一种燃料电池氢气循环泵的制作方法

1.本实用新型涉及一种泵结构，具体说是一种燃料电池氢气循环泵。


背景技术：

2.氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是把氢气和氧分别供给阳极和阴极，氢气通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。氢燃料电池反应过程只产生水，不产生co2、nox、co等有毒有害气体，是真正零污染的清洁能源。并且燃料电池发电效率可以达到50%以上。因其清洁、高效等特点，氢能收到全球的广泛关注，正成为应对气候变化、实现双碳目标的重要途径。
3.氢气循环泵是燃料电池核心零部件之一，被誉为燃料电池的“心脏”。其主要作用有2个：
①
将燃料电池堆出口未反应的氢气再循环至燃料电池堆入口，从而提高氢气的利用率以及用氢安全；
②
将燃料电池堆内部由于电化学反应生成的水循环至氢气入口，起到给进气加湿的作用，改善燃料电池堆内的水润水平，提高了水管理能力，进而提升燃料电池堆的输出特性燃料电池氢循环泵工作的介质是氢、水、氮气等混合物，易燃易爆，在实际开发中面临多个技术问题，如密封性，振动噪声，低温冷启动，氢泄露（安全）等问题。
4.目前燃料电池氢气循环泵一版采用罗茨式结构，主要通过电机带动主轴旋转，然后通过齿轮箱将动力传递给从动轴；主动轴、从动轴分别带动叶轮旋转，实现工作介质的的吸气、压缩、排气等过程，目前燃料电池氢气循环泵主要为这种结构的。
5.因罗茨式氢气循环泵的结构特点，将其应用在氢燃料电池上主要的问题点为：
6.1、体积大，质量大：罗茨式泵通过电机驱动主轴，然后通过齿轮箱带动从动轴，进而主动轴与从动轴共同驱动叶轮，也就是有两套转子系统，因此罗茨式泵在轴向上结构非常复杂，体积、质量都比较大，存在着大量的材料浪费，对于节能减排以及氢燃料电池的小型化带来了阻力；
7.2、功耗高：因罗茨式泵有两套摩擦副结构，因此其在运行时的摩擦功耗非常大，通常是其他单轴泵的2~3倍，这对于氢燃料电池无疑是一种额外的负担，在一定程度上给氢燃料电池输出功率增加，效率提升带来了难度；
8.3、噪声大：罗茨泵的转速通常比较低（＜9000rpm），对应噪声频率为0~150hz，这个频率段的噪声工程上非常难隔绝。并且因为是双转子系统，并且存在齿轮传动机构，存在着转子之间的振动耦合，噪声激励非常复杂，一般3500rpm的噪声可以达到80dba；
9.4、容易漏氢，产生危险：罗茨泵叶轮腔室（氢气）与齿轮箱，电机之间通过密封隔绝，并未实现完全的物理隔绝，在产能品长时间运行出现磨损、失效时无法避免氢气泄露进电机腔室，而产生漏氢及爆炸的严重安全风险。


