CN113374714A - 一种燃料电池系统用阳极气体循环风机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，包括电机机壳和接线端子，所述电机机壳两侧设有后盖和风机机壳，第一轴承与第二轴承之间插设有电机轴，电机轴的中部安装有转子、紧固螺母和平衡块，转子的外侧安装有定子，电机轴的一端通过叶轮紧固螺栓安装固定有叶轮。本发明中，通过在叶轮处设置防水螺栓槽，避免风机机壳积水；通过采用双侧流道和增加通气孔不仅可以使电机内部和叶轮处压力均衡，提高轴承寿命，同时通气孔还便于排出电机处的液态水，减少积水结冰；隔离套可防止氢气流到定子处，避免爆炸的风险；排水孔避免了风机运行过程中内部积水，从而提高了循环风机整体稳定性和安全性。

Description

一种燃料电池系统用阳极气体循环风机
技术领域
本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统用阳极气体循环风机。
背景技术
燃料电池系统是指以燃料电池为核心，和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统、控制系统等组成的发电系统，单独的燃料电池电堆不能用于发电，其中循环风机是构成燃料电池系统不可或缺的一部分，现有的阳极气体循环风机多为罗茨式风机，体积大，效率低，风机非工作状态下气体不能流过，造成在燃料电池系统中不能和引射器实现串联式连接，必须并联连接，使得整个系统安装布置非常复杂，成本高，安全性差。另外罗茨式风机中需要润滑油来对驱动齿轮进行润滑，但由于燃料电池系统必须在无油环境下工作，需要密封圈对润滑油在转轴处进行动态密封，但密封圈受到转轴的持续摩擦，容易磨损，从而造成整个风机的寿命太短，可靠性差。而且当罗茨式风机中电机腔内的水蒸气冷凝后，液态水无法排出，从而造成风机积水结冰和无法启动的问题，同时现有的气体循环风机结构单一，整体稳定性较差，安全性能也不够高，为此，我们提出了一种燃料电池系统用阳极气体循环风机。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，包括电机机壳和接线端子，所述电机机壳的一侧安装固定有后盖，电机机壳的另一侧安装固定有风机机壳，且电机机壳与风机机壳之间设置有叶轮槽，后盖一侧的中部开设有凹槽，凹槽内安装固定有第一轴承，电机机壳内壁的一侧开设有通槽，通槽内安装固定有第二轴承，且第一轴承的中部与第二轴承的中部插设固定有电机轴，电机轴的中部安装有转子，转子的两侧通过紧固螺母安装固定有平衡块，转子的外侧安装有定子，电机轴的一端与电机机壳一侧的中部贯穿，电机轴的一端通过叶轮紧固螺栓安装固定有叶轮，且叶轮位于叶轮槽的内部。
优选的，所述后盖与电机机壳内壁相对的一侧之间对称开设有隔离罩卡槽，隔离罩卡槽内安装固定有隔离罩，隔离罩将电机机壳的内部分隔成电机转子气腔和定子安装腔，且定子位于定子安装腔的内部，转子位于电机转子气腔的内部。
优选的，所述隔离罩两端的外侧开设有环形槽，环形槽位于隔离罩卡槽的内部，环形槽与隔离罩卡槽之间卡设固定有隔离罩O形圈。
优选的，所述定子通过环氧树脂进行塑封，且定子与接线端子之间通过电连接。
优选的，所述电机机壳的一侧设置有流道a，风机机壳的一侧设置有流道b，流道b的一侧分别设置有进气口与出气口，进气口与出气口设置在风机机壳的两个平面上，进气口与出气口均为墩头接头，进气口设置在风机机壳的前端面，出气口沿流道b的方向设置在风机机壳的侧面，风机机壳中叶轮槽内壁的一侧设有排水孔，且排水孔与出气口的内部连通，出气口与风机机壳底端面和风机机壳的前端面为向下倾斜设置。
优选的，所述叶轮一侧的中部开设有防水螺栓槽，且叶轮紧固螺栓位于防水螺栓槽的内部，叶轮包括导气肋和叶片，叶片沿叶轮的中心位置向顺时针方向倾斜排列，且叶片与叶轮中心位置的夹角呈1°-85°。
优选的，所述电机机壳的一侧对称开设有通气孔，且通气孔分别与电机转子气腔和叶轮槽的内部贯穿，电机机壳的外侧设置有电机机壳散热槽，风机机壳的一侧设置有风机机壳散热槽。
