[發明專利]一種燃料電池用氫氣循環泵、氫氣循環系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202111593555.8
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114278563A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 段凱磊;黃潛
• 申請（專利權）人: 上海重塑能源科技有限公司
• 主分類號: F04C18/12
• 分類號: F04C18/12;F04C29/12;F04C29/04;F04C29/06;F04C29/00;H01M8/04089;H01M8/04701
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 雷紹寧

本發明提供一種燃料電池用氫氣循環泵、氫氣循環系統及其工作方法，燃料電池用氫氣循環泵包括一端設置循環氫入口的殼體，所述殼體內設有通過動力部件驅動且相嚙合的多個轉子，所述轉子與所述殼體內壁圍成輸氣容腔，所述殼體另一端設有排氣口，所述殼體內還設有一端連通新氫入口的新氫腔，所述新氫腔另一端連通所述排氣口。本發明能使得整個氫氣循環泵運行在較低的溫度下，由于氫氣循環泵的排氣溫度大幅降低，使得氫氣循環泵可以工作在較低的熱負荷下，進而提高了氫氣循環泵的可靠性和使用壽命。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池用氫氣循環泵、氫氣循環系統及其工作方法。

背景技術

氫氣循環系統是質子交換膜燃料電池中最重要的子系統之一，典型的燃料電池系統原理圖如附圖中的圖1所示，氫瓶28中的氫氣經過減壓閥29之后進入燃料電堆陽極27，并與燃料電堆陰極25中的氧氣反應生成水，同時產生電能，然而進入燃料電堆陽極27中的氫氣并不能完全反應，未完全反應的氫氣經過分水器30后，通過氫氣循環泵1提高壓力，并再次進入燃料電堆24中發生反應，氫氣循環系統不但能提高氫氣的利用率，同時還能改善燃料電堆內的水平衡，避免發生水淹，提高燃料電堆的工作效率。

現有技術中的氫氣循環系統如附圖中的圖2所示，其中使用的氫氣循環泵大多為羅茨泵。羅茨泵的工作原理如附圖中的圖3所示，羅茨泵的多個轉子在運轉過程中會與殼體之間形成輸氣容腔4，轉子不斷旋轉將輸氣容腔4內的氫氣從循環氫入口2輸送至排氣口3，以達到壓縮氫氣的目的。由于羅茨泵沒有內壓縮過程，而是通過強制輸氣提高氣體壓力，輸氣容腔4在突然暴露至排氣口3時，會產生很大的流動損失和壓力脈動。當使用羅茨泵壓縮氫氣時，由于氫氣的分子量很小，氫氣更容易通過轉子之間、轉子與殼體間的間隙從排氣口3泄漏至循環氫入口2，進一步降低了羅茨泵的效率。而且極高的排氣溫度使轉子、殼體、軸承等處于很高的工作溫度。這樣既不易保證轉子之間、轉子與殼體間的適當間隙，還會降低其他零件的可靠性。最終導致羅茨泵排氣溫度高、可靠性差、壽命短且噪聲大。

發明內容

本發明提供一種燃料電池用氫氣循環泵、氫氣循環系統及其工作方法，以解決當前氫氣循環泵的排氣溫度高、可靠性差、壽命短的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種燃料電池用氫氣循環泵降溫方法，包括氫氣循環泵和氫氣氣源，其特征在于：在氫氣循環泵的排氣口上設置新氫腔，并將氫氣氣源中高壓、低溫的新氫氣引入所述新氫腔中，實現對氫氣循環泵的冷卻。

一種燃料電池用氫氣循環泵，包括一端設置循環氫入口的殼體，所述殼體內設有通過動力部件驅動且相嚙合的多個轉子，所述轉子與所述殼體內壁圍成輸氣容腔，所述殼體另一端設有排氣口，所述殼體內還設有一端連通新氫入口的新氫腔，所述新氫腔另一端連通所述排氣口。

進一步地，所述新氫腔與所述輸氣容腔共用壁面，所述新氫腔另一端通過設置于所述殼體外側的管道與所述排氣口連通。

進一步地，所述新氫腔與所述輸氣容腔共用壁面，所述新氫腔與所述排氣口處的混合腔之間設有冷卻口。

進一步地，所述共用壁面上設有降噪孔。

進一步地，所述新氫腔與所述混合腔之間通過設置于所述殼體內壁上的第一分隔板間隔，所述第一分隔板與所述共用壁面之間留有一定間距并形成所述冷卻口。

進一步地，所述新氫腔通過設置于所述殼體頂面上的排氣蓋形成，所述排氣蓋一端設有新氫入口，另一端設有混合氫出口，所述排氣蓋內固定有第一分隔板，所述第一分隔板底端與所述殼體頂面留有一定間距并形成冷卻口，所述第一分隔板將所述排氣蓋的內腔分為新氫腔和混合腔，所述新氫腔與所述殼體頂面共用壁面，所述混合腔連通所述排氣口，所述新氫入口連通所述新氫腔，所述混合氫出口連通所述混合腔。