CN211202341U

CN211202341U - 一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵

Info

Publication number: CN211202341U
Application number: CN201921644630.7U
Authority: CN
Inventors: 焦道海; 王训金
Original assignee: Changzhou Sino Sea Elecpower Co ltd
Current assignee: Changzhou Sino Sea Elecpower Co ltd
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2029-09-29

Abstract

本实用新型涉及氢燃料电池汽车技术领域，特别是一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，包括电机外壳以及设置在电机外壳内的电机转子，所述电机转子与电机外壳之间设置电机静子，所述电机转子左右两端分别安装左轴承和右轴承，所述电机转子左右两端连接有喷嘴，左侧喷嘴连接有压缩叶轮，右侧喷嘴外侧连接有膨胀叶轮；所述喷嘴安装喷嘴压盖。采用上述结构后，本实用新型可以有效利用高压氢气储罐内氢气的压力能，本实用新型具有转速高，流量大，压升高、能耗低；大大节省安装空间，对车用系统非常重要；可有效提高能源利用率等优势。

Description

一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池汽车技术领域，特别是一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵。

背景技术

在汽车用质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，维持质子交换膜的水平衡对电堆的寿命有重要意义。质子交换膜水含量过低会产生干膜现象，妨碍质子的传输，影响电堆性能；另外，若是质子交换膜水含量过高，则会产生水淹现象，阻碍多孔介质中气体的扩散，导致电堆输出电压降低，同样会影响电堆性能。针对这两个问题，通常采用排氢的方法，将电堆内部生成的水、累积的杂质气体和电堆内部的氢气一起排出。若排氢频率太低，容易导致堵水和杂质气体累积，从而导致电堆性能下降，影响使用；若排氢频率太高，则既浪费了氢气，又带来潜在危险（氢气排出，会有安全隐患）。为保证PEMFC稳定高效运行，同时降低氢气的损耗，提高氢气的利用率，通常采用氢气再循环的方法，即通过氢气再循环泵，把氢气循环起来，用氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离设备将液态水分离排除系统，再将未反应的氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对补充的新鲜氢气进行加湿，保证质子交换膜的水平衡。

目前主要的氢气循环泵几乎全是“爪式”、低速容积泵；这些泵具有体积大、流量小、重量大、氢气循环泵功率较大、气候温度低，停车后易出现结冰难启动等问题；这些“缺陷”都限制了现有氢气再循环泵的发展。

中国实用新型专利CN 208702734 U公开了一种全屏蔽式高速离心氢气循环泵主要包括循环泵和屏蔽电机，循环泵与屏蔽电机通过法兰连接并通过O形圈进行可靠密封，同时叶轮一侧设置有密封环，并且密封环与O形圈设置有狭小间隙，通过狭小间隙达到节流效果，并且氢气经过叶轮后经过电机定子组件和电机轴之间的间隙进入电机轴内孔回到叶轮入口形成循环，同时外供高压气体经过外供管A、外供管B分别为静压前空气轴承和后空气轴承提供空气并经过电机轴回流孔及中通孔留到叶轮入口。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种可以有效提高燃料电池整车能量利用率的氢气循环泵。

为解决上述技术问题，本实用新型的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，包括电机外壳以及设置在电机外壳内的电机转子，所述电机转子与电机外壳之间设置电机静子，所述电机转子左右两端分别安装左轴承和右轴承，所述电机转子左右两端连接有喷嘴，左侧喷嘴连接有压缩叶轮，右侧喷嘴外侧连接有膨胀叶轮；所述喷嘴安装喷嘴压盖。

优选的，所述压缩叶轮外侧设置有压缩端内扩压器，所述压缩端内扩压器外侧设置有压缩端外扩压器，所述左轴承固定在压缩端端盖上。

优选的，所述压缩端外扩压器与压缩端进口管相连接，压缩端蜗壳设置在压缩端内扩压器和压缩端外扩压器之间，所述压缩端蜗壳两端分别固定在压缩端端盖和压缩端进口管上。

优选的，所述压缩端蜗壳的截面是圆形，沿流线方向设置有渐阔渐开线

优选的，所述膨胀叶轮外侧设置有膨胀端扩压器，所述右轴承固定在膨胀端端盖上。

优选的，所述膨胀端扩压器与膨胀端出口管相连接，所述膨胀端扩压器与膨胀端出气外壳相连接，所述膨胀端出气外壳外侧设置有膨胀端进气外壳，所述膨胀端进气外壳与膨胀端进气管相连接，所述膨胀端进气管固定在膨胀端端盖上。

