一种氢气循环泵和氢燃料电池系统技术方案

本申请提供了一种氢气循环泵和氢燃料电池系统，涉及循环泵技术领域。该氢气循环泵包括泵壳、叶轮、电机外壳、电机轴、轴端固定件、密封壳体、密封环和密封圈。沿电机轴的前端至后端的方向，电机轴的外侧罩设有依次连接的泵壳、密封壳体及电机外壳，泵壳、密封壳体及电机外壳与电机轴之间均具有空腔；泵壳与电机轴的空腔内，沿电机轴的径向由内至外依次套设有轴端固定件和叶轮，密封环设置于叶轮与泵壳之间，密封圈设置于泵壳与密封壳体之间。该氢气循环泵能够使氢气与外部完全隔离，解决因高速循转造成动密封磨损从而造成氢气泄漏问题。相应的氢燃料电池系统可实现氢气的循环。应的氢燃料电池系统可实现氢气的循环。应的氢燃料电池系统可实现氢气的循环。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气循环泵和氢燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及循环泵
，具体而言，涉及一种氢气循环泵和氢燃料电池系统。

技术介绍

[0002]车用氢燃料电池系统是将一定量的氢气和空气中的氧气通入燃料电池电堆内部进行电化学反应从而产生电能的过程。燃料电池在工作过程中，会有明显的反应不完全情况，即有很多氢气不会参加反应，如果将未反应的氢气直接排放到大气，即使造成氢气的浪费，也会造成一定的安全隐患。
[0003]目前主流的解决方案是通过氢气循环泵实现氢气的再循环，通过氢气的循环将电堆内部生成的水带出，通过汽水分离后，经过氢气泵增压后返回电堆阳极重复使用。
[0004]目前现有的燃料电池氢气增压系统主要以涡旋式和“爪式”为代表的低速旋转容积式循环泵为主。容积式循环泵依靠改变容积实现压缩气体增压。整体结构比较复杂这就导致整体尺寸、重量较大。这种结构运行效率较低，泵运行功耗和噪音很大。容积式靠两个转子之间容积变化对气体进行增压，这种结构两转子之间间隙极小，运行过程中由于高低温变化转子很容易发生卡滞问题。旋转容积式循环泵还是采用传统润换油润滑，无法真正的实现无油，存在泄漏后污染系统的风险。
[0005]离心式循环泵再这方面优势非常明显，离心式循环泵使通过叶轮旋转对气体工质做功从而增加工质动能。通过提高转速可以减小离心式循环泵体积、重量。同时这种离心式循环泵效率很高，功耗低。
[0006]但目前离心式氢气泵应用于燃料电池系统至少还具有以下缺陷：密封性差，容易导致氢气泄露。

