用于燃料电池压缩机的密封装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在压缩机(例如在燃料电池用途中使用的双级或系列压缩机)中所使用的密封件。
【背景技术】
[0002]空气压缩机可以用于通过将压缩空气提供至燃料电池的阴极侧而提高燃料电池的效率。双级压缩机可用在通过在各级中压缩一定体积的空气而在出口处要求较高压力的一些用途中。在双级压缩机中，在轴上设置低压压缩机叶轮，并且在相同的轴上设置高压压缩机叶轮。该轴可以是电机驱动的，并且该轴的旋转可用于使压缩机叶轮旋转。这样，将在大气温度和大气压力下进入双级压缩机的低压侧的空气压缩到第一压力。然后，将压缩空气传递至高压侧以便进一步增加压力。然后，将来自双级压缩机高压侧的空气输送至燃料电池以促进燃料电池反应。
[0003]无论压缩机的具体构造是单级还是多级，压缩机通常限定在不同压力下的各种空气流道。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例涉及用于提供在压缩机内部的不同流道之间的密封的机构。本发明的实施例提供构造成在不同的压力和温度下分离并控制空气(包括例如压缩机空气、推力轴承冷却空气、和/或轴颈轴承冷却空气)的密封。此外，本文中所描述的本发明的实施例提供是低成本、低摩擦密封的并且可以用于高速涡轮机的密封，包括在双级压缩机内部的压差密封。
[0005]在一个实施例中，例如，提供一种包括低压侧和高压侧的、使用于燃料电池的双级压缩机。低压侧包括:被轴支撑并且构造成围绕轴的轴线旋转的低压压缩机叶轮；构造成与低压压缩机叶轮一起旋转的低压密封架；被设置在低压密封架的一部分的周边周围的固定低压密封板；和至少一个低压密封环。高压侧包括:被轴支撑并且构造成围绕轴的轴线旋转的高压压缩机叶轮；构造成与高压压缩机叶轮一起旋转的高压密封架；被设置在高压密封架的一部分的周边周围的固定高压密封板；和至少一个高压密封环。低压密封架可限定构造成容纳低压密封环的至少一个密封槽。低压密封环可构造成当被容纳在槽中时密封抵靠固定低压密封板的接触面以便形成用于低压侧的压差密封。此外，高压密封架可限定构造成容纳高压密封环的至少一个密封槽，高压密封环可构造成当被容纳在槽中时密封抵靠固定高压密封板的接触面以便形成用于高压侧的压差密封。
[0006]在一些实施例中，低压密封环或者高压密封环中的至少一个可包括开口膨胀环。在一些情况下，低压密封架可限定构造成容纳单个低压密封环的仅一个密封槽，高压密封架可限定两个密封槽，这两个密封槽相互间隔开并且各自构造成容纳单个高压密封环。此夕卜，固定的高压密封板可包括在其接触面上的台阶部，该台阶部可构造成限制高压密封环的轴向行程。高压侧可包括高压内密封环和高压外密封环，高压密封架可限定构造成容纳高压内密封环的内密封槽和与内密封槽间隔开且构造成容纳高压外密封环的外密封槽。固定的高压密封板的台阶部可构造成与高压内密封环邻接，从而限制高压内密封环在朝向低压侧的方向上的轴向行程。
[0007]在一些情况下，低压密封环和高压密封环可由低摩擦金属材料构成。至少一个高压密封环可具有不同于至少一个低压密封环的直径尺寸的直径尺寸。至少一个高压密封环的直径尺寸可以小于至少一个低压密封环的直径尺寸。在一些情况下，低压密封架和高压密封架可由非磁性材料构成。此外，固定的低压密封板和固定的高压密封板可由非磁性材料构成。
[0008]在其它实施例中，提供一种使用于燃料电池的压缩机，其中该压缩机包括被轴支撑且构造成围绕轴的轴线旋转的压缩机叶轮、和构造成与压缩机叶轮一起旋转的密封架，其中密封架限定在密封架的外围边缘中的至少一个密封槽。可围绕密封架的一部分的周边设置固定的密封板，并且可设置至少一个密封环，该密封环构造成被容纳在相应的密封槽内，使得该密封环当被容纳在槽中时密封抵靠固定密封板的接触面从而在密封环的压缩机侧与密封环的轴侧之间形成压差密封。
[0009]在一些情况下，至少一个密封环可包括开口膨胀环。密封架可限定相互间隔开且各自构造成容纳单个密封环的两个密封槽。此外，固定的密封板可包括在其接触面上的台阶部，其中该台阶部构造成限制密封环的轴向行程。至少一个密封环可包括内密封环和外密封环，并且密封架可包括构造成容纳内密封环的内密封槽、和与内密封槽间隔开且构造成容纳外密封环的外密封槽。固定密封板的台阶部可构造成与内密封环邻接从而限制内密封环的轴向行程。密封环可由低摩擦金属材料构成。在一些情况下，密封架可由非磁性材料构成，并且/或者固定的密封板可由非磁性材料构成。
【附图说明】
[0010]现在将参照附图概括地描述本公开，这些附图不必按比例绘制，并且其中:
图1是根据本发明一个实施例的双级压缩机的简化剖视图。
[0011]图2是根据本发明一个实施例的压缩机的低压侧的一部分的简化剖面近视图。
[0012]图2A是示出图2的密封部件的详细剖视图。
[0013]图3是根据本发明一个实施例的压缩机的低压侧的密封部件的简化示意图。
[0014]图4是根据本发明一个实施例的被安装在密封架上且处于不受约束位置的密封环的透视图。
[0015]图5是根据本发明一个实施例的压缩机的高压侧的一部分的简化剖面近视图。
[0016]图5A是示出图5的密封部件的详细剖视图。
[0017]图6是根据本发明一个实施例的压缩机的高压侧的密封部件的简化示意图。
[0018]图7是根据本发明一个实施例的具有两个槽的高压密封架的透视图。
[0019]图8是根据本发明一个实施例的具有低压压缩机叶轮和高压压缩机叶轮和相应密封架的轴的透视图。
【具体实施方式】
[0020]现在将参照附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的一些但不是全部的实施例。实际上，本发明的各方面可具体化为许多不同形式并且不应被理解成局限于本文中陈述的这些实施例；相反，提供这些实施例而使得本公开将满足适用的法律要求。在所有的附图中相似的附图标记是指相似的元件。
[0021]图1中示出了使用于燃料电池(例如质子交换膜(PEM)燃料电池)的双级压缩机10的简化剖视图。双级压缩机10可包括在压缩机的相应端部的低压侧15和高压侧20。低压侧15可包括大致在大气压力和大气温度下吸入周围空气的低压压缩机叶轮25。当使低压压缩机叶轮25旋转时，压缩机叶轮的叶片将周围空气压缩到第一压力，例如大约2倍的大气压力(2 atm)的压力。此“低压”空气被接纳在低压蜗壳16中，并且将低压空气从该蜗壳经由级间导管17引导入高压压缩机叶轮30的入口，该高压压缩机叶轮进一步将空气压缩到第二压力，例如大约4倍大气压力(4 atm)的压力。此“高压”空气被接纳在高压蜗壳21中然后被供给到燃料电池(未图示)的阴极侧，在阴极侧它为燃料电池反应提供氧气而产生电。
[0022]如图1中所示，压缩机叶轮25，30附接到旋转轴35的相反端。在电机驱动的双级压缩机的情况下，轴35可包括具有在轴的内部或者包围在轴周围的一个磁体(或多个磁体)40的部分，磁体40与电机定子45合作而驱动轴。在这点上，电机定子45可相对于轴而相