一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统的制作方法

本发明属于氢燃料电池能量回收，具体涉及一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统。

背景技术：

1、氢燃料电池是一种将氢气和氧气作为燃料，通过电化学反应产生电能的装置，具有能量转换效率高、清洁环保、结构简单、噪音低等优点；空压机在氢氧燃料电池中扮演着至关重要的角色，其主要作用是将空气通过压缩机进行压缩，并将压缩空气送入氢燃料电池中与氢气进行反应，为电堆输送特定压力及流量的洁净空气，为电堆反应提供必需的氧气。

2、氢燃料电池中燃料堆室反应后排出的高温尾气仍具有一定的压力，如果将尾气直接排到大气中将导致能量的浪费，还可能造成环境污染。现有技术通常采用在空压机上安装膨胀机的方式实现尾气的能量回收，高压空气引流至膨胀机内，驱动与电机同轴安装的涡轮转动，进而给同轴的空压机电机转子增加额外转矩，提高整个空压机的效率，膨胀机在回收尾气能量的同时，也起到了降低尾气温度的作用，现有技术通常将经膨胀机制冷后气体直接排放，造成能量浪费和成本增加。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，以解决上述现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，包括电机，分别连接在所述电机两端的压缩装置和膨胀机，设置在所述电机、压缩装置和膨胀机内部的风道，所述风道用于将膨胀机排出的冷气引流进入电机内部后流入压缩装置内部。

4、优选的，所述电机包括：电机壳，设置在电机壳内部的电机定子，设置在电机壳内、且两端均伸出电机壳分别与压缩装置和膨胀机连接的拉杆转轴，安装在所述电机壳上的出线座，和设置在所述拉杆转轴上的推力盘，所述风道设置在所述拉杆转轴上，所述推力盘位于所述拉杆转轴靠近膨胀机一端。

5、优选的，所述拉杆转轴包括轴身，设置在所述轴身两端直径小于所述轴身的轴颈，和设置在两端轴颈端部、直径小于所述轴颈的轴头，所述压缩装置和膨胀机分别连接在所述拉杆转轴两端的轴头上。

6、优选的，所述风道包括：径向贯穿靠近膨胀机一侧的轴头和轴颈、并延伸至轴身内部的第一风路，纵向贯穿开设在所述膨胀机内部的轴头上、并与所述第一风路连通的若干通孔，纵向贯穿开设在靠近膨胀机一侧的轴颈上的第一轴孔，纵向贯穿开设靠近压缩装置一侧的轴颈上的第二轴孔，和径向贯穿靠近压缩装置一侧的轴头、并延伸至轴颈内与第二轴孔连通的第二风路，所述第一轴孔和第二轴孔均位于所述电机内部。

7、优选的，靠近所述膨胀机一侧的轴颈内部设有环形腔体，所述环形腔体侧壁上设有环形槽孔。

8、优选的，所述压缩装置包括：风机壳，设置在所述风机壳上的风机进口和风机出口，和设置在所述风机壳内、且与所述电机连接的风机轮，所述风机轮转子通过气浮箔片轴承支承，所述风机轮的轮背和所述电机之间安装有风机侧密封。

9、优选的，所述膨胀机包括：涡轮壳，设置在所述涡轮壳上的涡轮进气口和涡轮出气口，设置在所述涡轮壳内、且与所述电机连接的涡轮，所述涡轮转子通过气浮箔片轴承支承，和设置在所述涡轮进气口处的喷嘴环。

10、优选的，涡轮出气口处设有圆盘形散热管，所述电机壳上设有与内部轴承间隙连通的冷却介质进出口，所述风机出口与所述圆盘形散热管之间设有轴承气引流管路，所述圆盘形散热管与冷却介质进出口之间设有轴承气回流管路。

11、优选的，所述拉杆转轴两端分别套设有径向轴承，所述推力盘两侧设有止推轴承，所述电机壳内设有止推轴承座和两个径向轴承座，两个所述径向轴承座套设在所述径向轴承上，所述止推轴承安装在所述止推轴承座和径向轴承座之间。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于：

13、1、本发明通过在电机、压缩装置和膨胀机内部设置风道，可将膨胀机排出的冷气引流回收进入电机内部，冷却电机及其高速转动产生的热量，随后流入压缩装置内部与抽吸的外部气体混合输送至电堆，实现空气循环利用，使得空气能量利用率达到最大化，同时提高了电机使用寿命，节约经济成本，提升了冷却系统的整机效率；

14、2、本发明通过在涡轮端的轴头上纵向贯穿开设若干通孔，便于更好的吸收膨胀机排出的冷气，使其可通过第一风路和第一轴孔进入电机内部，充分冷却电机内产生的热量，继而通过第二轴孔收集回流进入压缩装置内循环利用，在靠近膨胀机一侧的轴颈内部设有环形腔体，并在环形腔体侧壁上设有环形槽孔，可增加冷气吸收面积，提高冷气吸收效率，以便电机更好的吸收冷气降温，延长其工作寿命，设计合理，结构简单；

15、3、本发明可将风机出口带有热量的轴承气通过轴承气引流管路进入圆盘形散热管，然后通过涡轮排出的冷气吹冷降温，最后通过轴承气回流管路进入到内部轴承间隙内，对高速转动产生的热量进行散热，实现一部分冷气能量利用；