技术实现要素：

10.本实用新型提供了一种结构紧凑，有效兼顾内部传动强度、整装体积精简，有效降低振动传动噪音、保障输送功率、防止长期运行变形的燃料电池氢气循环泵。
11.本实用新型采用的技术方案是：一种燃料电池氢气循环泵，包括电机、铝合金压壳、叶轮、轴，其特征在于：所述压壳内腔底端面中心向下依次设置圆周渐变缩小的第一、二、三级圆柱沉孔，所述轴包括依次同轴心连体、钢质的下轴段、中间盘座和上轴段，下轴段配合套装于第三级圆柱沉孔内，中间盘座支撑在第二级圆柱沉孔的底端面并圆周穿接多个螺栓锁紧，上轴段外间隙套接上、下轴承，上、下轴承过盈嵌装于磁铁护套内，磁铁护套上端设置对应于压壳上接电机的磁铁，磁铁护套下经螺栓连接平衡盘，护套和平衡盘之间压紧接有叶轮，叶轮支撑于压壳内腔底端面上，压壳内腔底端面上设置不完全圆周的压壳流道，压壳流道的两端接出压壳设置流道进口和流道出口，叶轮下端面设有一圈对应压壳流道的叶轮流道。
12.所述压壳流道、叶轮流道截面为弧形。
13.所述流道进口、流道出口设置于压壳下端。
14.所述上轴段上端穿接锁紧螺钉，锁紧螺钉经调节垫片压接上轴承内圈上端，下轴承内圈与中间盘座之间依次抵紧设置套接在上轴段上的垫片和波形弹簧。
15.所述上、下轴承为球轴承。
16.所述磁铁安装于磁铁护套上端面环槽内。
17.所述磁铁与环槽内槽壁或外槽壁之间设置卡圈。
18.所述压壳下端对应流道进口、流道出口位置为接口法兰。
19.所述下轴段外壁开设一道以上轴向的导气槽。
20.采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
21.1、压壳与电机相连，压壳在实际工作中静止不动，压壳为铝合金材质；轴材料选择强度高于压壳的钢质，保证实际运行过程中不产生变形；
22.2、轴的下轴段上设置导气槽，可有效防止压装过程中气体压力过大、噪声、精度差的问题；
23.3、上、下球轴承套接磁铁护套，且上球轴承内圈经调节垫片可调节压装，下球轴承内圈经波形弹簧弹性抵紧，有效消除游隙，提高使用寿命；
24.4、压壳内腔多节圆柱沉孔分别支撑轴、叶轮，单轴结构，装配紧凑，无齿轮传动、振动噪音，便于降低噪音、精简缩小整装体积；
25.5、叶轮与压壳内腔地面配合形成完整流道，叶轮的运行摩擦功耗低，有利于提高输出功率。
附图说明
26.图1为本实用新型结构示意图；
27.图2为本实用新型轴的立体结构图；
28.图3为本实用新型压壳的剖视图。4
29.图中：电机1、压壳2、压壳流道3、流道进口4、流道出口5、叶轮6、叶轮流道7、第一级圆柱沉孔8、第二级圆柱沉孔9、第三级圆柱沉孔10、下轴段11、导气槽12、中间盘座13、上轴段14、锁紧螺钉15、调节垫片16、上球轴承17、下球轴承18、垫片19、波形弹簧20、磁铁护套21、卡圈22、磁铁23、平衡盘24。
具体实施方式
30.以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
31.图1-3所示：一种燃料电池氢气循环泵，在铝合金材质的压壳2上安装电机1，压壳2内腔底端面中心向下依次设置圆周渐变缩小的第一、二、三级圆柱沉孔8、9、10，依次同轴心连体、钢质的下轴段11、中间盘座13和上轴段14组成轴结构，下轴段外壁开设一道以上轴向的导气槽12，下轴段11配合套装于第三级圆柱沉孔10内，中间盘座13支撑在第二级圆柱沉孔9的底端面并圆周穿接多个螺栓锁紧（附图上未显示，在中间盘座13绕轴向中心圆周上多个螺栓穿接锁紧），上轴段14外间隙套接经间距环配合的上、下球轴承17、18，上、下轴承为过盈嵌装于磁铁护套21内，磁铁护套21上端设置环槽经卡圈22内置对应压壳上接电机的磁铁23，磁铁护套21下经螺栓连接平衡盘24，护套和平衡盘之间压紧接有叶轮6，叶轮6支撑于压壳2内腔底端面上，压壳内腔2底端面上设置不完全圆周的压壳流道3，压壳流道的两端朝下接出压壳设置流道进口4和流道出口5（两出口见附图3中右侧，因视图原因，流道进口见附图3的正面，流道出口在附图中隐藏在进口后方，附图标记5仅作标识），叶轮6下端面设有一圈对应压壳流道的叶轮流道7。
32.在本实施例中，压壳流道、叶轮流道截面为弧形。
33.在本实施例中，压壳下端对应流道进口、流道出口位置为接口法兰。


技术特征：
1.一种燃料电池氢气循环泵，包括电机、铝合金压壳、叶轮、轴，其特征在于：所述压壳内腔底端面中心向下依次设置圆周渐变缩小的第一、二、三级圆柱沉孔，所述轴包括依次同轴心连体、钢质的下轴段、中间盘座和上轴段，下轴段配合套装于第三级圆柱沉孔内，中间盘座支撑在第二级圆柱沉孔的底端面并圆周穿接多个螺栓锁紧，上轴段外间隙套接上、下轴承，上、下轴承过盈嵌装于磁铁护套内，磁铁护套上端设置对应于压壳上接电机的磁铁，磁铁护套下经螺栓连接平衡盘，护套和平衡盘之间压紧接有叶轮，叶轮支撑于压壳内腔底端面上，压壳内腔底端面上设置不完全圆周的压壳流道，压壳流道的两端接出压壳设置流道进口和流道出口，叶轮下端面设有一圈对应压壳流道的叶轮流道。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述压壳流道、叶轮流道截面为弧形。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述流道进口、流道出口设置于压壳下端。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述上轴段上端穿接锁紧螺钉，锁紧螺钉经调节垫片压接上轴承内圈上端，下轴承内圈与中间盘座之间依次抵紧设置套接在上轴段上的垫片和波形弹簧。5.根据权利要求1或4所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述上、下轴承为球轴承。6.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述磁铁安装于磁铁护套上端面环槽内。7.根据权利要求6所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述磁铁与环槽内槽壁或外槽壁之间设置卡圈。8.根据权利要求3所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述压壳下端对应流道进口、流道出口位置为接口法兰。9.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环泵，其特征是：所述下轴段外壁开设一道以上轴向的导气槽。

技术总结
本实用新型涉及一种燃料电池氢气循环泵，压壳内腔底端面中心向下依次设置圆周渐变缩小的第一、二、三级圆柱沉孔，轴包括下轴段、中间盘座和上轴段，下轴段配合套装于第三级圆柱沉孔内，中间盘座支撑固定在第二级圆柱沉孔的底端面，上轴段外间隙套接上、下轴承，上、下轴承过盈嵌装于磁铁护套内，磁铁护套上端设置磁铁，磁铁护套下经螺栓连接平衡盘，护套和平衡盘之间压紧有叶轮，叶轮支撑于压壳内腔底端面上，压壳内腔底端面上设置不完全圆周的压壳流道，压壳流道的两端接出压壳设置流道进、出口，叶轮下端面设有一圈对应压壳流道的叶轮流道。该泵有效兼顾内部传动强度、整装体积精简，有效降低振动传动噪音、保障输送功率、防止长期运行变形。运行变形。运行变形。


技术研发人员：连永鹏 牛鹏飞 高磊 康明龙 崔钊辉 崔玺 王向军
受保护的技术使用者：蜂巢蔚领动力科技（江苏）有限公司
技术研发日：2022.09.09
技术公布日：2022/12/20