一种气封结构以及氢气循环泵的制作方法

1.本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种气封结构以及氢气循环泵。


背景技术：

2.氢燃料电池系统是一种通过氢气和氧气发生化学反应将化学能转化为电能的装置，该化学反应实际为一种发电过程。氢燃料电池系统发电效率高、无噪声、无污染，是一种环境友好型的发电装置，因此已被广泛应用于新能源汽车等技术领域。
3.氢燃料电池系统通常包括电池堆、氢气路系统、空气路系统、热管理系统及相关管路。其中氢气路系统提供燃料来源，氢气路系统的储氢容量决定了所述氢燃料电池系统的工作时长。目前，多数氢燃料电池系统中都采用130％过饱和氢气参与反应，为了提高氢气的利用效率，通常会将氢燃料电池系统中未完全利用的氢气再次输送回燃料电池系统，即在排端用氢气循环泵将未反应的氢气增压到进气口进行二次反应。由于所述未反应的氢气中通常混合有高温的水蒸气、液态水等，会形成ph值在4到6范围内的酸性气液混合物，因此，为了避免所述酸性气液混合物对氢气循环泵内部的组件造成侵蚀和冲击，同时为了保证氢燃料电池堆内洁净度，所述氢气循环泵对于密封性能要求较高。其中，氢气循环泵执行器增压转子的密封主要靠其轴上的气封来实现，但是气封长期运行、干磨容易出现失效，进而影响氢气循环泵及氢燃料电池堆堆栈内部洁净度。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的部分或全部问题，本发明第一方面提供一种气封结构，包括：
5.骨架，包括第一部、与第一部垂直的第二部、以及与第二部垂直的第三部，所述第一部、第三部和所述第二部的内表面构成挡圈槽；
6.密封唇，其为j型，其平直部与所述骨架的第二部的内表面连接；以及
7.封尘唇，其设置于所述骨架第一部前端，包括弯折端，所述弯折端与所述密封唇的弯折部的方向相反，所述弯折端与所述密封唇的弯折部相对设置，且所述弯折端与弯折部之间设有空隙。
8.进一步地，所述骨架的第三部厚度小于第一部和/或第二部。
9.进一步地，所述气封结构包括至少两道密封唇。
10.进一步地，所述至少两道密封唇尺寸及形状相同，平行设置。
11.进一步地，所述密封唇的材料包括橡胶、或聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯。
12.进一步地，所述气封结构还包括密封唇托，所述密封唇托的第一表面与所述密封唇的第二表面贴合，以支撑所述密封唇，其中所述密封唇的第二表面为所述密封唇的作用面。
13.进一步地，所述密封唇托与密封唇之间的径向间距不大于0.2mm。
14.进一步地，所述密封唇托的材料为硬质承压材料，包括硬质塑料、聚甲醛、或非金属陶瓷、或金属轴承钢、或不锈钢。
15.进一步地，所述气封结构还包括密封包胶，其包覆所述骨架的第一部、及所述骨架第二部的外表面。
16.进一步地，所述密封包胶的材质为橡胶材质。
17.基于如前所述的气封结构，本发明第二方面提供一种氢气循环泵，其包括转子结构，所述转子结构上设置有如前述的气封结构。
18.本发明提供一种气封结构以及氢气循环泵，通过反向封尘唇的设计，使得密封唇在运行过程中干磨产生的粉末可以被收集于所述封尘唇与密封唇之间的空腔内，进而避免影响待密封空间内的洁净度。此外，多层密封唇还能有效提高气封结构的可靠性，同时，在密封唇下部设置密封唇托可以提高其耐压性及稳定性，减少径向力，减少温升延长寿命。
附图说明
19.为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
20.图1示出本发明一个实施例的一种气封结构的示意图；
21.图2示出本发明一个实施例的一种气封结构的剖面图示意图；
22.图3示出本发明一个实施例的一种氢气循环泵的结构示意图；以及
23.图4示出本发明一个实施例的一种氢气循环泵的剖面图示意图。