优选的，所述电机轴与叶轮的连接处设置有轴肩，且叶轮的一侧与电机轴的轴肩相互贴合。
本发明的有益效果是：
本发明中，此燃料电池系统用阳极气体循环风机在使用时，通过采用双侧流道可以保持叶轮两侧压力平衡、减小轴向力，提高轴承寿命；通过在叶轮处设置防水螺栓槽，而不是设置在风机机壳上，当风机整体竖直放置时可避免风机机壳产生积水，造成电机负荷过载；通过增加通气孔，一方面使得电机内部压力和叶轮处压力均衡，另外水蒸气冷凝后产生的液态水可以顺着通气孔排出，避免电机积水结冰；当电机水平或竖直放置时，风机中冷凝的液态水会顺着排水槽流到风机的出口，避免风机在停机的情况下积水或结冰；风机的出口顺着流道方向，使得气体流出时的压损最小；该设计不仅提高了循环风机整体稳定性和安全性能，同时还大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机的结构示意图；
图2为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机图1中A的放大图；
图3为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机中风机机壳的立体图；
图4为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机中风机机壳与排水孔的立体图；
图5为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机排放积水的剖视结构示意图；
图6为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机中风机机壳排放积水的立体示意图；
图7为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机中电机机壳与流道a的立体图；
图8为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机叶轮的立体图；
图9为本发明提出的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机叶轮的结构示意图。
图中：101电机机壳、102风机机壳、103后盖、2接线端子、3定子、401隔离罩、402隔离罩O形圈、403环形槽、501第一轴承、502第二轴承、6电机轴、7紧固螺母、8平衡块、9转子、10叶轮紧固螺栓、11防水螺栓槽、12叶轮槽、13叶轮、131导气肋、132叶片、141流道a、142流道b、151电机机壳散热槽、152风机机壳散热槽、16通气孔、171进气口、172出气口、18排水孔、19电机转子气腔、20定子安装腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-9，一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，包括电机机壳101和接线端子2，所述电机机壳101的外侧设置有电机机壳散热槽151，风机机壳102的一侧设置有风机机壳散热槽152，电机机壳散热槽151与风机机壳散热槽152配合使用可以更好的提高此循环风机的散热效果，电机机壳101的一侧安装固定有后盖103，电机机壳101的另一侧安装固定有风机机壳102，且电机机壳101与风机机壳102之间设置有叶轮槽12；
电机机壳101的一侧对称开设有通气孔16，且通气孔16分别与电机转子气腔19和叶轮槽12的内部贯穿，通过在电机机壳101上增加通气孔16，一方面可以使得电机转子气腔19内部压力和叶轮槽12处的压力均衡，避免轴承因受到单侧气压力作用而造成损坏，另外，当循环风机中电机转子气腔19内的水蒸气冷凝后，液态水可以顺着通气孔16排出，从而可以进一步的避免循环风机中电机转子气腔19内部产生积水、结冰的现象产生；
