紧凑型氢燃料电池反应系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种紧凑型氢燃料电池反应系统。一种紧凑型氢燃料电池反应系统，其特征在于包括电堆，所述电堆的两端分别设置有端板，至少其中一个端板上直接固定有磁悬浮氢气循环泵，所述电堆具有氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口，所述氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口均设置于固定有磁悬浮氢气循环泵的端板上，所述磁悬浮氢气循环泵的进气端与所述氢气出口连通，所述磁悬浮氢气循环泵的出气端与所述氢气入口连通。本实用新型专利技术能实现磁悬浮氢气循环泵小型化，能使磁悬浮氢气循环泵集成在氢燃料电池上，以使本实用新型专利技术结构更为紧凑，具有占用空间更小、使用时更为可靠的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
紧凑型氢燃料电池反应系统


[0001]本技术涉及一种紧凑型氢燃料电池反应系统。

技术介绍

[0002]基于质子交换膜的氢燃料电池电堆技术，氢燃料电池的阳极供氢气，阴极供氧气，经过氢燃料电池的催化转换发生电化学反应产生电能以及水。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排出，氢燃料电池就能连续地发电。氢燃料电池必然包括氢气氧气供给系统，其中氢气供给系统往往采用循环供给，高压氢气降压后输入电堆，经过反应后的剩余氢气经过氢气循环泵送回阳极，同时还可以将电堆中反应生产的水和反渗到阳极的杂质气体带出。
[0003]具有氢燃料反应系统的新能源车，其氢气循环泵占用空间较大，降低了氢燃料电池的能量密度，且氢气循环泵与电堆间集成度不高通过送气管路连接，交错的送气管路使得氢燃料电池结构更复杂，可靠性较差，同时送气管路占用较大空间。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种体积更小的紧凑型氢燃料电池反应系统。
[0005]为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种紧凑型氢燃料电池反应系统，包括电堆，所述电堆的两端分别设置有端板，至少其中一个端板上直接固定有磁悬浮氢气循环泵，所述电堆具有氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口，所述氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口均设置于固定有磁悬浮氢气循环泵的端板上，所述磁悬浮氢气循环泵的进气端与所述氢气出口连通，所述磁悬浮氢气循环泵的出气端与所述氢气入口连通。
[0006]本技术通过采用磁悬浮氢气循环泵，能使电机转子轴和叶轮能以超高速进行转动，能使电堆实现较高的能量密度，使得氢气循环部分与电堆一体化成为可能。本技术通过使电堆与磁悬浮氢气循环泵一体化设置，以达到体积更小占用空间更小，结构更为简单和紧凑，使用可靠性高，能提高氢燃料电池能量密度的优点。
[0007]作为优选，所述端板上设有第一通道和第二通道，所述磁悬浮氢气循环泵通过第一通道与氢气入口连通，所述磁悬浮氢气循环泵通过第二通道与氢气出口连通。
[0008]磁悬浮氢气循环泵集成在端板上，不需要对电堆其它结构设计进行更改。第一通道和第二通道均设置在端板上，构成第一通道和第二通道的管路独立的管路，能使氢燃料电池结构更为简单。其中，第一通道和第二通道可以设置在端板内部，也可以设置在端板表面。
[0009]作为优选，所述磁悬浮氢气循环泵包括泵壳和位于泵壳内部的转动组件，泵壳由冷却机壳和蜗壳组成，所述冷却机壳和蜗壳共同构成一个用于容设转动组件并与外界密封的内腔，冷却机壳和蜗壳之间气相相通，所述转动组件包括转子轴和叶轮，所述转动组件通过磁悬浮轴承与泵壳间形成悬浮支撑；工作时，所述内腔充满工作介质，转动组件悬浮在工
作介质中。
[0010]冷却机壳内腔与蜗壳内腔直接连通，不需要再做转子轴与蜗壳处的动密封，只需要做好泵壳与外界的密封，便能实现氢气密封，避免氢气泄漏。本技术采用磁悬浮轴承支撑叶轮的旋转，磁悬浮轴承没有机械轴承的转速限制，不再需要机械轴承支撑，也就没有了机械轴承所需要面对的润滑、密封问题，氢气不会受润滑油污染，还能实现转子轴的高速转动。相比于爪式氢气循环泵，本技术既能保证对氢气的增压效果，结构简单，又能实现磁悬浮氢气循环泵的小型化。
[0011]其中，磁悬浮轴承能很大程度上隔绝电机定子部分和转子部分的振动传递，噪声小、可靠性高、寿命更长；同时带有主动控制的磁悬浮轴承相比于其他气动轴承这种被动的非接触轴承还可以实现更多的电机主动控制和转轴状态反馈。其中，氢气进入冷却机壳内，还能对转动组件进行冷却。
[0012]作为优选，所述蜗壳套设在冷却机壳端部外侧，所述冷却机壳偏离端部处设有向周向外侧延伸的外限位部，所述蜗壳位于所述外限位部轴向侧；所述转动组件外表面设有防护层；所述冷却机壳内设有定子，定子进行灌封胶密封。