24.附图标记列表
25.100气封结构
26.101骨架
27.111 第一部
28.112 第二部
29.113 第三部
30.102 密封唇
31.103 封尘唇
32.104 密封唇托
33.105 密封包胶
34.001 电机
35.002 泵头
36.0211 主动转子组件
37.0212 从动转子组件
38.0221 主动齿轮
39.0222 从动齿轮
40.023 轴承
41.003 增压腔
具体实施方式
42.下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
43.在本发明中，除非特别指出，“布置在
…
上”、“布置在
…
上方”以及“布置在
…
之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在
…
上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在
…
下或下方”，反之亦然。
44.在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
45.在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
46.在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
47.在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
48.在本发明中，术语“j形”是指如下形状：该形状具有基本为直线形的平直部以及从所述平直部伸出且成非零角度的弯折部。弯折部既可以是直线形，也可以是弯曲的。
49.为了使气封长久运行不失效，本发明提供一种气封结构以及氢气循环泵，通过反向封尘唇的设计，使得密封唇在运行过程中干磨产生的粉末可以被收集于所述封尘唇与密封唇之间的空腔内，进而避免影响待密封空间内的洁净度。此外，多层密封唇还能有效提高气封结构的可靠性，同时，在密封唇下部设置密封唇托可以提高其耐压性及稳定性，减少径向力，减少温升延长寿命。下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。
50.图1及图2分别示出本发明一个实施例的一种气封结构及其剖面图示意图。如图1所示，一种气封结构，其整体为圆柱形，中间设置有通孔，以套接于诸如转轴等结构上，起到密封作用。如图所示，所述气封结构包括骨架101、密封唇102以及封尘唇103。其中所述骨架101作为所述气封结构的支撑。所述密封唇102与封尘唇103采用反向设置，以收集密封唇102运行产生的粉末。
51.如图所示，所述骨架101的剖面呈“[”型，为一体成型结构。所述骨架101包括第一部111、第二部112以及第三部113。如图所示，所述第一部111平行于所述气封结构的端面设置，所述第二部112与所述第一部111垂直，即平行于所述气封结构的侧表面，以及所述第三部113与所述第一部111平行，同样平行于所述气封结构的端面设置，进而所述第一部111、第三部113和所述第二部112的内表面形成挡圈槽，用于设置密封唇102。在本发明的一个实施例中，所述第三部113的厚度小于所述第一部和/或第二部。在本发明的一个实施例中，所述骨架101其例如可采用任意硬质承压材料，例如硬质塑料peek、聚甲醛pom、非金属陶瓷、金属材质轴承钢、不锈钢316、不锈钢316l等。
[0052]
所述密封唇102为j型密封唇，其平直部与所述骨架101的第二部112的内表面连接，弯折部与穿过所述气封结构通孔的结构，诸如转轴等的外表面接触，起到气密作用。为
