一种能够主动升压和防止结冰的氢循环系统的制作方法

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1.本发明涉及一种能够主动升压和防止结冰的氢循环系统。


背景技术：

2.在燃料电池氢路循环系统中，含氢混合气体内的水蒸气含量很高，湿度很大，在这些含氢混合气体进入燃料电池电堆之前，需要将水蒸气进行分离，现在一般采用分水器，但现有的气水分离器，主要存下以下几方面缺点：一是分水效果差，不能有效的将氢气与水分离，导致大量水进入电堆而产生水淹，造成电堆功率下降，影响燃料电池系统工作的稳定性；二是内部结构过于复杂，含氢混合气体通过时受到的阻力非常大，分水器本身又不具备主动升压功能，造成分水器出气口的气压大大降低，满足不了燃料电池氢路循环的需求；三是分离后的水容易在气水分离器内积攒，温度过低时水会结冰将气水分离器冻结。
3.综上所述，燃料电池分水器的上述问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

4.本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种能够主动升压和防止结冰的氢循环系统，解决了以往的分水效果差导致大量水进入电堆而产生水淹的问题，解决了以往的含氢混合气体通过时受到的阻力大、压降大的问题，解决了以往水在气水分离器内积攒结冰将气水分离器冻结的问题。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种能够主动升压和防止结冰的氢循环系统，包括壳体，所述壳体内安装有封闭式叶轮泵，所述封闭式叶轮泵包括泵壳和叶轮，泵壳的边缘与壳体内壁固连，叶轮通过非接触式驱动结构与壳体外部的驱动电机连接，泵壳上设有叶轮进气口和叶轮出气口，所述叶轮进气口伸至壳体外侧，叶轮出气口位于壳体内侧，所述叶轮用于将含氢混合气体中的液滴通过离心力甩到泵壳内壁进行一级分水并对气体进行主动升压，在电堆系统停机后，驱动电机带动叶轮仍然继续工作，将多余的气体和水滴排出，达到吹扫的效果防止结冰；所述壳体内位于封闭式叶轮泵下方还设有分水结构，所述分水结构用于对气体进行二级分水，壳体上设有排气口。
7.所述非接触式驱动结构包括磁力联轴器，所述磁力联轴器包括外磁转子和内磁转子，外磁转子与驱动电机相连，内磁转子与叶轮轴相连，叶轮轴与叶轮连接。
8.所述非接触式驱动结构包括安装在壳体外侧的驱动电机，驱动电机为盘式电机，盘式电机的定子安装在壳体外侧，转子安装在叶轮上，叶轮通过叶轮轴进行支撑，叶轮轴一端与壳体内壁固连，另一端通过轴承与叶轮连接。
9.所述非接触式驱动结构包括安装在壳体外侧的驱动电机，驱动电机为外转子电机，外转子电机的定子安装在壳体外侧的凹槽内，外转子设在壳体内侧靠近定子外围的位置，外转子安装在叶轮上，叶轮通过叶轮轴进行支撑，叶轮轴一端与壳体内壁固连，另一端通过轴承与叶轮连接。
10.所述叶轮进气口和叶轮出气口并排设在泵壳的底部。
11.所述驱动电机设有控制器，用于控制驱动电机转速。
12.所述分水结构包括挡板式分水结构、旋涡式分水结构或旋风式分水结构。
13.所述排气口设有压力传感器。
14.所述壳体内通过隔板分隔成上侧的分水腔和下侧的储水腔，主动封闭式叶轮结构和分水结构都位于分水腔内，所述隔板上设有若干将分水腔和储水腔相连通的通孔，所述储水腔设有排水电磁阀。
15.所述叶轮为金属材质或非金属材质。
16.本发明采用上述方案，具有以下优点：
17.通过在壳体内安装封闭式叶轮泵，一方面可将含氢混合气体中的液滴通过离心力甩到泵壳内壁进行分水，增强分水效果，能有效的将氢气与水分离，避免大量水进入电堆而产生水淹；另一方面可对叶轮出气口的气体进行主动升压，保证了排气口的气体压力，满足了燃料电池氢路循环的需求；第三方面在电堆系统停机后，封闭式叶轮泵仍然继续工作，将多余的气体和水滴排出，达到吹扫的效果防止结冰。
附图说明：
18.图1为本发明的结构示意图。
19.图2为本发明的非接触式驱动结构为磁力联轴器的侧向剖视结构示意图。
20.图3为图2的左向剖视结构示意图。
21.图4为本发明的非接触式驱动结构为盘式电机的侧向剖视结构示意图。
22.图5为本发明的非接触式驱动结构为外转子电机的侧向剖视结构示意图。
23.图6为本发明图4或图5中封闭式叶轮泵的侧向结构示意图。
24.图中，1、壳体，2、泵壳，3、叶轮，4、叶轮轴，5、叶轮进气口，6、叶轮出气口，7、分水结构，8、排气口，9、定子，10、转子，11、驱动电机，12、控制器，13、隔板，14、轴承，15、外磁转子，16、内磁转子，17、外转子。
