一种叶片式氢气循环泵
阅读说明：本技术 一种叶片式氢气循环泵 (Vane type hydrogen circulating pump ) 是由 陈鑫洋 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及汽车氢燃料电池技术领域,且公开了一种叶片式氢气循环泵,包括泵盖,所述泵盖上固定连接有加热器,所述加热器为片状半导体加热器或ptc加热器,所述泵盖的内部转动连接有叶轮,所述泵盖的右侧设有前端盖,所述前端盖与所述泵盖之间设有第一密封件,所述泵盖的左侧设置有进气口和出气口,所述泵盖沿中心轴向的设有第一环形流道腔和密封凹槽结构；本发明中,采用水封和气隙贯流循环水技术,整个电机转子沉浸在冷却水中,有水封的设计,水又不会进入氢泵压缩腔,可防止氢气进入电机内,避免造成爆炸、氢脆和腐蚀等后果,同时起着冷却和润滑作用。尤其是有利于永磁转子的冷却,避免高温退磁。(The invention relates to the technical field of automobile hydrogen fuel cells, and discloses a blade type hydrogen circulating pump which comprises a pump cover, wherein a heater is fixedly connected to the pump cover, the heater is a sheet semiconductor heater or a ptc heater, an impeller is rotatably connected inside the pump cover, a front end cover is arranged on the right side of the pump cover, a first sealing element is arranged between the front end cover and the pump cover, an air inlet and an air outlet are arranged on the left side of the pump cover, and a first annular flow passage cavity and a sealing groove structure are arranged on the pump cover along the central axial direction; in the invention, a water seal and air gap through-flow circulating water technology is adopted, the whole motor rotor is immersed in cooling water, the water seal design is adopted, water cannot enter a hydrogen pump compression cavity, hydrogen can be prevented from entering the motor, the consequences of explosion, hydrogen embrittlement, corrosion and the like are avoided, and the cooling and lubricating effects are realized. In particular, the cooling of the permanent magnet rotor is facilitated, and the high-temperature demagnetization is avoided.)
技术领域
本发明涉及汽车氢燃料电池技术领域，具体为一种叶片式氢气循环泵。
背景技术
为了保证质子交换膜燃料电池稳定高效运行，避免产生干膜和水淹现象，尾排间歇排放能确保发动机系统的氢气利用率保持在一个较高水平。通常采用氢气再循环的方法，即通过氢气循环泵，把氢气循环起来，用氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离器将液态水分离排除系统，再将未反应的氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对补充的新鲜氢气进行加湿，保证质子交换膜的水平衡。
