[發(fā)明專利]一種氫氣循環(huán)泵和氫燃料電池系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110506984.0
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113090558A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鳳芹;滕利利;胡鳳波;肖海
• 申請（專利權(quán)）人: 北京艾爾航空科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: F04D25/06
• 分類號: F04D25/06;F04D29/08;F04D29/16;F04D29/42;F04D29/053;F04D29/02;H01M8/04089
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 黃燕

本申請?zhí)峁┝艘环N氫氣循環(huán)泵和氫燃料電池系統(tǒng)，涉及循環(huán)泵技術(shù)領(lǐng)域。該氫氣循環(huán)泵包括泵殼、葉輪、電機(jī)外殼、電機(jī)軸、軸端固定件、密封殼體、密封環(huán)和密封圈。沿電機(jī)軸的前端至后端的方向，電機(jī)軸的外側(cè)罩設(shè)有依次連接的泵殼、密封殼體及電機(jī)外殼，泵殼、密封殼體及電機(jī)外殼與電機(jī)軸之間均具有空腔；泵殼與電機(jī)軸的空腔內(nèi)，沿電機(jī)軸的徑向由內(nèi)至外依次套設(shè)有軸端固定件和葉輪，密封環(huán)設(shè)置于葉輪與泵殼之間，密封圈設(shè)置于泵殼與密封殼體之間。該氫氣循環(huán)泵能夠使氫氣與外部完全隔離，解決因高速循轉(zhuǎn)造成動密封磨損從而造成氫氣泄漏問題。相應(yīng)的氫燃料電池系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)氫氣的循環(huán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及循環(huán)泵技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氫氣循環(huán)泵和氫燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

車用氫燃料電池系統(tǒng)是將一定量的氫氣和空氣中的氧氣通入燃料電池電堆內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能的過程。燃料電池在工作過程中，會有明顯的反應(yīng)不完全情況，即有很多氫氣不會參加反應(yīng)，如果將未反應(yīng)的氫氣直接排放到大氣，即使造成氫氣的浪費(fèi)，也會造成一定的安全隱患。

目前主流的解決方案是通過氫氣循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)氫氣的再循環(huán)，通過氫氣的循環(huán)將電堆內(nèi)部生成的水帶出，通過汽水分離后，經(jīng)過氫氣泵增壓后返回電堆陽極重復(fù)使用。

目前現(xiàn)有的燃料電池氫氣增壓系統(tǒng)主要以渦旋式和“爪式”為代表的低速旋轉(zhuǎn)容積式循環(huán)泵為主。容積式循環(huán)泵依靠改變?nèi)莘e實(shí)現(xiàn)壓縮氣體增壓。整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜這就導(dǎo)致整體尺寸、重量較大。這種結(jié)構(gòu)運(yùn)行效率較低，泵運(yùn)行功耗和噪音很大。容積式靠兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間容積變化對氣體進(jìn)行增壓，這種結(jié)構(gòu)兩轉(zhuǎn)子之間間隙極小，運(yùn)行過程中由于高低溫變化轉(zhuǎn)子很容易發(fā)生卡滯問題。旋轉(zhuǎn)容積式循環(huán)泵還是采用傳統(tǒng)潤換油潤滑，無法真正的實(shí)現(xiàn)無油，存在泄漏后污染系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

離心式循環(huán)泵再這方面優(yōu)勢非常明顯，離心式循環(huán)泵使通過葉輪旋轉(zhuǎn)對氣體工質(zhì)做功從而增加工質(zhì)動能。通過提高轉(zhuǎn)速可以減小離心式循環(huán)泵體積、重量。同時(shí)這種離心式循環(huán)泵效率很高，功耗低。

但目前離心式氫氣泵應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)至少還具有以下缺陷：密封性差，容易導(dǎo)致氫氣泄露。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一包括提供了一種氫氣循環(huán)泵，其能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)中氫氣循環(huán)泵密封性差，容易導(dǎo)致氫氣泄露的問題。

本發(fā)明的目的之二還包括提供一種氫燃料電池系統(tǒng)，其可實(shí)現(xiàn)氫氣的再循環(huán)。

本申請可以這樣實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本申請?zhí)峁┮环N氫氣循環(huán)泵，包括循環(huán)泵結(jié)構(gòu)、磁懸浮電機(jī)結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)，循環(huán)泵結(jié)構(gòu)包括泵殼和葉輪，磁懸浮電機(jī)結(jié)構(gòu)包括電機(jī)外殼、電機(jī)軸和軸端固定件，密封結(jié)構(gòu)包括密封殼體、密封環(huán)和密封圈。

沿電機(jī)軸的前端至后端的方向，電機(jī)軸的外側(cè)罩設(shè)有依次連接的泵殼、密封殼體以及電機(jī)外殼，泵殼與電機(jī)軸之間、密封殼體與電機(jī)軸之間以及電機(jī)外殼與電機(jī)軸之間均具有空腔；

泵殼與電機(jī)軸的空腔內(nèi)，沿電機(jī)軸的徑向由內(nèi)至外依次套設(shè)有軸端固定件和葉輪，密封環(huán)設(shè)置于葉輪與泵殼之間，密封圈設(shè)置于泵殼與密封殼體之間。

在可選的實(shí)施方式中，泵殼還設(shè)有安裝腔，安裝腔內(nèi)設(shè)有用于沿電機(jī)軸的軸向方向?qū)θ~輪的殼體進(jìn)行固定的固定零件。

在可選的實(shí)施方式中，密封圈為O型圈。

在可選的實(shí)施方式中，電機(jī)軸的制備材料為導(dǎo)磁材料。

在可選的實(shí)施方式中，電機(jī)軸的外表面進(jìn)行鍍層處理以防止電機(jī)軸與水蒸氣接觸后發(fā)生銹蝕。

在可選的實(shí)施方式中，密封殼體與電機(jī)軸之間形成的空腔為第一軸承室，第一軸承室內(nèi)設(shè)有套設(shè)于電機(jī)軸上的前徑向磁懸浮軸承，前徑向磁懸浮軸承沿電機(jī)軸的徑向抵接于密封殼體，且第一軸承室內(nèi)還留有位于前徑向磁懸浮軸承兩側(cè)的靠近電機(jī)軸的前端的第一空間和靠近電機(jī)軸的后端的第二空間。