[发明专利]一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及燃料电池空气压缩机密封技术领域，尤其涉及一种燃料电池空气压缩机空气冷却和密封系统。

背景技术

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。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明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发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

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，提出了本发明。

因此，本发明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，本发明提供如下技术方案：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。

作为本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。