专利名称：一种磁力驱动的燃料电池氢气循环风机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种磁力驱动的燃料电池氢气循环风机。
背景技术：
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达
阳极反应阴极反应在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池可用作车、船等运载工具的动力系统，又可用作移动式、固定式的发电装置。
目前典型的燃料电池发电系统，包括燃料电池堆，储氢瓶或其他储氢装置，减压阀，空气过滤虑装置，空气压缩供应装置，氢气水-汽分离器，空气水-汽分离器，水箱，冷却水循环泵，冷却水散热器，氢循环泵，氢气增湿装置，空气增湿装置。
加拿大Ballard power system公司的燃料电池氢气采用高压方式运行，需采用一种容积压缩型的压机装置，如氢、模片泵、涡旋式压缩机等，使得燃料电池氢入口与氢出口的压力差ΔP大于0.1～0.5个标准大气压，达到燃料电池中未反应的过量氢气循环回来。
上海神力公司曾发明了一种适合低压运行的氢气压缩装置。该装置是一种管路循环风机，允许氢气进入燃料电池入口与燃料电池氢出口的压力差较低，为0.01～0.2个标准大气压。该管路风机的特点为①不会出现氢气泄漏状况；②转速可以调控，噪声低；③功率小；④管路风机内部是旋转叶轮，快速旋转后带动氢气等流体快速流动并达到氢气压缩循环流动效果。
但是，随着燃料电池技术的不断发展，管路风机氢气循环装置必须达到以下技术要求①能耐受氢气压力；②抗腐蚀；③由高效率的电机驱动；④绝对无泄漏。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了达到上述管路风机氢气循环装置技术要求而提供一种磁力驱动的燃料电池氢气循环风机。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种磁力驱动的燃料电池氢气循环风机，其特征在于，包括陶瓷轴承、叶轮、氢气进口、氢气出口、磁缸、涡壳、磁环罩和无刷电动机；所述的叶轮由陶瓷轴承驱动，叶轮通过陶瓷轴承与磁缸相连；所述的磁缸截面积比涡壳小，磁缸、叶轮和陶瓷轴承封装在涡壳内；所述的氢气进口、氢气出口位于涡壳上，氢气进口与燃料电池堆的氢气出管路相连，氢气出口与燃料电池堆的氢气进管路相连；所述的无刷电动机与磁环罩相连。
所述的叶轮、轴承和磁缸采用抗腐蚀材料。
所述的涡壳封装材料是耐高压力的不锈钢合金金属或高强度的工程塑料。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点1.磁缸、叶轮及陶瓷轴承都封装在叶轮涡壳内，封装材料是耐高压力的不锈钢合金金属或高强度的工程塑料，能耐氢气压力，绝对不会泄漏。
2.整体封装的涡壳上有氢气进、出两口，与燃料电池堆的氢气出、进管路相连，不会发生泄漏。
3.叶轮、轴承与磁缸采用抗腐蚀合金金属或高强度工程材料，耐腐蚀。
4.磁环罩由无刷电机驱动，可以调速，功率低、效率高、噪声低。
5.磁环罩与涡壳不直接接触，不产生摩擦，功耗小、噪声低。
图1为本实用新型的磁力驱动的燃料电池氢气循环风机结构示意图；图2为本实用新型的磁力驱动的燃料电池氢气循环风机叶轮正视图；图3为一个50KW燃料电池发动机工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
如图1，2所示，一种磁力驱动的燃料电池氢气循环风机，包括陶瓷轴承1、叶轮2、氢气进口3、氢气出口4、磁缸5、涡壳6、磁环罩7和无刷电动机8。
所述的叶轮2由陶瓷轴承1驱动，叶轮2通过陶瓷轴承1与磁缸5相连。所述的磁缸5截面积比涡壳6小，磁缸5、叶轮2和陶瓷轴承1封装在涡壳6内。所述的氢气进口3、氢气出口4位于涡壳6上，氢气进口3与燃料电池堆的氢气出管路相连，氢气出口4与燃料电池堆的氢气进管路相连。所述的磁环罩7由无刷电动机8带动旋转，并驱动磁缸5旋转。所述的叶轮2、陶瓷轴承1和磁缸5采用抗腐蚀材料。所述的涡壳6封装材料是耐高压力的不锈钢合金金属或高强度的工程塑料。
如图3所示，一个50KW燃料电池发动机包括储氢瓶1’，减压阀2’，燃料电池堆3’，氢气水汽分离器4’，氢气循环风机5’，压力计6’。氢气循环风机由200W电机驱动，直径10cm，总重5kg，转速0～4000转/分钟；叶轮材料是不锈钢，可产生燃料电池氢入口与氢出口的压力差ΔP为0.1atm，氢气流量为150L/min，可保证50KW燃料电池发动机非常稳定、可靠地运行。
权利要求1.一种磁力驱动的燃料电池氢气循环风机，其特征在于，包括陶瓷轴承、叶轮、氢气进口、氢气出口、磁缸、涡壳、磁环罩和无刷电动机；所述的叶轮由陶瓷轴承驱动，叶轮通过陶瓷轴承与磁缸相连；所述的磁缸截面积比涡壳小，磁缸、叶轮和陶瓷轴承封装在涡壳内；所述的氢气进口、氢气出口位于涡壳上，氢气进口与燃料电池堆的氢气出管路相连，氢气出口与燃料电池堆的氢气进管路相连；所述的无刷电动机与磁环罩相连。
专利摘要本实用新型涉及一种磁力驱动的燃料电池氢气循环风机，包括陶瓷轴承、叶轮、氢气进口、氢气出口、磁缸、涡壳、磁环罩和无刷电动机。与现有技术相比，本实用新型具有密封好、耐腐蚀、功率低、效率高、噪声低等优点。
文档编号H01M8/04GK2891307SQ20052004560
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月12日 优先权日2005年10月12日
发明者胡里清, 夏建伟, 章波, 付明竹 申请人:上海神力科技有限公司