[发明专利]一种带离心油泵的燃料电池用空气增压系统

说明书

本发明涉及离心压缩机技术领域，尤其涉及一种带离心油泵的燃料电池用空气增压系统，包括双出轴电机、离心油泵、离心空压机、冷却介质循环通道和润滑油循环通道，离心油泵和离心空压机分别设置在双出轴电机两端，双出轴电机和离心空压机之间设有用于放大双出轴电机轴端转速的增速器；冷却介质循环通道开设在双出轴电机外壳上，润滑油循环通道的至少一部分开设在双出轴电机内壳上，润滑油循环通道通过外接管与离心油泵的出油口连通。本发明提出的一种带离心油泵的燃料电池用空气增压系统，解决了现有的空气增压系统存在轴向力平衡差、在高温高转速下易失效的问题。

技术领域

本发明涉及离心压缩机技术领域，尤其涉及一种带离心油泵的燃料电池用空气增压系统。

背景技术

空压机是车用燃料电池系统阴极供气系统的重要部件，通过对燃料电池堆的进口空气进行增压，同时起到提高燃料电池功率密度和效率、减小燃料电池尺寸、利于水热管理等作用。

燃料电池的电化学反应对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着相较传统空压机更为严格的要求。因此性能优越且与燃料电池系统匹配良好的压缩机，对于燃料电池系统至关重要。无油、高效、小型化、低成本、低噪声等是对燃料电池发动机专用空压机的基本要求。而离心式压气机在工作时，通过叶轮旋转，对气体工质做功，让气体被甩到叶轮后的固定元件中，进而在叶轮中形成真空区域以吸进外部新鲜工质，叶轮的不断旋转可以保证气体工质的连续运动。因此，相较于传统使用的滑片式、涡旋式、螺杆式等循环泵，其体积小、重量轻、噪音小被认为是最有前途的空气增压方式。

但是燃料电池电流密度与氧气分压成正比关系，这就要求空压机提供很高的压头从而提高氧气的分压力。为了达到需求的高压比，直驱式离心空压机存在单级和双级两种方案，相比于将两个叶轮部件串联的两级方案，单级方案具有重量小、功率密度高、效率高等优势，但其需求更高的驱动转速。单级超高速离心空压机一般要达到120000rpm以上运行，因此也带来了电机转速高、高功率密度电机散热、高转速下轴向力平衡等一系列技术问题。

对于现有的单级或者两级燃料电池用离心式空压机，单级结构的压比较大而流量较小，结构紧凑，但驱动电机的转速高，所以使用单级结构不可避免会出现轴承与电机在高温高转速下失效、轴向力平衡差等问题；双级结构则可以一定程度地降低对电机转速的要求，且有效地平衡叶轮两侧的轴向力，但又相应增加了整体结构的复杂程度。为了解决有油润滑轴承油污染而使用的空气轴承又面临加工精度高、加工工艺不成熟制造成本高等问题；为了解决高速电机开发困难而提出的摩擦滚柱式增速器则对润滑油路布置、整机密封提出挑战。

发明内容

本发明提出一种带离心油泵的燃料电池用空气增压系统，以解决现有的空气增压系统存在轴向力平衡差、在高温高转速下易失效的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种带离心油泵的燃料电池用空气增压系统，包括双出轴电机、离心油泵和离心空压机、冷却介质循环通道和润滑油循环通道，所述离心油泵和离心空压机分别设置在所述双出轴电机的两端，所述双出轴电机和离心空压机之间设有用于放大双出轴电机轴端转速的增速器；

所述冷却介质循环通道开设在双出轴电机的外壳上，所述润滑油循环通道的至少一部分开设在所述双出轴电机的内壳上，所述润滑油循环通道的一端通过外接管与离心油泵的出油口连通。

优选的是，所述双出轴电机包括第一电机轴、第二电机轴、第一压盖和第二压盖，所述第一压盖和第二压盖对称设置在双出轴电机本体的两侧，所述第一电机轴穿过第一压盖连接在所述双出轴电机的叶轮上，所述第二电机轴穿过第二压盖连接在所述增速器上，所述增速器的输出轴与所述离心空压机的叶轮连接；所述第二电机轴为中空结构且侧壁开设有至少一个第一油孔。

优选的是，所述润滑油循环通道包括第一油道、第二油道、第三油道和第四油道；