本发明专利技术涉及一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，包括驱动件、执行件、传动件及支承件；驱动件包括电机总成，用于提供动力；执行件包括转子结构及转轴结构，将氢气泵送至燃料电池中；传动件包括相啮合的齿轮结构，实现转子结构同步转动；支承件包括供转轴结构平稳执行动作的轴承；其中，传动件，和/或支承件内构成有自润滑密封系统；执行件，和/或传动件，和/或支承件内构成有增稳系统。本发明专利技术采用自润滑密封系统，满足氢气循环泵在高温、偏酸性的环境下的工作要求，因结构改进的同时解决氢气循环泵功耗、结构空间占用率问题；同时通过设计增稳系统，解决氢气循环泵强度及使用寿命的问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵
[0001]本专利技术涉及氢气循环泵
，特别涉及一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵。
技术介绍
[0002]燃料电池是一种清洁且高效率的能源，燃料电池通过氢气与氧(空气)等氧化剂发生电化学反应，将化学能转化为电能。作为燃料电池系统的子零部件，氢气循环泵的作用就是将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，提高氢气的利用效率。
[0003]基于其应用场景，氢气循环泵内部压缩腔会直接与氢气、氮气、水蒸气、液态水混合接触，气体温度在70～90℃之间，液态水pH为3～5之间的偏酸性，这种高温，多变且复杂的气体混合工况对燃料电池氢气循环泵的结构设计有更高的要求，基于传统的氢气循环泵，其存在的缺陷在于：（1）关于轴承的设计：a、轴承在运行的过程中要防止在高温运行时外圈和轴承室相对的滑动和蠕动，一但长时间的滑动或者蠕动配合间隙变大会造成设备故障停机或者轴承提前失效，密封失效后的轴承使用寿命也不能满足要求；b、由于高温的液态水和高温气体混合物会直接对运行过程中的燃料电池氢气循环泵轴承进行侵蚀和冲击，造成轴承失效，影响燃料电池系统的正常运行；c、恶劣的运行环境下，高温的水和水蒸气容易造成轴承的锈蚀；同时在高温环境下轴承易出现松动，产生运行不稳定，工作失效的问题，甚至会引发设备故障。
[0004]（2）关于润滑方式的设计：针对轴承而言，如果轴承油脂选择不当，如选用锂皂
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矿物油基润滑脂的轴承，一旦失效，轴承内部的油脂会随着混合气体一起进入到燃料电池系统内部，轴承油脂高温挥发性成分可以分散和附着在燃料电池内部的膜片上，使燃料电池系统中毒，造成燃料电池系统功率降低或停机；针对传动结构处的润滑而言，传统润滑方式采用液体润滑油，液体润滑油粘性小，流动性强，高温易挥发，容易泄漏；灰尘和水进入后会发生乳化。
[0005]（3）关于转子结构的设计：a、采用金属转子，并需在其外表面增加一层PTFE涂层，在高温酸性条件下运行时PTFE图层会出现剥落现象产生颗粒物，危害燃料电池；b、现有转子材料多为铝合金和不锈钢，铝合金转子在高温下运行容易与端盖或壳体发生粘结现象造成氢气循环泵停机；c、金属转子工艺复杂，成本高，报废率高；重量大，噪音大，运行时离心力和不平衡质量力大，功率高；d、金属转子热膨胀系数大，设计时需要留较大间隙，减小了氢气循环泵的容积效率；且抗冲击能力弱，松脱力小。
[0006]（4）关于传动结构的设计：在氢气循环泵中，采用一对啮合的齿轮实现传动，因而为防止齿轮的径向位置偏移，其固定安装尤为重要；现有技术中，通过机床打销孔，传递齿轮动力，工序比较复杂，需要额外工装制具的投入；销孔传递力矩有限，长时间运行容易产生间隙，若重复启停将导致使用寿命很短。
[0007]因此基于现有技术中存在的缺陷，本专利技术研制了一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