目前国内燃料电池系统多采用进口国外小型爪式或罗茨氢气循环泵，内部均采用齿轮传动结构，需要添加润滑油。但是氢气循环泵在实际使用过程中，随着油封磨损，漏油的风险一直都存在，只要氢气循环泵中的油有微量的泄漏，就会导致燃料电池的电堆损坏。在低温环境，停车后易出现结冰难启动等问题；同时在长期运行过程中，不能充分的给电机和控制器散热，这些“缺陷”都限制了现有氢气再循环泵的应用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种叶片式氢气循环泵，采用水封和气隙贯流循环水技术，整个电机转子沉浸在冷却水中，有水封的设计，水又不会进入氢泵压缩腔，可防止氢气进入电机内，避免造成爆炸、氢脆和腐蚀等后果，同时起着冷却和润滑作用。尤其是有利于永磁转子的冷却，避免高温退磁。该类型泵相对罗茨等容积式泵取消了现有的传动齿轮结构，不需要润滑油，从根本上解决了润滑油泄露，避免了燃料电池电堆因润滑油进入氢气中而被污染损坏；泵盖设置片状半导体加热器或ptc加热器，在低温环境，停车后结冰也好启动，同时该结构大幅提高电机本体及控制器散热，降低低噪音。解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种叶片式氢气循环泵，包括泵盖，所述泵盖上固定连接有加热器，所述加热器为片状半导体加热器或ptc加热器，所述泵盖的内部转动连接有叶轮，所述泵盖的右侧设有前端盖，所述前端盖与所述泵盖之间设有第一密封件，所述泵盖的左侧设置有进气口和出气口，所述泵盖沿中心轴向的设有第一环形流道腔和密封凹槽结构，所述密封凹槽到所述泵盖中心的距离小所述第一环形流道腔到所述泵盖中心的距离，所述前端盖沿中心轴向的设有第二环形流道腔，且所述第二环形流道腔与所述第一环形流道腔组成完整的环形流道腔，所述完整的环形流道腔将所述叶轮的叶片包裹在所述环形流道腔内，所述前端盖靠近电机侧设置有安装座，所述安装座内过盈压入水封，所述前端盖的右侧安装有泵体，所述泵体外表面散布多条圆周形散热翅片，所述泵体与所述前端盖对接处设有第二密封件，所述泵体的内部同轴设置前轴承安装座，所述前轴承安装座的内部安装有前轴承，所述泵体内部右侧设置有金属屏蔽套安装槽，所述金属屏蔽套安装槽的内部安装有金属屏蔽套，所述泵体内布置有主轴，所述主轴穿过所述前端盖并与所述叶轮相连接，所述主轴上安装有永磁同步电机，所述主轴的外部右侧套设有后轴承和波形弹簧，所述泵体的后方固定连接有后端盖，所述后端盖与所述泵体之间设有第三密封件，所述后轴承和所述波形弹簧设置于所述后端盖内，所述金属屏蔽套一端与所述后端盖激光焊接连接，所述金属屏蔽套另一端插入带有耐高温密封胶的泵体7的安装槽中，所述泵体的上端固定连接有控制器盒体，所述控制器盒体和所述泵体之间设置有橡胶隔热件，所述控制器盒体的上方设有控制器盒体上盖，所述控制器盒体上盖的上表面固定连接有多处散热翅片，所述控制器盒体上盖和所述控制器盒体之间设置有第四密封件，所述控制器盒体的内部安装有驱动控制板。
优选的，所述进气口和所述出气口设置在所述泵盖最低点。
优选的，所述叶轮沿中心轴向设有凸台，所述凸台嵌入所述密封凹槽结构，并且所述凸台和所述密封凹槽结构之间留有适当的间隙。
优选的，所述永磁同步电机包括设置在所述主轴上的转子铁芯和环绕所述转子铁芯的定子，所述定子包括定子铁芯和包覆在所述定子铁芯外部的灌胶体。
优选的，所述橡胶隔热件的形状与所述控制器盒体端面形状相匹配，且所述橡胶隔热件的轴向横截面积大于与所述控制器盒体端面配合面的轴向横截面积。
优选的，所述驱动控制板的上表面与所述控制器盒体上盖的内部上表面相接触。
(三)有益效果
本发明提供了一种叶片式氢气循环泵，具备以下有益效果：
本发明中，采用水封和气隙贯流循环水技术，整个电机转子沉浸在冷却水中，有水封的设计，水又不会进入氢泵压缩腔，可防止氢气进入电机内，避免造成爆炸、氢脆和腐蚀等后果，同时起着冷却和润滑作用。尤其是有利于永磁转子的冷却，避免高温退磁。该类型泵相对罗茨等容积式泵取消了现有的传动齿轮结构，不需要润滑油，从根本上解决了润滑油泄露，避免了燃料电池电堆因润滑油进入氢气中而被污染损坏；泵盖设置片状半导体加热器或ptc加热器，在低温环境，停车后结冰也好启动，同时该结构大幅提高电机本体及控制器散热，降低低噪音。
附图说明
图1为本发明剖视图；
图2为本发明剖视图。
图3是正面立体结构示意图。。
