一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统，包括空气压缩机；气道流通结构，所述气道流通结构设置在所述空气压缩机内，所述气道流通结构包括主进气道、轴向进气管道以及径向进气管道；密封结构，所述密封结构设置在空气压缩机轴向两端；在满足各个部分合理的空冷流量配比的情况下，实现了空冷的流道系统结构简化，避免上述专利额外环状结构；在密封设计上，密封结构考虑了平衡轴向力，确定直接尺寸，采用迷宫密封设计，优化了几何尺寸，从而达到减少泄露量，提高空压机的压缩效率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统
本专利技术涉及燃料电池空气压缩机密封
，尤其涉及一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统。
技术介绍
随着技术的成熟和成本的持续降低，燃料电池汽车越来越被政府和企业认可为新能源汽车的发展方向，众多知名企业加大对燃料电池系统的研发投入。燃料电池车用空气压缩机，作为其重要元器件，为燃料电池的阴极反应提供高压空气，其成本和能耗约占燃料电池系统的20％，其性能好坏直接影响燃料电池系统的性能。目前市场上和各个公司研发的主流燃料电池空压机，都是应用永磁同步电机+空气箔片轴承，而空气冷却系统，直接用于冷却轴承系统，带走转子和定子之间的风损和转子发热。空冷系统直径关系着整个转子系统的可靠性。同时为了保证空气冷却的效率，需要有效的分离冷却气道和压轮处的高压气体，而由于转子的高速旋转，需要设计高效可靠的密封系统。盖瑞特(前身隶属于Honeywell)，是最早的把燃料电池空气压缩机商业化的公司，关于其产品的冷却系统和密封系统，其中专利US_2015_0275920_A1公开了一种燃料电池空气压缩机的冷却和密封系统，但是其空气冷却流道复杂，需要在壳体和背板上预留大量孔，制造难度大；并且低压级和高压级的空冷气体，直接在径向喷射在高速转子上面，第一带来加大空冷气体的流动损失，第二对转子的稳定性带来很多不确定因素，存在很大失效风险；低压级和高压级的密封机构采用了密封环，密封环安装相对困难，而且存在密封环和高速转子碰擦的风险，带来转子失稳的风险。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术目的是提供一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括空气压缩机；气道流通结构，所述气道流通结构设置在所述空气压缩机内，所述气道流通结构包括主进气道、轴向进气管道以及径向进气管道；密封结构，所述密封结构设置在空气压缩机轴向两端。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述空气压缩机包括电机壳、位于电机壳内部的电机转子系统，所述电机转子系统包括低压端以及高压端，所述低压端所在的电机壳一侧设置有与所述电机壳相配合的背板，所述电机壳与所述电机转子系统之间设置有空气轴承所述主进气道位于所述电机壳的上，所述轴向进气管道位于所述电机壳内部轴向方向上。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述径向进气管道包括低压端进气管道以及高压端进气管道，其中所述低压端进气管道位于所述背板上，所述高压端进气管道位于所述电机壳的高压端方向。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述电机壳与所述背板之间设置有定位环，所述定位环上设置有多组冷却气道，在所述定位环与所述电机转子系统之间设置有旋转件。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述冷却气道沿所述电机转子系统切向设置，并且所述冷却气道的切向与所述电机转子系统的旋转方向一致。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述电机转子系统与所述背板之间设置有所述密封结构；所述电机外壳与所述电机转子系统之间设置有挡板，所述挡板与所述电机转子系统之间设置有所述密封结构。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述密封结构包括密封杆以及位于所述密封杆上的多组凸起，其中所述凸起与所述背板以及所述挡板之间留有缝隙，所述凸起至少设置三组。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：其中所述凸起的顶端与所述背板以及所述挡板之间的缝隙定义为间隙K，所述凸起的高度定义为齿高H，所述相邻凸起之间的距离定义为齿距L，以及所述凸起的顶端至所述密封结构块的底部距离定义为直径M。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述间隙K为0.1mm～0.5mm，所述齿高H为0.5mm～2mm，所述齿距L为1mm～3mm，所述直径H为30mm～50mm。作为本专利技术所述燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的一种优选方案，其中：所述间隙K为0.3mm，所述齿高H为1mm，所述齿距L为2.5mm，所述直径H为40mm。本专利技术的有益效果：在满足各个部分合理的空冷流量配比的情况下，实现了空冷的流道系统结构简化，避免上述专利额外环状结构；在低压级，通过定位环的孔，来均布空气冷却气体，空冷的进气改为切向进气，且方向和旋转方向相同，提高了冷却的效率，减小了不必要气流损失，而且避免气流对转子的直接的径向激励；在高压级，空冷的进气，利用静止的挡板，把最后的径向进气改为轴向进气，而且避免气流对转子的直接的径向激励；在密封设计上，密封结构考虑了平衡轴向力，确定直接尺寸，采用迷宫密封设计，优化了几何尺寸，从而达到减少泄露量，提高空压机的压缩效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统的整体结构剖面示意图。图2为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统所述的定位环结构示意图。图3为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统所述的密封结构示意图。图4为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统内气体流通方向示意图。图5为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统所述的定位环内的气体流通方向示意图。图6为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统所述的密封结构流线分布示意图。图7为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统所述的密封结构压力分布示意图。图8为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统所述的电机转子系统叶轮压力分布图。图9为本专利技术燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统所述的叶轮压力分布分析示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统，其特征在于：包括，/n空气压缩机(100)；/n气道流通结构(200)，所述气道流通结构(200)设置在所述空气压缩机(100)内，所述气道流通结构(200)包括主进气道(201)、轴向进气管道(202)以及径向进气管道(203)；/n密封结构(300)，所述密封结构(300)设置在空气压缩机(100)轴向两端。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统，其特征在于：包括，
空气压缩机(100)；
气道流通结构(200)，所述气道流通结构(200)设置在所述空气压缩机(100)内，所述气道流通结构(200)包括主进气道(201)、轴向进气管道(202)以及径向进气管道(203)；
密封结构(300)，所述密封结构(300)设置在空气压缩机(100)轴向两端。


2.如权利要求1所述的燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统，其特征在于：所述空气压缩机(100)包括电机壳(101)、位于电机壳(101)内部的电机转子系统(102)，所述电机转子系统(102)包括低压端(102a)以及高压端(102b)，所述低压端(102a)所在的电机壳(101)一侧设置有与所述电机壳(101)相配合的背板(103)，所述电机壳(101)与所述电机转子系统(102)之间设置有空气轴承(104)所述主进气道(201)位于所述电机壳(101)的上，所述轴向进气管道(202)位于所述电机壳(101)内部轴向方向上。


3.如权利要求2所述的燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统，其特征在于：所述径向进气管道(203)包括低压端进气管道(203a)以及高压端进气管道(203b)，其中所述低压端进气管道(203a)位于所述背板(103)上，所述高压端进气管道(203b)位于所述电机壳(101)的高压端方向。


4.如权利要求2或3所述的燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统，其特征在于：所述电机壳(101)与所述背板(103)之间设置有定位环(105)，所述定位环(105)上设置有多组冷却气道(105a)，在所述定位环(105)与所述电机转子系统(102)之间设置有旋转件(106)。


5.如权利要求4所述的燃料电池空气压缩机空气冷却和...

【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，牛鹏飞，康明龙，王征宇，冯洋，崔玺，张泽裕，王向军，伍培明，
申请(专利权)人：蜂巢蔚领动力科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32