具体实施方式：
25.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
26.如图1-3所示，一种能够主动升压和防止结冰的氢循环系统，包括壳体1，所述壳体1内安装有封闭式叶轮泵，所述封闭式叶轮泵包括泵壳2和叶轮3，泵壳2的边缘与壳体1内壁固连，叶轮3通过非接触式驱动结构与壳体1外部的驱动电机11连接，泵壳2上设有叶轮进气口5和叶轮出气口6，所述叶轮进气口5伸至壳体1外侧，叶轮出气口6位于壳体1内侧，所述叶轮3用于将含氢混合气体中的液滴通过离心力甩到泵壳2内壁进行一级分水并对气体进行主动升压，在电堆系统停机后，驱动电机11带动叶轮3仍然继续工作，将多余的气体和水滴排出，达到吹扫的效果防止结冰；所述壳体1内位于封闭式叶轮泵下方还设有分水结构7，所述分水结构7用于对气体进行二级分水，壳体1上设有排气口8。
27.所述非接触式驱动结构包括磁力联轴器，所述磁力联轴器包括外磁转子15和内磁转子16，外磁转子15与驱动电机11相连，内磁转子16与叶轮轴4相连，叶轮轴4与叶轮3连接。
磁力联轴器的设置，无需在壳体1上开孔，就可实现电机11驱动叶轮3的旋转，保证了壳体1的密封性。
28.如图4所示，所述非接触式驱动结构包括安装在壳体1外侧的驱动电机11，驱动电机11为盘式电机，盘式电机的定子9安装在壳体1外侧，转子10安装在叶轮3上，叶轮3通过叶轮轴4进行支撑，叶轮轴4一端与壳体1内壁固连，另一端通过轴承14与叶轮3连接。盘式电机的设置，无需在壳体1上开孔，就可实现电机的定子9驱动转子10、转子10带动叶轮3的旋转，保证了壳体1的密封性。
29.如图5所示，所述非接触式驱动结构包括安装在壳体1外侧的驱动电机11，驱动电机11为外转子电机，外转子电机的定子9安装在壳体1外侧的凹槽内，外转子17设在壳体1内侧靠近定子9外围的位置，外转子17安装在叶轮3上，叶轮3通过叶轮轴4进行支撑，叶轮轴4一端与壳体1内壁固连，另一端通过轴承14与叶轮3连接。外转子电机的设置，无需在壳体1上开孔，就可实现电机的定子9驱动外转子17、外转子17带动叶轮3的旋转，保证了壳体1的密封性。
30.如图6所示，所述叶轮进气口5和叶轮出气口6并排设在泵壳2的底部，泵壳2内的水可从叶轮出气口6向下排出，避免水在泵壳2内积攒。
31.所述驱动电机11设有控制器12，用于控制驱动电机11转速。
32.所述分水结构7包括挡板式分水结构、旋涡式分水结构或旋风式分水结构。
33.所述排气口8设有压力传感器。通过控制器12对驱动电机11的转速进行控制，根据压力传感器可判定流量大小，从而调节转速，可调节气体流速，对小流量分水器也能达到高分离的效果。且在电堆系统停机后，驱动电机11仍然继续工作，将多余的气体和水滴排出，达到吹扫的效果防止结冰。
34.所述壳体1内通过隔板13分隔成上侧的分水腔和下侧的储水腔，主动封闭式叶轮结构和分水结构7都位于分水腔内，所述隔板13上设有若干将分水腔和储水腔相连通的通孔。将分离后的水储存在储水腔内，可尽最大程度避免分水腔内的含氢混合气体与储水腔内的水接触，避免含氢混合气体将底部水向外携带，增强了气水分离效果。
35.所述储水腔设有排水电磁阀，根据压力传感器的信号，待压力很低时，将排水电磁阀打开，排空水分，防止排水电磁阀结冰。
36.所述叶轮3为金属材质或非金属材质。
37.工作原理：
38.含氢混合气体从叶轮进气口5进入泵壳2内部之后，启动驱动电机11，当采用磁力联轴器时，驱动电机11经磁力联轴器带动叶轮3高速旋转，当采用盘式电机时，盘式电机的定子9通电后带动转子10转动，转子10再带动叶轮3高速旋转，当采用外转子电机时，外转子电机11的定子9通电后带动外转子17转动，外转子17再带动叶轮3高速旋转；叶轮3一方面可将含氢混合气体中的液滴通过离心力甩到泵壳2内壁进行一级分水，水被分离后从叶轮出气口6排出向下流经隔板13上的通孔进入储水腔；叶轮3另一方面可对叶轮出气口6的气体进行主动升压，保证了排气口8的气体压力，满足了燃料电池氢路循环的需求。从叶轮出气口6排出的气体再经过分水结构7进行二级分水，水同样流经隔板13上的通孔进入储水腔，增强了分水效果，能有效的将氢气与水分离，避免大量水进入电堆而产生水淹。
39.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人
员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
40.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。