图中：1、泵盖；2、叶轮；3、加热器；4、主轴；5、水封；6、前端盖；7、泵体；8、第二密封件；9、第一密封件；10、进水口；11、前轴承；12、转子；13、定子；14、后端盖；15、第三密封件；16、出水口；17、后轴承；18、波形弹簧；19、金属屏蔽套；20、控制器盒体；21、第四密封件；22、驱动控制板；23、控制器盒体上盖；24、橡胶隔热件；101、进气口；102、出气口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：一种叶片式氢气循环泵，包括泵盖1，泵盖1上固定连接有加热器3，加热器3为片状半导体加热器或ptc加热器，泵盖1的内部转动连接有叶轮2，泵盖1的右侧设有前端盖6，前端盖6与泵盖1之间设有第一密封件9，泵盖1的左侧设置有进气口101和出气口102，泵盖1沿中心轴向的设有第一环形流道腔和密封凹槽结构，密封凹槽到泵盖1中心的距离小第一环形流道腔到泵盖1中心的距离，前端盖6沿中心轴向的设有第二环形流道腔，且第二环形流道腔与第一环形流道腔组成完整的环形流道腔，完整的环形流道腔将叶轮2的叶片包裹在环形流道腔内，前端盖6靠近电机侧设置有安装座，安装座内过盈压入水封5，前端盖6的右侧安装有泵体7，泵体7外表面散布多条圆周形散热翅片，泵体7与前端盖6对接处设有第二密封件8，泵体7的内部同轴设置前轴承安装座，前轴承安装座的内部安装有前轴承11，泵体7内部右侧设置有金属屏蔽套安装槽，金属屏蔽套安装槽的内部安装有金属屏蔽套19，泵体7内布置有主轴4，主轴4穿过前端盖6并与叶轮2相连接，主轴4上安装有永磁同步电机，主轴4的外部右侧套设有后轴承17和波形弹簧18，泵体7的后方固定连接有后端盖14，后端盖14与泵体7之间设有第三密封件15，后轴承17和波形弹簧18设置于后端盖14内，金属屏蔽套19一端与后端盖14激光焊接连接，金属屏蔽套19另一端插入带有耐高温密封胶的泵体7的安装槽中，泵体7的上端固定连接有控制器盒体20，控制器盒体20和泵体7之间设置有橡胶隔热件24，控制器盒体20的上方设有控制器盒体上盖23，控制器盒体上盖23的上表面固定连接有多处散热翅片，控制器盒体上盖23和控制器盒体20之间设置有第四密封件21，控制器盒体20的内部安装有驱动控制板22，泵体7为导热性能好的的金属材料制成，前轴承11为陶瓷轴承或水润滑轴承，波形弹簧18起调整轴承游隙作用，抑制电机低频轴向振动和相应的低频噪声作用，控制器盒体20及控制器盒体上盖23为导热性好的金属材料制成，控制器盒体20与泵体7之间设置有一定的距离，防止泵体7的热量传导到控制器盒体20，同时增大控制器盒体20与空气接接触面积，利于散热。
本实施例中，氢气循环泵运行时，冷却液通过进水口10，依次流经水封5、前轴承11、金属屏蔽套19与转子12的间隙、后轴承17，最后经后端盖14腔体处沿出水口16流出，完成电机的散热。
在循环泵中，使用叶轮2设计，其结构设计合理，取消了现有的传动齿轮结构，不需要润滑油，从根本上解决了润滑油泄露的问题，避免了燃料电池电堆因润滑油进入氢气中而污染损坏的问题。
在循环泵中，在其泵盖1设置片状半导体加热器或ptc加热器，解决了在低温环境，停车后易出现结冰难启动的问题。
在循环泵中，电机采用金属屏蔽式结构，把传统水封技术应用于氢气循环泵中，有效的把氢气和水或冷却液隔离，既能保证氢气的密封泄露，又能大幅提高电机本体散热，降低低噪音，提高了电机的性能。
在循环泵中，控制器与电机采用隔热设计，同时增大控制器的有效散热面积，而提高电机的性能。
进一步的，进气口101和出气口102设置在泵盖1最低点。
进一步的，叶轮2沿中心轴向设有凸台，凸台嵌入密封凹槽结构，并且凸台和密封凹槽结构之间留有适当的间隙，能够避免磨损。
进一步的，永磁同步电机包括设置在主轴4上的转子12和环绕转子12的定子13，定子13包括定子13铁芯和包覆在定子13铁芯外部的灌胶体。
进一步的，橡胶隔热件24的形状与控制器盒体20端面形状相匹配，且橡胶隔热件24的轴向横截面积大于与控制器盒体20端面配合面的轴向横截面积。
进一步的，驱动控制板22的上表面与控制器盒体上盖23的内部上表面相接触。
综上可得，本发明的工作流程：氢气循环泵在低温使用时，内部会有水汽结冰，在启动的一瞬间导致冰与叶片相撞的损坏问题，进气口101和出气口102设置在泵盖1最低点，使氢气循环泵停机时微量的水汽通过自重沿着流道流置进气口101和出气口102最低点的存水槽中，停机结冰时避免碰到叶轮2，再次启动氢气循环泵前，先启动加热器3给流道腔内介质加热，流道腔内的冰被融化，最后随着氢气排出循环泵，以此来循环使用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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