CN211901009U - 一种氢气循环泵组件及其应用的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢气循环泵组件及其应用的燃料电池，氢气循环泵组件包括氢气循环泵，氢气循环泵包括电机、风轮和泵壳，泵壳里面设置泵腔，风轮安装在泵腔里面，电机驱动风轮转动，泵壳上设有入气口和出气口，泵腔与入气口和出气口连通，入气口连接一个加热装置，出气口连接一个过滤装置，回收气体首先经过加热装置的处理然后进入氢气循环泵，并从氢气循环泵的出气口到达过滤装置，经过过滤装置处理后排出，解决低温状态下氢气循环系统中水结冰的技术问题，同时降低整个系统的额外功耗，提高整个系统的效率，节约能源，降低成本。在出气口连接一个过滤装置，避免冰颗粒未完全融化就输出到燃料电池的电堆，安全性可靠性更好。

Description

一种氢气循环泵组件及其应用的燃料电池

技术领域：

本实用新型涉及一种氢气循环泵组件及其应用的燃料电池。

背景技术：

燃料电池是一种电化学反应装置，以氢气和空气中的氧气分别作为阳极和阴极的反应气体，经过催化反应产生电能，并且生成无任何污染的水。燃料电池具有清洁高效、无污染、能量效率高、可靠性高等特点，在备用电源、中小型发电站、基站电源、新能源汽车等领域，具有广阔的应用前景。尤其在新能源汽车方面，燃料电池作为动力的电动汽车是全球各国重点发展的对象，也是将来替代燃油汽车动力来源的最终解决方案之一。

随着经济的发展和技术的进步，燃料电池作为车用动力系统的电动汽车将逐渐的普及，陆续进入我们的生活当中。燃料电池内部最佳的运行温度是在70-80℃，但是在我们生活的环境中温度并不是一成不变的，从地里位置上看南北温差巨大，从季节变化上来冬夏温差巨大，温度变化可从-50℃到+50℃。燃料电池系统正是利用氢气和氧气的电化学反应生成无污染的水，这是它的优点，但从另一个角度来看也是它的一个缺点，水会在0℃以下环境中迅速结成冰。这给在低温环境下运行的燃料电池系统带来很大的挑战。如何解决燃料电池中低温正常启动及运行，是亟待解决的问题。而作为燃料电池系统重要组成部分的氢气循环系统，在运行当中也会有部分水产生的。低温状态下，如何保证氢气循环系统中的水不结冰，并能够迅速的排出，也是亟待解决的问题之一。

燃料电池氢气循环系统主要包括氢气罐、减压阀、比例阀、氢气循环泵、电堆、压力传感器等部件构成。目前市面上大部分解决氢气循环系统在低温状态下，所产生的水不结冰的方法是给氢气循环泵加热。此方法虽然能起到一定的效果，但是因氢气循环泵体积较大，对氢气循环泵加热需耗费巨大的额外能源。

另外，美国能源部在2010年针对燃料电池零下气温环境的启动过程提出了具体的技术指标：在-20℃温度条件下，燃料电池在启动后30s内达到额定功率的90％。低温启动快速启动，也就必须对氢气循环系统进行快速加热，此时需要整车电池包供电对氢气循环泵进行加热，而在低温状态下，整车电池包的性能会大大降低，此时需对氢气循环泵加热，将大大增加整车电池系统的负担。再有，大部分氢气循环泵外表面都是设计成不规则形状，很难在其表面布置大面积的加热片。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种氢气循环泵及其应用的燃料电池，解决现有技术中低温状态下氢气循环系统中水结冰的技术问题，同时降低整个系统的额外功耗，提高整个系统的效率，节约能源，降低成本。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种氢气循环泵组件，包括氢气循环泵，氢气循环泵包括电机、风轮和泵壳，泵壳里面设置泵腔，风轮安装在泵腔里面，电机驱动风轮转动，泵壳上设有入气口和出气口，泵腔与入气口和出气口连通，其特征在于：入气口连接一个加热装置，出气口连接一个过滤装置，回收气体首先经过加热装置的处理然后进入氢气循环泵，并从氢气循环泵的出气口到达过滤装置，经过过滤装置处理后排出。

上述所述加热装置是当回收气体的温度低于某个设定值T1时启动，当回收气体的温度高于某个设定值T2时，加热装置关停。

上述所述加热装置包括电发热元件和壳体，壳体安装在泵壳的入气口处，电发热元件安装在壳体的底部，壳体内设有一空腔，进气口和排水口设置在壳体上，空腔与进气口和排水口连通，空腔的腔口与泵壳的进气口是连通的。