电机机壳101的一侧设置有流道a141，风机机壳102的一侧设置有流道b142，流道a141直接开设在电机机壳101上，可以很好的减小循环风机的整体尺寸，同时流道a141的剖面为弧形，可以更好的降低局部动能损失，此循环风机通过采用双侧流道，可以更好的提高工作效率，并且双侧流道可以保持叶轮13两侧之间的压力平衡，减小轴向力，进而提高了轴承的使用寿命；
流道b142的一侧分别设置有进气口171与出气口172，进气口171与出气口172设置在风机机壳102的两个平面上，进气口171与出气口172均为墩头接头，进气口171设置在风机机壳102的前端面，且进气口171与流道b142的交接处为上翘圆弧过渡，可以减小局部动能损失，出气口172顺流道b142的方向设计，可减小局部压力损失，提高工作效率，进气口171与出气口172均为墩头管，从而更好的便于客户进行安装；
叶轮槽12内壁的一侧设有排水孔18，且排水孔18与出气口172的前端面为向下倾斜设置，当循环风机内有液态水时，会顺着排水孔18流向倾斜的出气口172排出，从而避免循环风机内产生积水，更好的防止液态水阻碍叶轮13进行旋转，进而提高工作效率，减少电机产生过载的情况发生；
后盖103一侧的中部开设有凹槽，凹槽内安装固定有第一轴承501，电机机壳101内壁的一侧开设有通槽，通槽内安装固定有第二轴承501，且第一轴承501的中部与第二轴承502的中部插设固定有电机轴6，电机轴6的中部安装有转子9，转子9的两侧通过紧固螺母7安装固定有平衡块8，转子9的外侧安装有定子3，且定子3与接线端子2之间通过电连接；
隔离罩401两端的外侧开设有环形槽403，环形槽403位于隔离罩卡槽的内部，环形槽403与隔离罩卡槽之间卡设固定有隔离罩O形圈402，其中隔离罩O形圈402位于隔离罩401的外侧，当电机转子气腔19内产生气体压力可以始终将隔离罩O形圈402向外侧顶压，进而提高了电机转子气腔19内部的密封可靠性；
后盖103与电机机壳101内壁相对的一侧之间对称开设有隔离罩卡槽，隔离罩卡槽内安装固定有隔离罩401，隔离罩401将电机机壳101的内部分隔成电机转子气腔19和定子安装腔20，且定子3位于定子安装腔20的内部，其中定子3通过环氧树脂进行塑封，定子3和转子9之间设置了隔离罩401，两者结合使用可以防止电机转子气腔19内的气体泄漏到定子3处，进而避免了定子3处出现电弧、者火花，从而提高了此气体循环风机的安全性能；
转子9位于电机转子气腔19的内部，电机轴6的一端与电机机壳101一侧的中部贯穿，电机轴6的一端通过叶轮紧固螺栓10安装固定有叶轮13，且叶轮13位于叶轮槽12的内部，叶轮13直接安装在电机轴6的轴肩处，并取消垫片，其中电机轴6与叶轮13的连接处设置有轴肩，且叶轮13的一侧与电机轴6的轴肩相互贴合，电机轴6的轴肩可以用于限定叶轮13和左右两侧壁面之间的间隙，从而提高了传递扭矩的能力，不仅减小尺寸链，同时还能降低叶轮13与壳体电机壳体101之间的间隙公差，进而提高了循环风机的整体稳定性能；
叶轮13一侧的中部开设有防水螺栓槽11，且叶轮紧固螺栓10位于防水螺栓槽11的内部，从而可以避免循环风机头部倒置放置的时候，液态水会在风机机壳102形成积水，降低对电机产生的负荷，进而避免电机出现过载的情况发生；
叶轮13包括导气肋131和叶片132，叶片132沿叶轮13的中心位置向顺时针方向倾斜排列，且叶片132与叶轮13中心位置的夹角呈1°-85°，导气肋131和叶片132相互配合使用可以对气流方向进行导向，避免因局部回流而造成的能量损失，从而大大提高了叶轮13对工作效率。
实施例一
操作者首先将后盖103与电机机壳101进行安装固定，再将通过环氧树脂进行塑封后的定子3安装至电机机壳101的内部，然后将接线端子2安装在电机机壳101的一端，并将定子3与接线端子2之间通过电连接，后盖103的第一轴承501的中部与电机机壳101的第二轴承501的中部插设固定有电机轴6，电机轴6的中部安装有转子9，转子9的两侧通过紧固螺母7安装固定有平衡块8；