[0013]蜗壳与冷却机壳间可采用各种各样的密封方式，比如胶水密封、密封圈密封等。其中，由于蜗壳端部套设在冷却机壳端部外并固定，蜗壳不会相对冷却机壳做径向移动，能保证叶轮与蜗壳内壁间的有效避让空间，避免叶轮在电机部分通电启动后上浮以与蜗壳接触。其中，外限位部用于对蜗壳进行限位，从而保证蜗壳的进出气口与叶轮间处于设定位置，并能避免叶轮在电机部分通电后被转子轴带动上浮以与蜗壳内壁接触碰撞。其中，外限位部不仅用于限位，还可以用于与蜗壳的紧固件固定。其中，防护层和灌封胶用于避免氢气和水蒸气对转动组件和定子进行腐蚀。其中，可通过镀钛或者DLC处理的方式在转子轴表面形成防护层。
[0014]作为优选，所述磁悬浮轴承包括径轴一体磁悬浮轴承和径向磁悬浮轴承，所述径向磁悬浮轴承位于转子轴的轴伸端，径轴一体磁悬浮轴承位于转子轴的非轴伸端。通过径轴一体磁悬浮轴承保持转动组件的三个自由度，通过径向磁悬浮轴承保证转动组件的两个自由度。
[0015]作为优选，所述径向磁悬浮轴承包括沿转子轴轴向间隔设置的第一导磁体和第二导磁体，第一起浮环位于第一导磁体与第二导磁体间，所述第一起浮环上固定有与第一传感器，所述第一起浮环与转子轴间的距离为L1，第一导磁体包括铁芯和线圈，第一导磁体的铁芯与转子轴间的距离为L2，第一传感器与转子轴间的距离为L3，L1＜L2≤L3；所述第一起浮环与冷却机壳一体成型。其中，L1＜L2≤L3，能避免转子轴在本技术未使用时与第一导磁体和第二导磁体接触，以保证转子轴在本技术启动时能快速稳定的悬浮并转动。其中，第一起浮环与冷却机壳作为一体，简化了本技术的结构，同时还有利于磁轴承的定位和冷却。
[0016]作为优选，所述径轴一体磁悬浮轴承包括径向磁悬浮轴承部和轴向磁悬浮轴承部，所述径轴一体磁悬浮轴承设有沿转子轴轴向间隔设置的第三导磁体、第四导磁体和第五导磁体，其中所述第三导磁体和第四导磁体构成为径向磁悬浮轴承部的磁极，所述第四导磁体和第五导磁体构成为轴向磁悬浮轴承部的磁极。径向磁悬浮轴承部和轴向磁悬浮轴承部共用同一个导磁体，能使本技术轴向结构更为紧凑，便于实现本技术的小型
化。
[0017]作为优选，所述径向磁悬浮轴承部和轴向磁悬浮轴承部均固定于截面呈环形的第一固定件内，所述第一固定件与所述冷却机壳固定；第三导磁体与第四导磁体间设有第二起浮环，所述第三导磁体包括铁芯和线圈，所述第三导磁体的铁芯与转子轴间的距离为L5，所述第二起浮环与转子轴间的距离为L4，所述第二起浮环上设有第二传感器，所述第二传感器与转子轴间的距离为L6，L4＜L5≤L6；所述第二起浮环与第一固定件一体成型。
[0018]本技术的径轴一体磁悬浮轴承通过第一固定件做成一个单独的零部件组件，便于本技术的装配和生产过程中的储放，同时还便于本技术后续的维修更换。L4＜L5≤L6，能避免转子轴在本技术未使用时与第三导磁体和第四导磁体接触，以保证转子轴在本技术启动时能快速稳定的悬浮并转动。其中，第二起浮环与第一固定件一体成型，有利于定位固定，便于本技术径轴一体磁悬浮轴承的零部件组装，在第一固定件由导热的铝材料等制成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型氢燃料电池反应系统，其特征在于包括电堆，所述电堆的两端分别设置有端板，至少其中一个端板上直接固定有磁悬浮氢气循环泵，所述电堆具有氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口，所述氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口均设置于固定有磁悬浮氢气循环泵的端板上，所述磁悬浮氢气循环泵的进气端与所述氢气出口连通，所述磁悬浮氢气循环泵的出气端与所述氢气入口连通。2.根据权利要求1所述的紧凑型氢燃料电池反应系统，其特征在于所述端板上设有第一通道和第二通道，所述磁悬浮氢气循环泵通过第一通道与氢气入口连通，所述磁悬浮氢气循环泵通过第二通道与氢气出口连通。3.根据权利要求1所述的紧凑型氢燃料电池反应系统，其特征在于所述磁悬浮氢气循环泵包括泵壳和位于泵壳内部的转动组件，泵壳由冷却机壳和蜗壳组成，所述冷却机壳和蜗壳共同构成一个用于容设转动组件并与外界密封的内腔，冷却机壳和蜗壳之间气相相通，所述转动组件包括转子轴和叶轮，所述转动组件通过磁悬浮轴承与泵壳间形成悬浮支撑；工作时，所述内腔充满工作介质，转动组件悬浮在工作介质中。4.根据权利要求3所述的紧凑型氢燃料电池反应系统，其特征在于所述蜗壳套设在冷却机壳端部外侧，所述冷却机壳偏离端部处设有向周向外侧延伸的外限位部，所述蜗壳位于所述外限位部轴向侧；所述转动组件外表面设有防护层；所述冷却机壳内设有定子，定子进行灌封胶密封。5.根据权利要求3所述的紧凑型氢燃料电池反应系统，其特征在于所述磁悬浮轴承包括径轴一体磁悬浮轴承和径向磁悬浮轴承，所述径向磁悬浮轴承位于转子轴的轴伸端，径轴一体磁悬浮轴承位于转子轴的非轴伸端。6.根据权利要求5所述的紧凑型氢燃料电池反应系统，其特征在于所述径向磁悬浮轴承包括沿转子轴轴向间隔设置的第一导磁体和第二导磁体，第一起浮环位于第一导磁体与第二导磁体间，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张寅，董宝田，王灿，王坤，
申请(专利权)人：北京昆腾迈格技术有限公司，
类型：新型
国别省市：