技术实现思路
/>[0007]本专利技术的目的之一包括提供了一种氢气循环泵，其能够有效解决现有技术中氢气循环泵密封性差，容易导致氢气泄露的问题。
[0008]本专利技术的目的之二还包括提供一种氢燃料电池系统，其可实现氢气的再循环。
[0009]本申请可以这样实现：
[0010]第一方面，本申请提供一种氢气循环泵，包括循环泵结构、磁悬浮电机结构和密封结构，循环泵结构包括泵壳和叶轮，磁悬浮电机结构包括电机外壳、电机轴和轴端固定件，密封结构包括密封壳体、密封环和密封圈。
[0011]沿电机轴的前端至后端的方向，电机轴的外侧罩设有依次连接的泵壳、密封壳体以及电机外壳，泵壳与电机轴之间、密封壳体与电机轴之间以及电机外壳与电机轴之间均具有空腔；
[0012]泵壳与电机轴的空腔内，沿电机轴的径向由内至外依次套设有轴端固定件和叶轮，密封环设置于叶轮与泵壳之间，密封圈设置于泵壳与密封壳体之间。
[0013]在可选的实施方式中，泵壳还设有安装腔，安装腔内设有用于沿电机轴的轴向方
向对叶轮的壳体进行固定的固定零件。
[0014]在可选的实施方式中，密封圈为O型圈。
[0015]在可选的实施方式中，电机轴的制备材料为导磁材料。
[0016]在可选的实施方式中，电机轴的外表面进行镀层处理以防止电机轴与水蒸气接触后发生锈蚀。
[0017]在可选的实施方式中，密封壳体与电机轴之间形成的空腔为第一轴承室，第一轴承室内设有套设于电机轴上的前径向磁悬浮轴承，前径向磁悬浮轴承沿电机轴的径向抵接于密封壳体，且第一轴承室内还留有位于前径向磁悬浮轴承两侧的靠近电机轴的前端的第一空间和靠近电机轴的后端的第二空间。
[0018]在可选的实施方式中，前径向磁悬浮轴承为五轴自由度主动磁悬浮轴承。
[0019]在可选的实施方式中，第一轴承室内还设有套设于电机轴上的第一位置传感器，第一位置传感器位于第二空间内。
[0020]在可选的实施方式中，磁悬浮电机结构还包括定子组件，定子组件设置于电机轴与电机外壳之间的空腔内。
[0021]在可选的实施方式中，磁悬浮电机结构还包括电连接器壳体和电机盖，电连接器壳体罩设于电机轴的后端且电连接器壳体的一侧抵接于电机外壳，另一侧通过与电机盖连接实现封端，电连接器壳体与电机轴之间也具有空腔。
[0022]在可选的实施方式中，电连接器壳体与电机轴之间形成的空腔为第二轴承室，第二轴承室内设有套设于电机轴上的后径向磁悬浮轴承，后径向磁悬浮轴承沿电机轴的径向抵接于电连接器壳体。
[0023]在可选的实施方式中，后径向磁悬浮轴承为五轴自由度主动磁悬浮轴承。
[0024]在可选的实施方式中，电机轴具有呈阶梯式的前端台阶、中间台阶和后端台阶，前径向磁悬浮轴承和后径向磁悬浮轴承分别套设于中间台阶和后端台阶的位置。
[0025]在可选的实施方式中，第二轴承室内还设有套设于电机轴上的第二位置传感器，第二位置传感器位于后径向磁悬浮轴承的靠近电机轴的末端的一侧。
[0026]在可选的实施方式中，第二轴承室内还设有套设于电机轴上的推力盘，推力盘位于第二位置传感器的靠近电机轴的末端的一侧。
[0027]在可选的实施方式中，第二轴承室内还设有轴向磁悬浮轴承，轴向磁悬浮轴承沿电机轴的径向方向设置于推力盘外侧。
[0028]在可选的实施方式中，轴向磁悬浮轴承为五轴自由度主动磁悬浮轴承。
[0029]在可选的实施方式中，泵壳的外表面还设有加热片。
[0030]在可选的实施方式中，加热片为PTC加热片。
[0031]在可选的实施方式中，电连接器壳体的外表面还设有低压连接器和高压连接器。
[0032]第二方面，本申请提供一种氢燃料电池系统，其包括如前述实施方式任一项的氢气循环泵。
[0033]本申请的有益效果包括：
[0034]本申请通过将密封壳体连接于电机外壳与泵壳之间，同时，在泵壳与密封壳体之间设置密封圈，在叶轮与泵壳之间设置密封环，能够使氢气与外部完全隔离，解决因高速循转造成动密封磨损从而造成氢气泄漏问题。并且，上述氢气循环泵结构简单，体积小。含有
上述氢气循环泵的氢燃料电池系统可实现氢气的再循环，通过氢气的循环将电堆内部生成的水带出，通过汽水分离后，经过氢气泵增压后返回电堆阳极重复使用。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0036]图1为本申请实施例提供的氢气循环泵在第一视角下的结构示意图；
[0037]图2为本申请实施例提供的氢气循环泵在第二视角下的结构示意图。
[0038]图标：1
‑
泵壳；2
‑
轴端固定件；3
‑
固定零件；4
‑
密封环；5
‑
叶轮；6
‑
密封圈；7
‑
密封壳体；8
‑
电机外壳；9
‑
前径向磁悬浮轴承；10
‑
第一位置传感器；11
‑
电机轴；12
‑
定子组件；13
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气循环泵，其特征在于，包括循环泵结构、磁悬浮电机结构和密封结构，所述循环泵结构包括泵壳和叶轮，所述磁悬浮电机结构包括电机外壳、电机轴和轴端固定件，所述密封结构包括密封壳体、密封环和密封圈；沿所述电机轴的前端至后端的方向，所述电机轴的外侧罩设有依次连接的泵壳、密封壳体以及电机外壳，所述泵壳与所述电机轴之间、所述密封壳体与所述电机轴之间以及所述电机外壳与所述电机轴之间均具有空腔；所述泵壳与所述电机轴的空腔内，沿所述电机轴的径向由内至外依次套设有轴端固定件和叶轮，所述密封环设置于所述叶轮与所述泵壳之间，所述密封圈设置于所述泵壳与所述密封壳体之间；优选地，所述泵壳还设有安装腔，所述安装腔内设有用于沿所述电机轴的轴向方向对所述叶轮的壳体进行固定的固定零件；优选地，所述密封圈为O型圈；优选地，所述电机轴的制备材料为导磁材料；优选地，所述电机轴的外表面进行镀层处理以防止所述电机轴与水蒸气接触后发生锈蚀。2.根据权利要求1所述的氢气循环泵，其特征在于，所述密封壳体与所述电机轴之间形成的空腔为第一轴承室，所述第一轴承室内设有套设于所述电机轴上的前径向磁悬浮轴承，所述前径向磁悬浮轴承沿所述电机轴的径向抵接于所述密封壳体，且所述第一轴承室内还留有位于所述前径向磁悬浮轴承两侧的靠近所述电机轴的前端的第一空间和靠近所述电机轴的后端的第二空间；优选地，所述前径向磁悬浮轴承为五轴自由度主动磁悬浮轴承。3.根据权利要求2所述的氢气循环泵，其特征在于，所述第一轴承室内还设有套设于所述电机轴上的第一位置传感器，所述第一位置传感器位于所述第二空间内。4.根据权利要求3所述的氢气循环泵，其特征在于，所述磁悬浮电机结构还包括定子组件，所述定子组件设置于所述电机轴与所述电机外壳之间的空腔内。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤芹，滕利利，胡凤波，肖海，
申请(专利权)人：北京艾尔航空科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：