优选的，所述压缩端端盖和电机外壳固定在底座上，所述电机外壳上连接有电机驱动控制器。

优选的，所述膨胀叶轮为径轴流式透平膨胀轮，压缩叶轮为离心压缩轮。

优选的，所述膨胀叶轮和压缩叶轮由锻铝或钛合金材料制成。

优选的，所述左轴承和右轴承为高速气体轴承。

采用上述结构后，本实用新型可以有效利用高压氢气储罐内氢气的压力能。高压储罐内的高压氢气先经过减压到一个合适的压力，然后进入喷嘴和膨胀轮，推动膨胀轮高速旋转，膨胀轮带动离心压缩轮高速旋转，压缩氢气，保证氢气循环过程中所需要的压升，其中压缩功率不足部分由中置的高速电机补充。本实用新型具有转速高，流量大，压升高、能耗低；大大节省安装空间，对车用系统非常重要；可有效提高能源利用率等优势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵结构示意图；

图2a为本实用新型膨胀叶轮侧视结构示意图；

图2b为本实用新型膨胀叶轮正视结构示意图；

图3为本实用新型转子结构示意图；

图4a为本实用新型压缩叶轮侧视结构示意图；

图4b为本实用新型压缩叶轮主视结构示意图；

图5a本实用新型喷嘴主视结构示意图；

图5b本实用新型喷嘴侧视结构示意图；

图6a本实用新型压缩端扩压器侧视结构示意图；

图6b本实用新型压缩端扩压器主视结构示意图；

图7本实用新型压缩端蜗壳结构示意图；

图8本实用新型膨胀端扩压器结构示意图；

图9本实用新型膨胀端进气流道部件示意图；

图10本实用新型压缩端端盖结构示意图；

图11本实用新型膨胀端端盖结构示意图。

图中：1-压缩端进口管；2-压缩端外扩压器；3-压缩端蜗壳；4-压缩叶轮；5-压缩端内扩压器；6-压缩端端盖；7-左轴承；8-电机外壳；9-电机静子；10-电机转子；11-膨胀端端盖；12-右轴承；13-右轴承压紧螺母；14-喷嘴；15-膨胀端扩压器；16-膨胀端出口管；17-膨胀端进气外壳；18-膨胀端出气外壳；19-膨胀端进气管；20-膨胀叶轮；21-底座；22-电机驱动控制器。

具体实施方式

如图1、图3、图5a和图5b所示，本实用新型的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，包括电机外壳8以及设置在电机外壳8内的电机转子10，所述电机转子10与电机外壳8之间设置电机静子9，所述电机转子10左右两端分别安装左轴承7和右轴承12，所述电机转子10左右两端连接有喷嘴14，左侧喷嘴连接有压缩叶轮4，右侧喷嘴外侧连接有膨胀叶轮20；所述喷嘴14安装喷嘴压盖。如图2a、图2b、图4a和图4b所示，本实施方式中膨胀叶轮20为径轴流式透平膨胀轮，压缩叶轮4为离心压缩轮；所述膨胀叶轮20和压缩叶轮4由锻铝或钛合金材料制成；所述左轴承7和右轴承12为高速气体轴承。

电机转子10两端分别安装膨胀叶轮20和压缩叶轮4，膨胀叶轮20提供部分膨胀功，用于驱动压缩叶轮4，功率不足部分由中置的高速电机补充，本实用新型的轴承是高速气体轴承。本实用新型的膨胀叶轮20主要是充分利用系统高压储罐内氢气的压力能，把压力能转化为机械能，带动压缩轮转动，减小高速电机输出功率，降低系统能耗，可以有效提高燃料电池整车能量利用率。本实用新型可以有效利用高压氢气储罐内氢气的压力能，高压储罐内的高压氢气先经过减压到一个合适的压力，然后通过进气管道进入膨胀端的喷嘴14和膨胀叶轮20进行膨胀做功。高压氢气推动膨胀叶轮20高速旋转，膨胀叶轮20带动离心压缩叶轮4高速旋转（膨胀叶轮，高速电机，压缩叶轮同轴），压缩氢气，保证氢气循环过程中所需要的压升，其中压缩功率不足部分由中置的高速电机补充。本实用新型具有转速高，体积小，流量大，压升高、能耗低，可有效提高能源利用率等优势。