上述所述空腔包括储水腔和储气腔，储水腔的位置低于储气腔的位置，进气口与储气腔连接，排水口与储水腔连接。

上述所述壳体上设有传感器安装孔，温度传感器穿过传感器安装孔伸入到储气腔内。

上述所述泵壳上设有第一安装平台，第一安装平台上设有若干第二安装孔，壳体上设有若干与第二安装孔对应的第一安装孔，通过螺钉穿过第一安装孔和第二安装孔将壳体锁紧在泵壳上。

上述所述壳体与泵壳之间安装有第一密封圈，壳体的端面上设有第一密封槽，第一密封圈安装在第一密封槽里.

上述所述过滤装置包括安装座、过滤网和出气部，安装座上设有容置腔，过滤网安装在容置腔内，出气部安装在安装座上，出气部上设有与容置腔连通的排气口。

上述所述泵壳上设有第二安装平台，第二安装平台上设有若干第四安装孔，安装座上设有若干与第四安装孔对应的第三安装孔，通过螺钉穿过第三安装孔和第四安装孔将壳体锁紧在泵壳上。

上述所述安装座与泵壳之间安装有第二密封圈，安装座的端面上设有第二密封槽，第二密封圈安装在第二密封槽里。

一种燃料电池，包括燃料电池控制器、供氢系统、空气进气系统、电堆模块和氢气循环泵组件，电堆模块的氢气出口与氢气循环泵的入气口连接，氢气循环泵的出气口与电堆模块的氢气入口连接，其特征在于：所述氢气循环泵组件是上述所述的氢气循环泵组件。

上述所述加热装置包括电发热元件和壳体，电发热元件安装在壳体的底部，壳体上安装有温度传感器，电发热元件与和温度传感器分别与燃料电池控制器连接，当回收气体的温度低于某个设定值T1时，燃料电池控制器控制电发热元件加热，当回收气体的温度高于某个设定值T2时，燃料电池控制器控制电发热元件停止工作。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

1)本实用新型的包括氢气循环泵，氢气循环泵包括电机、风轮和泵壳，泵壳里面设置泵腔，风轮安装在泵腔里面，电机驱动风轮转动，泵壳上设有入气口和出气口，泵腔与入气口和出气口连通，其特征在于：入气口连接一个加热装置，出气口连接一个过滤装置，回收气体首先经过加热装置的处理然后进入氢气循环泵，并从氢气循环泵的出气口到达过滤装置，经过过滤装置处理后排出。本实用新型的技术方案并不对整个氢气循环泵进行加热，而是在入气口连接一个加热装置，加热装置体积小，解决低温状态下氢气循环系统中水结冰的技术问题，同时降低整个系统的额外功耗，提高整个系统的效率，节约能源，降低成本。在出气口连接一个过滤装置，避免冰颗粒未完全融化就输出到燃料电池的电堆，安全性可靠性更好。

2)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明：

图1本实用新型实施例一的立体图；

图2是本实用新型实施例一的另一角度立体图；

图3是本实用新型实施例一的分解图；

图4是本实用新型实施例一的另一角度的分解图；

图5是本实用新型实施例一中壳体的立体图；

图6是本实用新型实施例一中安装座的立体图；

图7是本实用新型中氢气循环泵组件的控制线路图；

图8是本实用新型实施例一的方框图；

图9是本实用新型实施例二的原理示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1至图8所示，本实施例提供一种氢气循环泵组件，包括氢气循环泵100，氢气循环泵100包括电机、风轮和泵壳1，泵壳1里面设置泵腔，风轮安装在泵腔里面，电机驱动风轮转动，泵壳1上设有入气口11和出气口12，泵腔与入气口11和出气口12连通，其特征在于：入气口11连接一个加热装置2，出气口12连接一个过滤装置3，回收气体首先经过加热装置2的处理然后进入氢气循环泵100，并从氢气循环泵100的出气口12到达过滤装置3，经过过滤装置3处理后排出。

本实用新型的技术方案并不对整个氢气循环泵进行加热，而是在入气口连接一个加热装置，加热装置体积小，解决低温状态下氢气循环系统中水结冰的技术问题，同时降低整个系统的额外功耗，提高整个系统的效率，节约能源，降低成本。在出气口连接一个过滤装置，避免冰颗粒未完全融化就输出到燃料电池的电堆，安全性可靠性更好。