电机轴6的一端通过叶轮紧固螺栓10安装固定有叶轮13，且叶轮13位于叶轮槽12的内部，取消垫片，其中叶轮13与电机轴6的轴肩相互贴合，电机轴6的轴肩可以用于限定叶轮13和左右两侧壁面之间的间隙，从而提高了传递扭矩的能力，不仅减小尺寸链，同时还能降低叶轮13与壳体电机壳体101之间的间隙公差，进而提高了循环风机的整体稳定性能；
其中，电机机壳101的外侧设置有电机机壳散热槽151，风机机壳102的一侧设置有风机机壳散热槽152，电机机壳散热槽151与风机机壳散热槽152配合使用可以更好的提高此循环风机的散热效果；
后盖103与电机机壳101内壁相对的一侧之间通过隔离罩卡槽，安装固定有隔离罩401，其中定子3和转子9之间设置了隔离罩401，定子3同时也通过环氧树脂进行了塑封，两者结合使用可以防止电机转子气腔19内的气体泄漏到定子3处，进而避免了定子3处出现电弧、者火花，从而提高了此气体循环风机的安全性能；
进一步的，隔离罩401外侧开设的环形槽403位于隔离罩卡槽的内部，环形槽403与隔离罩卡槽之间卡设固定有隔离罩O形圈402，其中隔离罩O形圈402位于隔离罩401的外侧，当电机转子气腔19内产生气体压力可以始终将隔离罩O形圈402向外侧顶压，进而提高了电机转子气腔19内部的密封可靠性。
实施例二
其中，电机机壳101的一侧设置有剖面为弧形的流道a141，流道a141直接开设在电机机壳101上，可以很好的减小循环风机的整体尺寸，风机机壳102的一侧设置有流道b142，可以更好的降低局部动能损失，此循环风机通过采用双侧流道，可以更好的提高工作效率，并且双侧流道可以保持叶轮13两侧之间的压力平衡，减小轴向力，进而提高了轴承的使用寿命；
进一步的，流道b142的一侧分别设置有相互垂直的进气口171与出气口172，且进气口171与流道b142的交接处为上翘圆弧过渡，可以减小局部动能损失，出气口172顺流道b142的方向设计，可减小局部压力损失，提高工作效率，进气口171与出气口172均为墩头接头，从而更好的便于客户进行安装。
实施例三
防水螺栓槽11直接设置在叶轮13的内部，从而可以避免循环风机头部倒置放置的时候，液态水会在风机机壳102形成积水，降低对电机产生的负荷，进而避免电机出现过载的情况发生；
其中，叶轮13包括导气肋131和叶片132，叶片132沿叶轮13的中心位置向顺时针方向倾斜排列，且叶片132与叶轮13中心位置的夹角呈1°-85°，导气肋131和叶片132相互配合使用可以对气流方向进行导向，避免因局部回流而造成的能量损失，从而大大提高了叶轮13对工作效率；
电机机壳101的一侧通过通气孔16与电机转子气腔19和叶轮槽12的内部进行贯穿，一方面可以使得电机转子气腔19内部压力和叶轮槽12处的压力均衡，避免轴承因受到单侧气压力作用而造成损坏，另外，当循环风机中电机转子气腔19内的水蒸气冷凝后，液态水可以顺着通气孔16排出，从而可以进一步的避免循环风机中电机转子气腔19内部产生积水、结冰的现象产生；
进一步的，叶轮槽12内壁的一侧通过排水孔18与出气口172的内部连通，出气口172为向下倾斜设置，当循环风机内有液态水时，会顺着倾斜的出气口172流出，从而避免循环风机内产生积水，更好的防止液态水阻碍叶轮13进行旋转，进而提高工作效率，减少电机产生过载的情况发生；
此燃料电池系统用阳极气体循环风机在使用时，通过采用双侧流道可以保持叶轮两侧压力平衡、减小轴向力，提高轴承寿命；通过在叶轮处设置防水螺栓槽，而不是设置在风机机壳上，当风机整体竖直放置时可避免风机机壳产生积水，造成电机负荷过载；通过增加通气孔，一方面使得电机内部压力和叶轮处压力均衡，另外水蒸气冷凝后产生的液态水可以顺着通气孔排出，避免电机积水结冰；当电机水平或竖直放置时，风机中冷凝的液态水会顺着排水槽流到风机的出口，避免风机在停机的情况下积水或结冰；风机的出口顺着流道方向，使得气体流出时的压损最小；该设计不仅提高了循环风机整体稳定性和安全性能，同时还大大提高了工作效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，包括电机机壳(