16、4、本发明以通过风机侧密封安装在风机轮轮背处，防止冷气发生泄漏；

17、5、本发明采用膨胀机、电机及风机共轴安装，双轮采用背靠背设计方式，使得整个空压机冷却系统结构更加紧凑，体积更小，便于放置，同时通过冷气引流吸热回到风机中，侧面加强了风机的进气量，避免由于气流进气过小而发生喘振现象。

技术特征：

1.一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，包括电机(1)，分别连接在所述电机(1)两端的压缩装置(2)和膨胀机(3)，其特征在于：还包括设置在所述电机(1)、压缩装置(2)和膨胀机(3)内部的风道，所述风道用于将膨胀机(3)排出的冷气引流进入电机(1)内部后流入压缩装置(2)内部。

2.根据权利要求1所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：所述电机(1)包括：电机壳(4)，设置在电机壳(4)内部的电机定子(5)，设置在电机壳(4)内、且两端均伸出电机壳(4)分别与压缩装置(2)和膨胀机(3)连接的拉杆转轴(6)，安装在所述电机壳(4)上的出线座(7)，和设置在所述拉杆转轴(6)上的推力盘(8)，所述风道设置在所述拉杆转轴(6)上，所述推力盘(8)位于所述拉杆转轴(6)靠近膨胀机(3)一端。

3.根据权利要求2所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：所述拉杆转轴(6)包括轴身(9)，设置在所述轴身(9)两端直径小于所述轴身(9)的轴颈(10)，和设置在两端轴颈(10)端部、直径小于所述轴颈(10)的轴头(11)，所述压缩装置(2)和膨胀机(3)分别连接在所述拉杆转轴(6)两端的轴头(11)上。

4.根据权利要求3所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：所述风道包括：径向贯穿靠近膨胀机(3)一侧的轴头(11)和轴颈(10)、并延伸至轴身(9)内部的第一风路(12)，纵向贯穿开设在所述膨胀机(3)内部的轴头(11)上、并与所述第一风路(12)连通的若干通孔(13)，纵向贯穿开设在靠近膨胀机(3)一侧的轴颈(10)上的第一轴孔(14)，纵向贯穿开设靠近压缩装置(2)一侧的轴颈(10)上的第二轴孔(15)，和径向贯穿靠近压缩装置(2)侧的轴头(11)、并延伸至轴颈(10)内与第二轴孔(15)连通的第二风路(16)，所述第一轴孔(14)和第二轴孔(15)均位于所述电机(1)内部。

5.根据权利要求2所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：靠近所述膨胀机(3)一侧的轴颈(10)内部设有环形腔体(17)，所述环形腔体(17)侧壁上设有环形槽孔(18)。

6.根据权利要求1所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：所述压缩装置(2)包括：风机壳(19)，设置在所述风机壳(19)上的风机进口(20)和风机出口(21)，和设置在所述风机壳(19)内、且与所述电机(1)连接的风机轮(22)，所述风机轮(22)转子通过气浮箔片轴承支承，所述风机轮(22)的轮背和所述电机(1)之间安装有风机侧密封(23)。

7.根据权利要求5所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：所述膨胀机(3)包括：涡轮壳(24)，设置在所述涡轮壳(24)上的涡轮进气口(25)和涡轮出气口(26)，设置在所述涡轮壳(24)内、且与所述电机(1)连接的涡轮(27)，和设置在所述涡轮进气口(25)处的喷嘴环(28)，所述涡轮(27)转子通过气浮箔片轴承支承。

8.根据权利要求6所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：涡轮出气口(26)处设有圆盘形散热管(29)，所述电机壳(4)上设有与内部轴承间隙连通的轴承冷却气入口(30)，所述风机出口(21)与所述圆盘形散热管(29)之间设有轴承气引流管路，所述圆盘形散热管(29)与冷却介质进出口之间设有轴承气回流管路。

9.根据权利要求2所述的一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，其特征在于：所述拉杆转轴(6)两端分别套设有径向轴承，所述推力盘(8)两侧设有止推轴承(33)，所述电机壳(4)内设有止推轴承座(32)和两个径向轴承座(31)，两个所述径向轴承座(31)套设在所述径向轴承上，所述止推轴承(33)安装在所述止推轴承座(32)和径向轴承座(31)之间。

技术总结本发明涉及氢燃料电池能量回收技术领域，提供了一种带冷气能量回收的空气悬浮式冷却系统，包括电机，分别连接在所述电机两端的压缩装置和膨胀机，设置在所述电机、压缩装置和膨胀机内部的风道，所述风道用于将膨胀机排出的冷气引流进入电机内部后流入压缩装置内部；本发明可将膨胀机排出的冷气引流回收进入电机内部，冷却电机及其高速转动产生的热量，随后流入压缩装置内部与抽吸的外部气体混合输送至电堆，实现空气循环利用，使得空气能量利用率达到最大化，同时提高了电机使用寿命，节约经济成本，提升了冷却系统的整机效率。技术研发人员：周小平,曹志勇,刘俊伟,陈欣,刘莹莹,曾庆龙,蒲万里,陈华民,严龙钢,屈园林,杨昊,岳清雯,朱乔琦受保护的技术使用者：中国电建集团透平科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29