加热装置2是当回收气体的温度低于某个设定值T1时启动，当回收气体的温度高于某个设定值T2时，加热装置2关停，控制快速简单。

所述加热装置2包括电发热元件24和壳体25，壳体25安装在泵壳1的入气口11处，电发热元件24安装在壳体25的底部，壳体25内设有一空腔250，进气口21和排水口22设置在壳体25上，空腔250与进气口21和排水口22连通，空腔250的腔口2500与泵壳1的进气口21是连通的，结构简单，结构布置合理，一体化的设计使集成度高，结构紧凑体积小，性能优良，增压效果好和质量越轻，成本更低。

所述空腔250包括储水腔2501和储气腔2502，储水腔2501的位置低于储气腔2502的位置，进气口21与储气腔2502连接，排水口22与储水腔2501连接，结构布置合理，便于水气分离。

壳体25上设有传感器安装孔251，温度传感器23穿过传感器安装孔251伸入到储气腔2502内，便于温度传感器23感应回收气体的温度。

泵壳1上设有第一安装平台130，第一安装平台上130设有若干第二安装孔13，壳体25上设有若干与第二安装孔对应的第一安装孔28，通过螺钉穿过第一安装孔28和第二安装孔13将壳体25锁紧在泵壳1上，安装结构简单，结构紧奏。

壳体25与泵壳1之间安装有第一密封圈26，壳体25的端面上设有第一密封槽27，第一密封圈26安装在第一密封槽27里，密封效果好。

过滤装置3包括安装座31、过滤网32和出气部33，安装座31上设有容置腔311，过滤网32安装在容置腔311内，出气部33安装在安装座31上，出气部33上设有与容置腔311连通的排气口30，通过过滤网过滤低温启动时所产生的细小结冰颗粒，提高整个系统的可靠性，且集成度高、结构紧凑体积小。

在低温状态下，系统启动前氢气循环泵中或者管路中会少量的结冰现象，在启动的瞬间，氢气循环泵中的叶轮高速转动，将内部的少量结冰搅拌成细小的颗粒，过滤装置将细小的颗粒拦截过滤掉，而可通过氢气及气态水分，燃料电池控制器启动加热装置后，氢气循环泵内的温度升高后，细小的冰颗粒自然汽化成水蒸气进入电堆模块，不会造成过滤装置阻塞。

泵壳1上设有第二安装平台140，第二安装平台上设有若干第四安装孔14，安装座31上设有若干与第四安装孔14对应的第三安装孔36，通过螺钉穿过第三安装孔36和第四安装孔14将壳体25锁紧在泵壳1上，安装结构简单，结构紧奏。

安装座31与泵壳1之间安装有第二密封圈34，安装座31的端面上设有第二密封槽35，第二密封圈34安装在第二密封槽35里，密封效果好。

实施例二：

如图9所示，一种燃料电池，包括燃料电池控制器、供氢系统、空气进气系统、电堆模块和氢气循环泵组件，其特征在于：所述氢气循环泵组件是上述实施例一所述的氢气循环泵组件，电堆模块的氢气出口与氢气循环泵的入气口11连接，氢气循环泵的出气口12与电堆模块的氢气入口连接，氢气循环泵组件结构简单、结构紧凑体积小，集成度高，占用燃料电池系统整体布局空间少；安装和维护方便，减少后期保养维护的成本。

所述加热装置2包括电发热元件24和壳体25，电发热元件24安装在壳体25的底部，壳体25上安装有温度传感器23，电发热元件和温度传感器分别与燃料电池控制器连接，当回收气体的温度低于某个设定值T1时，燃料电池控制器控制电发热元件24加热，当回收气体的温度高于某个设定值T2时，燃料电池控制器控制电发热元件24停止工作。

所述供氢系统包括电磁阀、比例调压阀、泄压阀和排水阀，供氢系统中的氢气经电池阀和比例调节阀进入电堆模块，氢气与从空气进气系统中进入的氧气在电堆模块中反应产生电能和少量的水，未参加反应的氢气和少量水从电堆模块的氢气出口排出，然后进入氢气循环泵组件中，将氢气和水在氢气循环泵中分离，分离后的水经过排水阀，从尾排出口排出，氢气则经氢气循环泵加压后，再回流到电堆模块中继续参加反应，在尾排出口之前安装氢气浓度传感器，监测尾排末端的氢气浓度，排出的氢气经氢气稀释装置稀释到安全的浓度后直接排出，在低温状态下，通过加热装置加热，使进入氢气循环泵内的水维持在0℃以上不结冰，燃料电池控制系统通过温度传感器对加热装置内的温度进行实时监控，并通过控制加热装置增大或者减小功率对温度进行调节。