[0008]本专利技术目的是：提供一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，以解决现有技术中氢气循环泵的密封性与自润滑能力不足，在长时间工作后稳定性降低的问题。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，包括：驱动件，包括电机总成，用于提供动力；执行件，包括转子结构及转轴结构，将氢气泵送至燃料电池中；传动件，包括相啮合的齿轮结构，实现转子结构同步转动；支承件，包括供转轴结构平稳执行动作的轴承；其中，所述传动件，和/或支承件内构成有自润滑密封系统，所述自润滑密封系统形成于：具有密封腔室的轴承内，包括处于密封腔室内具有自润滑能力的保持架，以及容纳于密封腔室内部的固体润滑脂；和/或，齿轮结构安装的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。
[0010]优选的，所述自润滑密封系统中：所述轴承具有一对密封件，所述密封腔室形成于一对密封件、以及轴承的内圈与外圈之间，并将固体润滑脂、轴承的滚动体及保持架容纳于其中；以g为单位的所述固体润滑脂的用量与以mL为单位的密封腔室体积成正比，比值范围为0.2～0.3；和/或，所述齿轮腔一侧端部具有一端盖，所述端盖的连接端面处设置有第一密封圈，所述齿轮腔的另一侧端部具有轴承；所述第一密封圈以及具有密封性能的轴承使所述齿轮腔内呈密封状，并将固体润滑脂容纳于其中，以g为单位的所述固体润滑脂的用量与以mL为单位的齿轮腔体积成正比，比值范围为0.2～0.35。
[0011]优选的，所述轴承中，具有自润滑能力的保持架采用PEEK与PA的组合，或者PEEK与CF、GF、PTFE的组合中的任意一种制成；所述密封件采用FKM或者FKM的改性材料制成，与内圈之间形成用于接触的第一密封部，与外圈之间形成用于接触的第二密封部，所述第一密封部采用多唇密封结构或面接触密封结构中的任意一种，所述第二密封部采用多唇密封结构或面接触密封结构中与第一密封部相异的另一种。
[0012]优选的，所述多唇密封结构包括外伸设置的第一唇口，至少一个第二唇口，以及第三唇口，对应接触的内圈或外圈上具有与第一唇口接触的第一面，与第二唇口接触的第二面，以及与第三唇口接触的第三面；所述第一面、第二面及第三面非同面设置，与第一唇口、
第二唇口及第三唇口形成多级密封防泄漏；所述面接触密封结构包括第一密封面及第二密封面，对应接触的内圈或外圈上具有与第一密封面相抵贴合的第四面，以及与第二接触面相抵贴合的第五面；所述第四面与第五面非同面设置，与第一密封面及第二密封面全接触增大接触面积防泄漏。
[0013]优选的，所述轴承中添加的固体润滑脂采用合成烃油、酯油、醚油及硅油中任意一种或多种的组合作为基础油，Li、Na、Ba和Ca的金属络合物皂及其混合物作为增稠剂，氧化镁和锆酸镁、磺酸盐、琥珀酸酯、亚硝酸盐中任意一种或多种的组合作为防锈剂，全氟辛基丙烯酸酯作为表面活性剂；其质量比为：基础油56%～72%，增稠剂12%～32%，防锈剂0.5%～2%，全氟辛基丙烯酸酯作为表面活性剂0.1%～0.5%；和/或，所述齿轮腔内的固体润滑脂采用氟系润滑剂作为基础油，聚四氟乙烯作为增稠剂，磺酸金属盐作为防锈剂，二硫代氨基甲酸碲和二硫代氨基甲酸硒作为磨损抑制剂；其质量比为：基础油50%～68%，增稠剂15%～32%，防锈剂1.2%～2.5%，磨损抑制剂0.5%～0.8%。
[0014]优选的，所述执行件，和/或传动件，和/或支承件内构成有增稳系统，所述增稳系统形成于：转子结构处，包括采用树脂材料制成的转子结构；和/或，轴承外壁处，包括开设于轴承外壁处的偏心槽，以及与偏心槽配合设置并具有弹性变形能力的防松圈；和/或，齿轮结构处，包括实现齿轮结构与转轴结构固定连接的胀套结构。
