一种燃料电池涡旋式氢气循环泵及燃料电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池涡旋式氢气循环泵及燃料电池，氢气循环泵的泵头端盖上设有新鲜氢气流道和压缩氢气流道，泵体上设置有循环氢气流道，泵头端盖的端面固定有固定涡旋盘，泵体端面设置有偏心回转轴，偏心回转轴上连接回转涡旋盘，偏心回转轴与泵体内电机的输出轴连接；回转涡旋盘嵌套于固定涡旋盘内侧，回转涡旋盘与固定涡旋盘噬合形成若干个月牙形的压缩腔；电堆排出的氢气经水气分离器后进入压缩腔内，由回转涡旋盘与固定涡旋盘噬合压缩，经压缩后与高压新鲜氢气混合，混合后的氢气进入电堆。新鲜氢气由高压状态到低压状态，吸收热量对泵头起到冷却作用，湿润的循环氢气对电堆起到内增湿的作用，延长燃料电池的使用寿命。使用寿命。使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池涡旋式氢气循环泵及燃料电池


[0001]本技术属于燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池涡旋式氢气循环泵及燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的装置，由于效率高、噪声小、启动温度低、零污染等优点，被广泛应用于固定式发电、交通运输以及便携式电源等领域。
[0003]燃料电池的核心零部件中，电堆是燃料电池的“心脏”，提供电能；氢气相当于燃料电池的“血液”；氢气循环系统则是保障氢气在电堆中流通的关键部件。因此，氢气循环系统也是燃料电池发动机的关键技术之一。为了提高功率密度，燃料电池的电堆都会注入过量的氢气，氢气循环泵的作用则是将未反应的过量氢气重新送入电堆参与反应，一方面提高能源利用效率，另一方面帮助燃料电池“内增湿”，使燃料电池处于一个较好的工况，从而延长燃料电池的使用寿命；同时氢气循环泵还可以实现
‘
吹扫
’
电堆产物——水，防止电堆
‘
水淹
’
，以提高氢气利用效率和系统安全。
[0004]现有的氢气循环泵主要有爪式氢气循环泵、机械式循环泵和喷射泵。爪式氢气循环泵需要很强的设计能力，高精度的机械加工能力，同时要求转子与转子腔表面处理工艺成熟且先进，达到良好的耐磨性和耐腐蚀性。机械式循环泵由于具有高速运转部件，因此存在故障率高、密封差、难以实现无油防爆等问题，并且价格昂贵，同时机械泵的介入会对系统的安全可靠方面，如防爆降噪性能提出极高的要求。多级喷射泵内部结构精细复杂，在结构设计和优化方面存在很多需要重点突破的难题，同时多级喷射泵并联和新型集成式多喷管喷射泵也在系统的优化控制策略上面临较大挑战。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中指出的不足，本技术提供了一种燃料电池涡旋式氢气循环泵及包含该涡旋式氢气循环泵的燃料电池，旨在解决上述
技术介绍
中现有的燃料电池氢气循环泵存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0007]一种燃料电池涡旋式氢气循环泵，包括泵头端盖、泵体、电机、固定涡旋盘、回转涡旋盘、新鲜氢气流道、循环氢气流道和压缩氢气流道。泵头端盖与泵体连接且连接处形成压缩腔室，所述回转涡旋盘与固定涡旋盘位于压缩腔内，且回转涡旋盘与固定涡旋盘均呈渐开线涡旋状，回转涡旋盘嵌套于固定涡旋盘内侧；
[0008]固定涡旋盘固定设置于泵头端盖的端面，回转涡旋盘设置于泵体的端面，泵体内设置电机，泵体的端面设有与电机输出轴连接的偏心回转轴，回转涡旋盘连接于偏心回转轴上。由于回转涡旋盘在偏心回转轴的驱动下围绕固定涡旋盘基圆中心作很小半径的平面转动，转动过程中，回转涡旋盘与固定涡旋盘噬合形成若干个月牙形的压缩腔。
[0009]新鲜氢气流道和压缩氢气流道分别设置于泵头端盖上，循环氢气流道设置于靠近
泵体端面的侧壁，泵体端面设有与循环氢气流道连通的循环氢气导入口，通过循环氢气导入口将循环氢气导入压缩腔内固定涡旋盘的外侧，压缩氢气流道的进气口位于固定涡旋盘中心对应的泵头端盖上，新鲜氢气流道的排气口连通至压缩氢气流道上，压缩氢气流道的压缩氢气出口位于泵头端盖外侧。
[0010]优选地，回转涡旋盘的底面设有限位环，泵体的端面设有限位轴，限位环套于限位轴外，回转涡旋盘旋转时，使得限位环沿限位轴相切回旋平动，确保回转涡旋盘呈偏心回旋平动，限位环只能沿着限位轴相切回旋平动，达到防止回转涡旋盘自转的效果。
