变大，在第一流道12的最大通流截面处与第一管道2连接，使第一流道12内的气体经过叶轮压缩后从第一管道2排出壳体1的腔室，减少高压空气逸散，提高了高压空气的传输效率。

在一些实施例中，压气涡轮蜗壳还包括第二管道3，第二管道3与壳体1相连，第二管道3内部与第二流道13连通且连接处为第二流道13的最大通流截面。

如图2所示，在壳体1上还连接有第二管道3，第二管道3的延伸方向正交与通孔11的轴线方向，第二流道13的通流截面在其延伸方向上逐渐变大，在第二流道13的最大通流截面处与第二管道3连接，外部气体通过第二管道3进入壳体1的腔室内，通过与壳体1配合的涡轮叶轮将气体从通孔11向右排出，气体具有一定的压强，排出时膨胀做功，使第二流道13内的温度降低，提高空压机的作业效率。

在一些实施例中，第一流道12具有第一环形开口123，第一流道12通过第一环形开口123与通孔11连通，第二流道13具有第二环形开口133，第二流道13通过第二环形开口133与通孔11连通。

如图1所示，在第一流道12下方的壁面上设有第一环形开口123，气体通过外部压气机的叶轮在通孔11的径向上向第一流道12内通入气体并进行压缩，压缩后的气体通过第一管道2排出壳体1，气体从第一环形开口123的任意位置均可沿第一流道12移动一定的距离后进入第一管道2，在第二流道13下方的壁面上设有第二环形开口133，第二管道3将气体通过第二环形开口133进入壳体1内，经外部涡轮叶轮膨胀后，向右经通孔11排出，气体从第二环形开口133的任意位置均可沿第二流道13移动一定的距离后进入通孔11内，第二环形开口133将气体的流动方向由通孔11的径向变为通孔11的轴向，提高了气体的流通速率，有助于提高空压机的作业效率。

在一些实施例中，通孔11包括第一孔段111和第二孔段112，第一孔段111的径向尺寸大于第二孔段112的径向尺寸，第一流道12通过第一环形开口123与第一孔段111连通，第二流道13通过第二环形开口133与第二孔段112连通。

如图1所示，通孔11的第一孔段111为左端孔段，通孔11的第二孔段112为右端孔段，通孔11的左端孔段直径大于通孔11的右端孔段直径，外部空压机叶轮配合在第一孔段111内，空气经第一孔段111经第一环形开口123流入第一流道12，第二流道13内的燃料电池排气经第二环形开口133排入第二孔段112，第二孔段112内配合有涡轮，排气经涡轮叶轮驱动膨胀后由通孔11向右排出。

在一些实施例中，第一孔段111和第二孔段112之间形成台阶面113，台阶面113上设有环形凹槽1131，环形凹槽1131适于与空压机叶轮配合。

如图1所示，在通孔11的第一孔段111和第二孔段112的连接处形成有台阶面113，台阶面113朝向左端，在台阶面113上设有环形凹槽1131，环形凹槽1131的中心线与通孔11的轴线重合，空压机叶轮和涡轮叶轮左右连接在一起，空压机叶轮直径大于涡轮叶轮直径，空压机叶轮配合在通孔11的第一孔段111内，涡轮叶轮配合在通孔11的第二孔段112内，空压机叶轮右侧配合在环形凹槽1131内，从而阻止空压机叶轮向右移动，提高空压机的安全性。

在一些实施例中，第一流道12环绕在第二流道13的外周侧。压气涡轮蜗壳300为铸造件且为整体铸造而成，如图1所示，第一流道12和第二流道13在上下方向上间隔布置且在左右方向上间隔布置，第一流道12和第二流道13之间具有一定的距离，该距离可在保证压气涡轮蜗壳300铸造质量的前提下，能够有效传递热量，使第二流道13内温度降低的同时带走第一流道12内的热量。

根据本发明另一些实施例的空压机包括轴100、叶轮200和压气涡轮蜗壳300，叶轮200套设在轴100的外周侧，压气涡轮蜗壳300为上述实施例中的压气涡轮蜗壳300，叶轮200配合在壳体1的通孔11内。

根据本发明另一些实施例的空压机具有气动效率高、成本低、有效降低蜗壳温度的特点。

在一些实施例中，叶轮200包括第一叶轮201和第二叶轮202，第一叶轮201与第一流道12对应并适于向第一流道12压入气体，第二叶轮202与第二流道13对应并适于排出第二流道13内的高压气体。

如图3所示，在空压机的腔室内设有轴100，在轴100的右端连接有叶轮200，叶轮200配合在压气涡轮蜗壳300的壳体1的通孔11内，叶轮200的左侧为第一叶轮201，第一叶轮201为压气机叶轮200，第一叶轮201随轴100的转动将空气压入第一流道12内，叶轮200的右侧为第二叶轮202，第二叶轮202为涡轮叶轮，涡轮叶轮将第二流道13内的高压气体排出，涡轮叶轮的叶片旋转方向与压气机叶轮200的叶片旋转方向相反，当第二流道13内的高压气体排出时，可以通过对涡轮叶轮的驱动作为对轴100的辅助转动动力，回收排气能量，有助于减小空压机的电机功率消耗，从而提升燃料电池的发电效率。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，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发明中的具体含义。

在本发明中，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。

在本发明中，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发明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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，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，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。