了提高所述气封结构的耐用性，提升其使用寿命，在本发明的一个实施例中，在所述挡圈槽内设置有多道密封唇102。其中，各道密封唇102的形状和/或尺寸可以相同或不同。在如图2所示的实施例中，采用了两道密封唇设计，且所述两道密封唇的尺寸及形状完全相同，等间隔地平行连接至所述骨架的第二部112的内表面。在本发明的一个实施例中，所述密封唇102的材料包括橡胶、聚四氟乙烯ptfe等，其中橡胶例如可为氟橡胶、丁晴橡胶等，而聚四氟乙烯ptfe可以是纯ptfe，也可以是改性的ptfe，例如添加了石墨、和/或铜粉、和/或10％至40％的玻璃纤维等等的ptfe。为更好地支撑所述密封唇102，在本发明的一个实施例中，在每道密封唇的下方还设置有密封唇托104。所述密封唇托104设置于所述密封唇102的下侧，其第一表面与所述密封唇102的第二表面贴合，以支撑所述密封唇。如图所示，所述密封唇托104的第一表面形状优选地与所述密封唇102的第二表面一致，进而可以使得密封唇托104与所述密封唇102完全贴合。但同时，为了避免密封唇托104与穿过所述气封结构通孔的结构，诸如转轴等的外表面接触产生不必要的损耗，所述密封唇托104的长度应当略小于所述密封唇102。在本发明的一个实施例中，所述密封唇托104与密封唇102之间的径向间距不大于0.2mm，这可以使得所述密封唇托104更好地支撑所述密封唇102，同时所述密封唇托104的底部会对所述密封唇102产生一个45度的向上托举力，进而提高所述气封结构的耐压性及稳定性，同时减少径向力，减少温升，延长所述气封结构的使用寿命。为了更好地起到支撑效果，在本发明的一个实施例中，所述密封唇托的材料可以为任意硬质承压材料，例如硬质塑料peek、聚甲醛pom、非金属陶瓷、金属材质轴承钢、不锈钢316、不锈钢316l等。
[0053]
由于密封唇102在运行过程中，会与穿过所述气封结构通孔的结构，诸如转轴等的外表面产生干磨，进而可能产生粉尘，为了避免这些粉尘进入到其他腔体，影响洁净度。在本发明的实施例中，所述气封结构中还设置有封尘唇103。如图所示，所述封尘唇103设置于所述骨架101的第一部111的前端。所述封尘唇103包括弯折端，所述弯折端与所述密封唇102的弯折部的方向相反，且与所述密封唇102的弯折部相对设置，但之间设有空隙，这样所述封尘唇103与最上方一道密封唇102之间可形成一个带开口的空腔，在设备运行过程中，在轴向力的作用下，所述密封唇102产生的粉尘可由所述开口进入所述空腔，而不会逸出所述气封结构之外。在本发明的一个实施例中，所述封尘唇例如可采用与所述密封唇102相同的材料，例如橡胶、聚四氟乙烯ptfe等，其中橡胶例如可为氟橡胶、丁晴橡胶等，而聚四氟乙烯ptfe可以是纯ptfe，也可以是改性的ptfe，例如添加了石墨、和/或铜粉、和/或10％至40％的玻璃纤维等等的ptfe。
[0054]
为了避免气体从气封结构的外侧逃逸，在本发明的一个实施例中，在所述气封结构的外侧还设置有密封包胶105。如图所示，在本发明的一个实施例中，所述密封包胶105包覆所述骨架101的第一部111、及所述骨架第二部112的外表面。在本发明的一个实施例中，可通过所述密封包胶105直接形成如前所述的封尘唇103。在本发明的一个实施例中，所述密封包胶105例如可采用橡胶材质。
[0055]
图3及图4分别示出本发明一个实施例的一种氢气循环泵的结构及
[0056]
剖面图示意图。如图所示，一种氢气循环泵，包括电机001及泵头002。其中，所述电机001用于提供所述氢气循环泵工作所需的动力。所述泵头002内部包括转子组件及齿轮组件。所述转子组件设置于增压腔003内，包括主动转子组件0211以及从动转子组件0212。所述主动转子组件0211在所述电机001的驱动下转动，所述从动转子组件0212通过所述齿轮