[0011]优选地，压缩氢气出口设有单向压力阀。只有压缩氢气的压力达到一定程度时，单向压力阀导通，经压缩的循环氢气与新鲜氢气在压缩氢气流道内混合后最终从压缩氢气出口排出。进一步地，单向压力阀的结构如下：包括密封盖、弹簧和压盖，弹簧的一端连接密封盖，弹簧的另一端连接压盖，密封盖卡接于压缩氢气出口内部，压盖通过固定螺钉固定于压缩氢气出口处，压盖上开有通孔，所述新鲜氢气流道的排气口连通至位于弹簧处的压缩氢气流道上。
[0012]优选地，泵头端盖与泵体可拆卸连接，泵头端盖与泵体的连接处设有密封圈。此外，泵头端盖与泵体上分别设有支脚。
[0013]优选地，泵头端盖与泵体连接处的内部各部件表面涂覆聚四氟乙烯涂层。
[0014]优选地，泵头端盖中设有加热管，泵头端盖外侧设有温度传感器，温度传感器与加热管的控制器通过线路连接，根据温度传感器感应的泵头端盖温度，通过加热管适时为泵头端盖加热。
[0015]优选地，泵体上设有支座，支座上可拆卸连接有防水端盖，支座与防水端盖之间设有防水垫，防水端盖上连接有防水接头，防水接头通过线路与电机连接，通过防水接头连接电机实现电机供电。
[0016]应用上述涡旋式氢气循环泵的燃料电池结构为：
[0017]供氢系统的氢气出口经供氢电磁阀和比例阀后与氢气循环泵上新鲜氢气流道的氢气入口连接，氢气循环泵上压缩氢气流道的压缩氢气出口经中冷器与电堆连接，电堆的氢气出口与水气分离器入口连接，水气分离器分离的水经排水阀排出，水气分离器分离的氢气出口分两路，一路与氢气循环泵上循环氢气流道的氢气入口连接，另一路经冲刷阀和单向阀排出。
[0018]相比于现有技术的缺点和不足，本技术具有以下有益效果：
[0019](1)本技术提供的燃料电池涡旋式氢气循环泵的泵头端盖集成新鲜氢气流道和压缩氢气流道，泵体设置了循环氢气流道，泵头端盖与泵体之间设置了压缩循环氢气的回转涡旋盘和固定涡旋盘，电堆排出的氢气由泵体上的循环氢气流道进入压缩腔内，经压缩后与泵头端盖上新鲜氢气流道内的新鲜氢气混合，混合后的氢气经压缩氢气流道排入电堆中，循环氢气与新鲜氢气混合后，使高压状态的新鲜氢气转变为低压状态，该过程吸收热量起到对泵头端盖冷却的作用。本技术涡旋式氢气循环泵结构紧凑，制造成本和能量损耗降低，可以实现低温启动，环境适应性强。此外，氢气腔室简单，不与泵体相通，能达到防爆效果。
[0020](2)电堆排出的氢气经水气分离器后，分离的循环氢气具有一定的湿度，与新鲜氢气混合进入电堆时，湿润的循环氢气对电堆起到内增湿的作用，能延长燃料电池的使用寿
命。此外，氢气循环泵可以实现带液工作，即循环氢气内含有少量的水，也不会影响氢气循环泵工作。
附图说明
[0021]图1是本技术实施例提供的燃料电池涡旋式氢气循环泵的结构示意图。
[0022]图2是本技术实施例提供的回转涡旋盘与固定涡旋盘嵌套连接处的结构示意图。
[0023]图3(a)是本技术实施例提供的泵头端盖的内部结构示意图，(b)是(a)中A处的放大图。
[0024]图4是本技术实施例提供的涡旋式氢气循环泵接入燃料电池的结构示意图。
[0025]图中：1
‑
氢气循环泵；11
‑
泵头端盖；12
‑
泵体；13
‑
固定涡旋盘；14
‑
偏心回转轴；15
‑
回转涡旋盘；16
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池涡旋式氢气循环泵，其特征在于，包括泵头端盖、泵体、电机、固定涡旋盘、回转涡旋盘、新鲜氢气流道、循环氢气流道和压缩氢气流道，所述泵头端盖与泵体连接且连接处形成压缩腔室，所述回转涡旋盘与固定涡旋盘位于压缩腔内，且回转涡旋盘与固定涡旋盘均呈渐开线涡旋状，回转涡旋盘嵌套于固定涡旋盘内侧，回转涡旋盘与固定涡旋盘噬合形成若干个月牙形的压缩腔；所述固定涡旋盘固定设置于泵头端盖的端面，回转涡旋盘设置于泵体的端面，泵体内设置电机，泵体的端面设有与电机输出轴连接的偏心回转轴，回转涡旋盘连接于偏心回转轴上；所述新鲜氢气流道和压缩氢气流道分别设置于泵头端盖上，循环氢气流道设置于靠近泵体端面的侧壁，泵体端面设有与循环氢气流道连通的循环氢气导入口，所述循环氢气导入口位于压缩腔内固定涡旋盘的外侧，所述压缩氢气流道的进气口位于固定涡旋盘中心对应的泵头端盖上，所述新鲜氢气流道的排气口连通至压缩氢气流道上，压缩氢气流道的压缩氢气出口位于泵头端盖外侧。2.如权利要求1所述的燃料电池涡旋式氢气循环泵，其特征在于，所述回转涡旋盘的底面上设有限位环，所述泵体的端面设有限位轴，限位环套于限位轴外。3.如权利要求1所述的燃料电池涡旋式氢气循环泵，其特征在于，所述压缩氢气出口设有单向压力阀。4.如权利要求3所述的燃料电池涡旋式氢气循环泵，其特征在于，所述单向压力阀包括密封盖、弹簧和压盖，所述弹簧的一端连接密封盖，弹簧的另一端连接压盖，密封盖卡接于压缩氢气...

【专利技术属性】
技术研发人员：安存军，常卫东，郝红岩，董永，李绍泽，王克景，
申请(专利权)人：廊坊琦睿电池科技有限公司，
类型：新型
国别省市：