[0015]优选的，所述增稳系统中：所述转子结构包括同步转动的主动转子及从动转子，所述主动转子及从动转子均包括保持件，以及注塑成型于保持件外侧的树脂转子本体；所述保持件与转轴结构过盈配合，并通过定位孔及定位销的配合实现固定连接，所述保持件完全嵌合于树脂转子本体内；和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，其特征在于，包括：驱动件，包括电机总成，用于提供动力；执行件，包括转子结构及转轴结构，将氢气泵送至燃料电池中；传动件，包括相啮合的齿轮结构，实现转子结构同步转动；支承件，包括供转轴结构平稳执行动作的轴承；其中，所述传动件，和/或支承件内构成有自润滑密封系统，所述自润滑密封系统形成于：具有密封腔室的轴承内，包括处于密封腔室内具有自润滑能力的保持架，以及容纳于密封腔室内部的固体润滑脂；和/或，齿轮结构安装的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。2.根据权利要求1所述的一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，其特征在于：所述自润滑密封系统中：所述轴承具有一对密封件，所述密封腔室形成于一对密封件、以及轴承的内圈与外圈之间，并将固体润滑脂、轴承的滚动体及保持架容纳于其中；以g为单位的所述固体润滑脂的用量与以mL为单位的密封腔室体积成正比，比值范围为0.2～0.3；和/或，所述齿轮腔一侧端部具有一端盖，所述端盖的连接端面处设置有第一密封圈，所述齿轮腔的另一侧端部具有轴承；所述第一密封圈以及具有密封性能的轴承使所述齿轮腔内呈密封状，并将固体润滑脂容纳于其中，以g为单位的所述固体润滑脂的用量与以mL为单位的齿轮腔体积成正比，比值范围为0.2～0.35。3.根据权利要求2所述的一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，其特征在于：所述轴承中，具有自润滑能力的保持架采用PEEK与PA的组合，或者PEEK与CF、GF、PTFE的组合中的任意一种制成；所述密封件采用FKM或者FKM的改性材料制成，与内圈之间形成用于接触的第一密封部，与外圈之间形成用于接触的第二密封部，所述第一密封部采用多唇密封结构或面接触密封结构中的任意一种，所述第二密封部采用多唇密封结构或面接触密封结构中与第一密封部相异的另一种。4.根据权利要求3所述的一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，其特征在于：所述多唇密封结构包括外伸设置的第一唇口，至少一个第二唇口，以及第三唇口，对应接触的内圈或外圈上具有与第一唇口接触的第一面，与第二唇口接触的第二面，以及与第三唇口接触的第三面；所述第一面、第二面及第三面非同面设置，与第一唇口、第二唇口及第三唇口形成多级密封防泄漏；所述面接触密封结构包括第一密封面及第二密封面，对应接触的内圈或外圈上具有与第一密封面相抵贴合的第四面，以及与第二接触面相抵贴合的第五面；所述第四面与第五面非同面设置，与第一密封面及第二密封面全接触增大接触面积防泄漏。5.根据权利要求2所述的一种耐高温水气低功耗燃料电池氢气循环泵，其特征在于：所述轴承中添加的固体润滑脂采用合成烃油、酯油、醚油及硅油中任意一种或多种的组合作为基础油，Li、Na、Ba和Ca的金属络合物皂及其混合物作为增稠剂，氧化镁和锆酸镁、磺酸盐、琥珀酸酯、亚硝酸盐中任意一种或多种的组合作为防锈剂，全氟辛基丙烯酸酯作为表面活性剂；其质量比为：基础油56%～72%，增稠剂12%～32%，防锈剂0.5%～2%，全氟辛基丙烯酸
酯作为表面活性剂0.1%～...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴巍平，刘善波，张爱军，
申请(专利权)人：苏州瑞驱电动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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