以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种氢气循环泵组件，包括氢气循环泵(100)，氢气循环泵(100)包括电机、风轮和泵壳(1)，泵壳(1)里面设置泵腔，风轮安装在泵腔里面，电机驱动风轮转动，泵壳(1)上设有入气口(11)和出气口(12)，泵腔与入气口(11)和出气口(12)连通，其特征在于：入气口(11)连接一个加热装置(2)，出气口(12)连接一个过滤装置(3)，回收气体首先经过加热装置(2)的处理然后进入氢气循环泵(100)，并从氢气循环泵(100)的出气口(12)到达过滤装置(3)，经过过滤装置(3)处理后排出。

2.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：加热装置(2)是当回收气体的温度低于某个设定值T1时启动，当回收气体的温度高于某个设定值T2时，加热装置(2)关停。

3.根据权利要求1或2所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：所述加热装置(2)包括电发热元件(24)和壳体(25)，壳体(25)安装在泵壳(1)的入气口(11)处，电发热元件(24)安装在壳体(25)的底部，壳体(25)内设有一空腔(250)，进气口(21)和排水口(22)设置在壳体(25)上，空腔(250)与进气口(21)和排水口(22)连通，空腔(250)的腔口(2500)与泵壳(1)的进气口(21)是连通的。

4.根据权利要求3所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：所述空腔(250)包括储水腔(2501)和储气腔(2502)，储水腔(2501)的位置低于储气腔(2502)的位置，进气口(21)与储气腔(2502)连接，排水口(22)与储水腔(2501)连接。

5.根据权利要求4所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：壳体(25)上设有传感器安装孔(251)，温度传感器(23)穿过传感器安装孔(251)伸入到储气腔(2502)内。

6.根据权利要求5所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：泵壳(1)上设有第一安装平台(130)，第一安装平台上(130)设有若干第二安装孔(13)，壳体(25)上设有若干与第二安装孔对应的第一安装孔(28)，通过螺钉穿过第一安装孔(28)和第二安装孔(13)将壳体(25)锁紧在泵壳(1)上。

7.根据权利要求6所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：壳体(25)与泵壳(1)之间安装有第一密封圈(26)，壳体(25)的端面上设有第一密封槽(27)，第一密封圈(26)安装在第一密封槽(27)里。

8.根据权利要求3所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：过滤装置(3)包括安装座(31)、过滤网(32)和出气部(33)，安装座(31)上设有容置腔(311)，过滤网(32)安装在容置腔(311)内，出气部(33)安装在安装座(31)上，出气部(33)上设有与容置腔(311)连通的排气口(30)。

9.根据权利要求8所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：泵壳(1)上设有第二安装平台(140)，第二安装平台上设有若干第四安装孔(14)，安装座(31)上设有若干与第四安装孔(14)对应的第三安装孔(36)，通过螺钉穿过第三安装孔(36)和第四安装孔(14)将壳体(25)锁紧在泵壳(1)上。

10.根据权利要求9所述的一种氢气循环泵组件，其特征在于：安装座(31)与泵壳(1)之间安装有第二密封圈(34)，安装座(31)的端面上设有第二密封槽(35)，第二密封圈(34)安装在第二密封槽(35)里。

11.一种燃料电池，包括燃料电池控制器、供氢系统、空气进气系统、电堆模块和氢气循环泵组件，电堆模块的氢气出口与氢气循环泵的入气口(11)连接，氢气循环泵的出气口(12)与电堆模块的氢气入口连接，其特征在于：所述氢气循环泵组件是上述权利要求1至权利要求10任意一项所述的氢气循环泵组件。

12.根据权利要求11所述的一种燃料电池，其特征在于：所述加热装置(2)包括电发热元件(24)和壳体(25)，电发热元件(24)安装在壳体(25)的底部，壳体(25)上安装有温度传感器(23)，电发热元件与和温度传感器分别与燃料电池控制器连接，当回收气体的温度低于某个设定值T1时，燃料电池控制器控制电发热元件(24)加热，当回收气体的温度高于某个设定值T2时，燃料电池控制器控制电发热元件(24)停止工作。

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