一种车用氢气循环泵的换热系统的制作方法

本发明涉及氢燃料电池，特别是一种车用氢气循环泵的换热系统。

背景技术：

1、氢燃料电池是通过氢气和空气（空气中的氧气）两个供气系统，分别将氢气和空气引入燃料电池的阴极与阳极，经由催化剂的作用，将化学能直接转换成电能的发电装置。燃料电池反应后会有一部分氢气未发生转化，这就会造成氢气的浪费，氢气这种易燃易爆气体如果排放到大气中也会造成极大的风险。随着新能源汽车氢燃料电池系统的发展，对燃料电池车能量转化效率的要求越来越高，故而，将燃料电池反应后排放的氢气进行循环再利用变得至关重要。目前，常用氢气循环泵对该部分氢气进行收集、增压并输送至电堆，以实现循环再利用。

2、循环泵一般包括蜗壳和电机，电机包括电机壳和设在泵壳内的转子和定子，转子带动叶轮旋转，叶轮与泵壳之间形成间隙，所述蜗壳设有进气通道和气体蜗道，叶轮驱动进气通道的气体通过间隙进入气体蜗道，而阳极废气中含有大量的水汽，氢气循环泵入口的氢气湿度范围为0%-120%rh，即湿度可高达120%rh。当燃料电池汽车行驶或放置于寒冷地区或寒冷天气的情况下，且氢气湿度处于较高水平时，高湿度的氢气容易造成氢气循环泵内部结冰，使得叶轮与蜗壳间隙形成冰层，导致叶轮运行过程中发生冰堵，即，氢气无法通过间隙，进而造成叶轮损坏的问题。目前，在燃料电池车上，一般通过电加热的方式对蜗壳进行加热除冰，需要增加加热部件，使得结构更加复杂，且电加热会消耗燃料电池车的电能，降低车体行驶的电池利用率。

3、同时，氢气循环泵的泵头部分对气体是个压缩过程，压缩气体会产生热量，氢气循环泵的电机部分为10万转/分等级的超高速电机，在运行过程中定子会产生发热，如不及时处理，会对电机绕组和磁钢造成不可逆的损坏。现有设备未考虑过对压气部分进行冷却，或者在转接板处增加水道，这就大大加长了系统的轴向长度，使整个系统加重，也是转子支撑位距离加大，这样就会增大转轴的加工难度，使转子的刚度降低，导致转子在运行过程中的变形量增加，导致运行过程中转子承受的单边磁拉力增加，导致转子的运行性能变差，造成整个系统的振动增加、噪音升高和寿命缩短。少数产品会增加冷却环流水道，但受空间局限冷却效果一般，且又会额外增加一套输送冷却液的系统，导致成本大幅增加。

技术实现思路

1、本发明提供一种车用氢气循环泵的换热系统，可以同时克服现有的氢气循环泵的叶轮与蜗壳之间的间隙在低温时容易结冰导致发生冰堵而损坏叶轮、以及电机运行时发热不易散热的缺点。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种车用氢气循环泵的换热系统，所述氢气循环泵包括蜗壳与电机，所述蜗壳设有进气通道和气体蜗道，所述蜗壳在进气通道的出口侧的出口端面与电机的叶轮之间形成环形的间隙，所述叶轮对进气通道送来的氢气进行压缩并送入所述间隙，所述间隙连通所述气体蜗道，

4、所述换热系统包括设置于蜗壳内的蜗壳换热流道，所述蜗壳换热流道包括蜗壳环形流道、与蜗壳环形流道连通的进液流道和出液流道，所述蜗壳设有连通所述进液流道与所述蜗壳外部的蜗壳进液口、和连通所述出液流道与所述蜗壳外部的蜗壳出液口；

5、所述换热系统还包括设置于电机壳内用于对所述电机进行换热的电机换热流道，所述电机换热流道通过连接管与所述蜗壳换热流道进行连通，

6、所述换热系统还包括用于输送冷却液的主管，所述主管末端包括第一三通阀，所述第一三通阀分别连接第一支管和第二支管，所述连接管上设有第二三通阀，所述第一支管连接所述电机换热流道的进液口，所述第二支管连接所述连接管的第二三通阀；在除冰状态下，第一三通阀连通所述主管与所述第二支管，切断主管与第一支管的连通，所述第二三通阀连通所述第二支管与所述连接管中从第二三通阀到靠近所述蜗壳换热流道的一侧，切断连接管分别位于第二三通阀的两侧的两部分的连通；在散热状态下，所述第一三通阀连通所述主管与所述第一支管，切断主管与第二支管的连通，所述第二三通阀连通连接管分别位于第二三通阀的两侧的两部分，切断所述第二支管与所述连接管的连通。

7、作为优选，所述蜗壳环形流道环绕所述进气通道设置且平行于所述间隙。

8、作为优选，所述气体蜗道在蜗壳上部具有出口，所述蜗壳进液口设在所述蜗壳的上侧壁上，所述蜗壳出液口设在所述蜗壳的下侧壁上。

9、作为优选，进液流道开设在蜗壳的壁内，且流道走向为从蜗壳进液口向蜗壳环形流道的方向上向下倾斜，所述出液流道开设在蜗壳的壁内，且流道走向为在从蜗壳环形流道向蜗壳出液口的方向上向下倾斜。