组件与所述主动转子组件0211同步转动。通过所述主动转子组件0211与从动转子组件0212的同步转动将氢气泵送至燃料电池中。所述齿轮组件设置于具有密封性能的齿轮腔内，所述齿轮腔内填充有固体润滑脂。所述齿轮组件包括相啮合的齿轮结构，齿轮结构包括主动齿轮0221及从动齿轮0222，所述主动齿轮0221与所述主动转子组件0211固定连接，所述从动齿轮0222与所述从动转子组件0212固定连接，通过齿轮结构的传动实现所述主动转子组件0211与从动转子组件0212的同步转动。为保证所述转子组件能够平稳执行动作，所述主动转子组件0211与从动转子组件0212的两端还分别设置有轴承023。
[0057]
为了解决气封因增压腔内的压力变换导致的气封唇磨损加速问题，进而避免气封干磨导致的增压腔以及氢燃料电池堆内洁净度问题，如图所示，在本发明的一个实施例中，在所述转子组件上还设置有如前所述的气封结构100。所述气封结构100设置于所述转子组件远离所述齿轮组件的一端，用以保证所述增压腔003的密封性，同时避免气封结构干磨产生的ptfe粉末进入增压腔。具体而言，转子组件的转轴穿过所述气封结构中心的通孔，所述密封唇弯折部的外表面贴附于所述转轴表面。此外，所述气封结构外部的密封包胶在所述气封结构压装时，可以填充所述气封结构与泵头的外壳之间的空隙，起到密封的作用，防止氢气通过所述气封结构外沿侧逃逸至增压腔内。
[0058]
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

技术特征：
1.一种气封结构，其特征在于，包括：骨架，包括第一部、与第一部垂直的第二部、以及与第二部垂直的第三部，所述第一部、第三部和所述第二部的内表面构成挡圈槽；密封唇，其为j型，其平直部与所述骨架的第二部的内表面连接；以及封尘唇，其设置于所述骨架第一部前端，包括弯折端，所述弯折端与所述密封唇的弯折部的方向相反，且所述弯折端与所述弯折部相对设置，且在所述弯折端与所述弯折部之间设有空隙。2.如权利要求1所述的气封结构，其特征在于，所述骨架的第三部厚度小于第一部和/或第二部。3.如权利要求1所述的气封结构，其特征在于，包括至少两道密封唇。4.如权利要求3所述的气封结构，其特征在于，所述至少两道密封唇尺寸及形状相同，且平行设置。5.如权利要求1所述的气封结构，其特征在于，所述密封唇的材料包括橡胶、或聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯。6.如权利要求1所述的气封结构，其特征在于，还包括密封唇托，所述密封唇托的第一表面与所述密封唇的第二表面贴合，以支撑所述密封唇，其中所述密封唇的第二表面为所述密封唇的作用面。7.如权利要求6所述的气封结构，其特征在于，所述密封唇托与密封唇之间的径向间距不大于0.2mm。8.如权利要求6所述的气封结构，其特征在于，所述密封唇托的材料为硬质承压材料，包括硬质塑料、或聚甲醛、或非金属陶瓷、或金属轴承钢、或不锈钢。9.如权利要求1所述的气封结构，其特征在于，还包括密封包胶，其包覆所述骨架的第一部、及所述骨架第二部的外表面。10.如权利要求9所述的气封结构，其特征在于，所述密封包胶的材料包括橡胶。11.一种氢气循环泵，包括转子结构，其特征在于，所述转子结构上设置有如权利要求1至10任一述的气封结构。

技术总结
本发明公开一种气封结构，其包括骨架、密封唇以及封尘唇。其中骨架包括第一部、与第一部垂直的第二部、以及与第二部垂直的第三部，且第一部、第三部和所述第二部的内表面构成挡圈槽。密封唇为J型，其平直部与骨架的第二部的内表面连接。封尘唇设置于骨架第一部前端，包括弯折端，该弯折端与密封唇的弯折部的方向相反，与密封唇的弯折部相对设置，且弯折端与弯折部之间设有空隙。通过反向封尘唇的设计，使得密封唇在运行过程中干磨产生的粉末可以被收集于所述封尘唇与密封唇之间的空腔内，进而避免影响待密封空间内的洁净度。避免影响待密封空间内的洁净度。避免影响待密封空间内的洁净度。


技术研发人员：杨斌
受保护的技术使用者：华涧新能源科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/6