如图1、图6a、图6b、图7和图10所示，所述压缩叶轮4外侧设置有压缩端内扩压器5，所述压缩端内扩压器5外侧设置有压缩端外扩压器2，所述左轴承7固定在压缩端端盖6上。所述压缩端外扩压器2与压缩端进口管1相连接，压缩端蜗壳3设置在压缩端内扩压器5和压缩端外扩压器2之间，所述压缩端蜗壳3两端分别固定在压缩端端盖6和压缩端进口管1上。所述膨胀叶轮20外侧设置有膨胀端扩压器15，所述右轴承12固定在膨胀端端盖11上。压缩端蜗壳3的截面是圆形，沿流线方向是渐阔渐开线。压缩端蜗壳3把压缩叶轮4后流出的气体汇集起来，引出压缩端，此外，压缩端蜗壳3还具有降速增压的作用，提高压缩端出口的压力。

如图1、图8、图9和图11所示，所述膨胀端扩压器15与膨胀端出口管16相连接，所述膨胀端扩压器15与膨胀端出气外壳18相连接，所述膨胀端出气外壳18外侧设置有膨胀端进气外壳17，所述膨胀端进气外壳17与膨胀端进气管19相连接，所述膨胀端进气管19固定在膨胀端端盖11上。所述压缩端端盖6和电机外壳8固定在底座21上，所述电机外壳8上连接有电机驱动控制器22。膨胀的外壳17把管道内的气流均匀分部，使管道内的气体能均匀进入膨胀叶轮20，并有一定的进气导向作用，减小气流对膨胀叶轮20的冲击。

本实用新型的安装过程如下：高速电机（高速永磁同步电机）的电子转子10内置与主轴，主轴先安装到电机外壳8内，安装两端的高速气体轴承(气体轴承先安装到两个端盖上)，两个端盖安装到电机外壳上，再安装膨胀叶轮和压缩叶轮（安装前，高速电机主轴必须与膨胀叶轮和压缩叶轮一起进行动平衡实验，并保证精度），安装喷嘴，安装喷嘴压盖，安装内扩压器，安装外扩压器，通过双头螺钉把进气蜗壳（排气蜗壳）安装到高速电机（高速永磁同步电机）基座上，膨胀端的进气安装到高压氢气储罐后的减压阀门之后，膨胀端的排气连接到电堆阳极进口；压缩端的进气与电堆排气水气分离器后相连，压缩端排气口与电堆阳极进口相连。安装时要保证扩压器内壁回转面与叶轮（压缩叶轮与膨胀叶轮）外轮廓之间的间隙，间隙可通过添加垫片来调整。这样一个一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵就完成了。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，包括电机外壳（8）以及设置在电机外壳（8）内的电机转子（10），所述电机转子（10）与电机外壳（8）之间设置电机静子（9），其特征在于：所述电机转子（10）左右两端分别安装左轴承（7）和右轴承（12），所述电机转子（10）左右两端连接有喷嘴（14），左侧喷嘴连接有压缩叶轮（4），右侧喷嘴外侧连接有膨胀叶轮（20）；所述喷嘴（14）安装喷嘴压盖。

2.按照权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述压缩叶轮（4）外侧设置有压缩端内扩压器（5），所述压缩端内扩压器（5）外侧设置有压缩端外扩压器（2），所述左轴承（7）固定在压缩端端盖（6）上。

3.按照权利要求2所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述压缩端外扩压器（2）与压缩端进口管（1）相连接，压缩端蜗壳（3）设置在压缩端内扩压器（5）和压缩端外扩压器（2）之间，所述压缩端蜗壳（3）两端分别固定在压缩端端盖（6）和压缩端进口管（1）上。

4.按照权利要求3所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述压缩端蜗壳（3）的截面是圆形，沿流线方向设置有渐阔渐开线。

5.按照权利要求3所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述膨胀叶轮（20）外侧设置有膨胀端扩压器（15），所述右轴承（12）固定在膨胀端端盖（11）上。

6.按照权利要求5所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述膨胀端扩压器（15）与膨胀端出口管（16）相连接，所述膨胀端扩压器（15）与膨胀端出气外壳（18）相连接，所述膨胀端出气外壳（18）外侧设置有膨胀端进气外壳（17），所述膨胀端进气外壳（17）与膨胀端进气管（19）相连接，所述膨胀端进气管（19）固定在膨胀端端盖（11）上。

7.按照权利要求6所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述压缩端端盖（6）和电机外壳（8）固定在底座（21）上，所述电机外壳（8）上连接有电机驱动控制器（22）。

8.按照权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述膨胀叶轮（20）为径轴流式透平膨胀轮，压缩叶轮（4）为离心压缩轮。

9.按照权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述膨胀叶轮（20）和压缩叶轮（4）由锻铝或钛合金材料制成。

10.按照权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车用新型氢气循环泵，其特征在于：所述左轴承（7）和右轴承（12）为高速气体轴承。