10、作为优选，所述电机换热流道包括环形流道，所述电机换热流道的环形流道绕电机壳的周向延伸，所述电机壳设有与电机换热流道的环形流道相通的进液口和出液口。

11、作为优选，所述电机壳包括内壳和设在所述内壳外部的外壳，所述内壳和外壳的连接处密封，所述电机壳的环形流道由所述内壳的外壁和所述外壳的内壁围合而形成。

12、作为优选，所述电机换热流道包括两个环形流道，电机换热流道的两个环形流道的下端相通，所述电机壳环形流道的进液口与电机壳的其中一个环形流道相通，所述电机壳的出液口与电机壳的另一个环形流道相通。

13、作为优选，所述电机换热流道包括多个环形流道，相邻的两个环形流道的下端相通，所述电机壳的进液口与靠近电机壳一个端部的环形流道相通，所述电机壳的出液口与靠近电机壳另一个端部的环形流道相通。

14、作为优选，所述电机壳的环形流道的内壁设有多条平行的环形的凸起，凸起的延伸方向与环形流道的延伸方向相同，即周向延伸，在电机壳的两个相邻的环形流道相通的位置设置的所述凸起转向延伸至相邻的环形流道与该相邻的环形流道内的凸起连接，或者所述凸起在周向断开形成允许液体通过的缺口。

15、作为优选，所述凸起的截面为三角型，顶角角度为30～120°，相邻的凸起之间的间距为4～12mm。

16、作为优选，所述连接管包括蜗壳进液口连接管、电机侧出液口连接管以及连接所述蜗壳进液口连接管和电机侧出液口连接管的转接管，所述蜗壳进液口连接管与蜗壳的进液口连通，所述电机侧出液口连接管与所述电机壳的出液口连通，所述第二三通阀设置于所述转接管上，所述第一支管通过电机侧进液口连接管连接电机壳的进液口。

17、作为优选，还包括第一压板，所述第一压板包括第一连接孔，所述电机侧进液口连接管的一端穿过所述第一连接孔并通过螺纹与所述电机壳的进液口固定连接，所述电机侧进液口连接管设有台阶，在所述电机侧进液口连接管与所述进液口固定连接的状态下，所述台阶压在第一压板的上表面，将所述第一压板朝所述电机壳的外壁压紧，所述第一压板与所述电机壳之间设有定位套，所述第一压板朝向所述定位套的一侧设有多个定位齿，所述电机壳朝向所述定位套的一侧设有多个定位齿，所述第一压板与所述电机壳通过螺栓固定在一起。

18、作为优选，还包括第二压板，所述第二压板包括第二连接孔，所述电机侧出液口连接管的一端穿过所述第二连接孔并通过螺纹与所述电机壳的出液口固定连接，所述电机侧出液口连接管设有台阶，在所述电机侧出液口连接管与所述出液口固定连接的状态下，所述电机侧出液口连接管的台阶压在第二压板的上表面，将所述第二压板朝所述电机壳的外壁压紧，所述第二压板与所述电机壳之间设有定位套，所述第二压板朝向所述定位套的一侧设有多个定位齿，所述电机壳朝向所述定位套的一侧设有多个定位齿，所述第二压板与所述电机壳通过螺栓固定在一起。

19、作为优选，所述换热系统还包括控制装置和与所述控制装置连接用于感知环境温度的温度传感器，所述控制装置与所述第一三通阀和第二三通阀连接，所述控制装置在接收到温度传感器传输的温度低于0℃时控制所述第一三通阀和第二三通阀进入除冰状态。

20、本发明的一种车用氢气循环泵的换热系统具有以下有益效果：本发明的车用氢气循环泵的换热系统设置了独立于气体通道的蜗壳换热流道，蜗壳换热流道内可流通换热液体对间隙进行加热，使间隙处的冰层熔化，从而消除冰堵，防止叶轮在冰堵的状态下强行运转而损坏。在本发明中，蜗壳为一体铸造而成，铸造完成后蜗壳换热流道和气体通道分别进行气密测试，保证各自的气密特性。本发明的车用氢气循环泵的换热系统通过蜗壳换热流道可在低温环境下进行除冰，通过蜗壳换热流道和电机换热流道在氢气循环泵运行时进行散热。在低于0℃的温度下，冷却液可被发动机加热至0℃以上的温度，在除冰状态下，冷却液依次通过主管、第二支管、连接管、蜗壳换热流道，对蜗壳与叶轮之间的间隙进行加热。在氢气循环泵的运行状态下，电机运行会产生热量，热量会传导至其电机壳，同时叶轮对氢气进行压缩会产生热量，热量传导至蜗壳与电机壳相接的位置，在散热状态下，冷却液依次通过主管、第一支管、电机换热流道、连接管、蜗壳换热流道，对车用氢气循环泵的电机和蜗壳进行散热。因此使用一套管路系统即可方便的同时实现除冰和散热的换热功能。

21、本发明相比其他除冰结构具有体积小，无寄生功耗和低成本的优点；还解决了泵头压气时不断给电机部分传热的问题；同时也开辟了一种新的换热系统结构，该结构布置紧凑，同时适用于除冰和冷却两种工况，结构上简单便利，通用性和可操作性强。