101)和接线端子(2)，其特征在于，所述电机机壳(101)的一侧安装固定有后盖(103)，电机机壳(101)的另一侧安装固定有风机机壳(102)，且电机机壳(101)与风机机壳(102)之间设置有叶轮槽(12)，后盖(103)一侧的中部开设有凹槽，凹槽内安装固定有第一轴承(501)，电机机壳(101)内壁的一侧开设有通槽，通槽内安装固定有第二轴承(502)，且第一轴承(501)的中部与第二轴承(502)的中部插设固定有电机轴(6)，电机轴(6)的中部安装有转子(9)，转子(9)的两侧通过紧固螺母(7)安装固定有平衡块(8)，转子(9)的外侧安装有定子(3)，电机轴(6)的一端与电机机壳(101)一侧的中部贯穿，电机轴(6)的一端通过叶轮紧固螺栓(10)安装固定有叶轮(13)，且叶轮(13)位于叶轮槽(12)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，其特征在于，所述后盖(103)与电机机壳(101)内壁相对的一侧之间对称开设有隔离罩卡槽，隔离罩卡槽内安装固定有隔离罩(401)，隔离罩(401)将电机机壳(101)的内部分隔成电机转子气腔(19)和定子安装腔(20)，且定子(3)位于定子安装腔(20)的内部，转子(9)位于电机转子气腔(19)的内部。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，其特征在于，所述隔离罩(401)两端的外侧开设有环形槽(403)，环形槽(403)位于隔离罩卡槽的内部，环形槽(403)与隔离罩卡槽之间卡设固定有隔离罩O形圈(402)。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，其特征在于，所述定子(3)通过环氧树脂进行塑封，且定子(3)与接线端子(2)之间通过电连接。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，其特征在于，所述电机机壳(101)的一侧设置有流道a(141)，风机机壳(102)的一侧设置有流道b(142)，流道b(142)的一侧分别设置有进气口(171)与出气口(172)，进气口(171)与出气口(172)设置在风机机壳(102)的两个平面上，进气口(171)与出气口(172)均为墩头接头，进气口(171)设置在风机机壳(102)的前端面，出气口(172)沿流道b(142)的方向设置在风机机壳(102)的侧面，风机机壳(102)中叶轮槽(12)内壁的一侧设有排水孔(18)，且排水孔(18)与出气口(172)的内部连通，出气口(172)与风机机壳(102)底端面和风机机壳(102)的前端面为向下倾斜设置。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，其特征在于，所述叶轮(13)一侧的中部开设有防水螺栓槽(11)，且叶轮紧固螺栓(10)位于防水螺栓槽(11)的内部，叶轮(13)包括导气肋(131)和叶片(132)，叶片(132)沿叶轮(13)的中心位置向顺时针方向倾斜排列，且叶片(132)与叶轮(13)中心位置的夹角呈1°-85°。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，其特征在于，所述电机机壳(101)的一侧对称开设有通气孔(16)，且通气孔(16)分别与电机转子气腔(19)和叶轮槽(12)的内部贯穿，电机机壳(101)的外侧设置有电机机壳散热槽(151)，风机机壳(102)的一侧设置有风机机壳散热槽(152)。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统用阳极气体循环风机，其特征在于，所述电机轴(6)与叶轮(13)的连接处设置有轴肩，且叶轮(13)的一侧与电机轴(6)的轴肩相互贴合。
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