[发明专利]空气压缩机的热结构

说明书

本发明涉及一种空气压缩机，包括限定轴向方向(DA)和径向方向(DR)的离心式压缩轮，围绕压缩轮沿周向延伸并通向压缩件(150)的进气开口，该压缩件(150)包括第一部分(151)和围绕第一部分(151)延伸的一个至少局部环形的第二部分(153)，所述第一部分形成用于喷射压缩空气的蜗壳(152)，沿径向方向(DR)面对压缩轮安装所述蜗壳(152)，所述第二部分包括一容纳压缩轮的至少一部分的中心开口(156)以及空气偏转圆环体(154)，蜗壳(152)包括金属材料，圆环体(154)包括装载有非金属元素的热塑性材料，该热塑性材料的热膨胀与所述金属材料的热膨胀对应。

技术领域

本发明涉及一种可以结合到飞行器中，具体地集成到其涡轮机中，的涡轮压缩机。更具体地，本发明涉及一种空气压缩机的热结构。这种空气压缩机特别地可用于燃料电池系统，以期供给空气到所述燃料电池。

背景技术

热方面是一种空气压缩机的特别重要的问题。例如，对于空气压缩比为2.3的离心式空气压缩机，通常观察到包含在130℃与140℃之间的压缩空气的温度升高。然后，压缩空气的温度可以通过热传导沿空气压缩机的主体传播，并导致后者的温度升高。

空气压缩机通常还与电子部件相关联，所述电子部件被构造成确保其供电和其指令。鉴于这些电子部件的脆弱性，由于过高温度可能损坏这些电子部件，应限制空气压缩机的温度。因此，限制空气压缩机的温度则意味着限制其压缩比。

为了克服该问题并允许更高的压缩比，一种已知的解决方案包括在空气压缩机的主体上放置一种通常由钛或不锈钢制成的热屏障，其可以是平坦密封的形式。这种解决方案的优点是减少了压缩机主体的热传导，并且因此允许实现更高的空气压缩比。然而，热屏障的加入强烈地影响了空气压缩机的质量及体积。另一种已知的解决方案包括使用一种与空气压缩机主体相关联的冷却系统。然而，这种解决方案再次强烈地影响了空气压缩机的质量和体积。

因此，现有的解决方案被证明很有限，并且仍然需要在限制空气压缩机的质量和体积的同时实现高空气压缩比。

发明内容

本发明旨在克服上述缺点。

为此，本发明提出一种空气压缩机，包括：

-限定轴向方向和径向方向的离心式压缩轮，

-环绕所述压缩轮周向地延伸并通向压缩部件的进气开口，

-所述压缩部件，其包括第一部分和第二部分，所述第一部分形成用于喷射压缩空气的蜗壳，沿径向方向面对所述压缩轮安装所述蜗壳，所述第二部分包括环绕所述第一部分延伸的环形部分，所述环形部分从所述蜗壳径向地向内和向外延伸，所述第二部分进一步包括一种界定一中心孔的圆环体，所述中心孔接收所述压缩轮的至少一部分，所述蜗壳由金属材料制成，并且所述第二部分的环形部分由填充有非金属元素的热塑性材料制成，并且其中，热塑性材料的热膨胀与金属材料对应。

有利地，在空气压缩机中生产一种由两部分形成的压缩部件允许限制所述压缩机的加热。压缩空气喷射蜗壳由金属材料制成，并且因此具有与压缩轮接近的热膨胀。对于由压缩空气的加热导致的压缩轮的热膨胀，蜗壳也会膨胀，从而限制了与压缩轮摩擦的任何风险。圆环体的热塑性材料本身允许限制空气压缩机的主体的热导率。因此可以实现高空气压缩比，同时消除了加热空气压缩机的风险，其可能导致损坏其控制和电力电子设备。此外，使用热塑性材料意味着与现有的绝缘或冷却解决方案相比特别低的密度。因此，采用由热塑性材料制成的圆环体也允许使空气压缩机的质量最小化。由非金属元素填充热塑性材料还允许保持低密度，同时提供与机械蜗壳对应的圆环体热膨胀特性。因此，被选择用于圆环体的材料允许监测蜗壳的任何可能的热膨胀，从而防止这些部件之间发生机械分离任何风险。

在一种示例性实施例中，所述空气压缩机进一步包括在进气开口和压缩部件之间延伸的第一旋转壳体，允许空气从进气开口沿轴向方向循环的至少一个空气输送通道，以及与所述至少一个空气输送通道连通的诸多通路，所述通路被构造成允许空气沿输送通道的轴向方向朝所述圆环体循环。