[发明专利]一种自动换向摆动气缸式气体循环泵

说明书

本发明涉及一种自动换向摆动气缸式启动循环泵，包括缸径不同的两个摆动叶片式气缸，两个气缸的叶片同步旋转摆动；大、小叶片同角度设置，将各自气缸分为两个扇形腔体；小气缸集成设有换向阀，大气缸集成设有换向阀或整流阀，大气缸对外设有大气缸进气口、大气缸排气口，小气缸对外设有小气缸进气口、小气缸排气口；小气缸进气口与高压氢气源连通，小气缸与大气缸出气口合并后与电堆进氢口上游的稳压阀连接，大气缸进气口与电堆的排氢口连接。本发明可以实现在不消耗额外能量的情况下驱动氢气在电堆内循环流动，在叶片行程末气体换向机构不需要电磁驱动，整个系统为纯机械式结构简单可靠，结构紧凑轻巧,整个循环泵系统对外不需要动密封。

技术领域

本发明涉及一种气动循环泵，具体来说，是一种自动换向摆动气缸式气体循环泵。

背景技术

质子交换膜燃料发动机系统是一种发电装置，它通过电化学反应将燃料(通常是氢气或甲醇)中的化学能直接转换成电能。与传统的发电装置不同，它不需将燃料中的化学能先转换成热能，然后再转换成电能。因此，与传统的发电装置相比燃料电池具有能量转换效率高，污染物排放少的显著优点。

为了保证质子传导膜燃料电池系统(简称PEMFCS)持续正常工作，需要及时将凝结于电堆阳极界面的液态水和杂质气体排出。现有的PEMFCS通常采取间歇排氢或电动气泵驱动的办法来实现电堆内的氢气流动，从而让流动的氢气将水和杂质气体带出电堆外。对于燃料电池汽车而言，电堆向外排氢气既浪费燃料损失的H2燃料多达5％，又有安全隐患，还会造成电堆内部压力波动，影响膜电极的使用寿命；以电动气泵来实现氢气循环流动则需要消耗电能，同时还会产生难以消除的噪声和震动，影响整车燃料经济性、安全性、舒适性。目前不消耗额外能源的氢循环泵主要有文丘里管式和往复活塞式循环泵。其中往复活塞式气动循环泵相比文丘里管式循环泵能在更宽的工况范围内实现较高的氢气循环效率，特别是低载工况下的循环效率。

现有的往复活塞式启动循环泵，换向阀必须设置在气缸外部，换向阀对外密封的要求较高、难度较大，结构复杂；需要外部电源(电磁线圈驱动阀芯)，活塞的惯性力较大，运行平稳性有待提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动换向摆动气缸式气体循环泵，将换向阀集成在气缸内部、摒弃电磁线圈驱动阀芯的方案采用永磁体，彻底摆脱对外电力的依赖，结构高度集成，并且将换向阀集成在气缸内部可大大降低换向阀对外的密封要求。使整个循环泵系统中所有的运动件对外均无密封要求，整个系统对外只存在静密封。

本发明采取以下技术方案：

一种自动换向摆动气缸式启动循环泵，包括缸径不同的两个摆动叶片式气缸，两个气缸的叶片同步旋转摆动；大气缸的转动轴上设有大叶片3、小气缸的转动轴上设有小叶片4，大、小叶片同角度设置，将各自气缸分为两个扇形腔体；所述小气缸集成设有换向阀，大气缸集成设有换向阀或整流阀，大气缸对外设有大气缸进气口8、大气缸排气口9，小气缸对外设有小气缸进气口10、小气缸排气口11；所述小气缸进气口10与高压氢气源连通，小气缸与大气缸出气口合并后与电堆进氢口上游的稳压阀连接，大气缸进气口8与电堆的排氢口连接。

进一步的，所述两位四通换向阀集成在气缸内部，阀芯位设有铁磁性材料，大小叶片上均固定设有永磁体5，当叶片摆动到行程末时叶片上的永磁体将阀芯吸引至下一个工作位置，使叶片两边的气流作用方向反转。

进一步的，所述换向阀采用两位四通换向阀或两位五通换向阀，采用两位五通换向阀时，所述大、小气缸上对应的气孔数量为3个。

再进一步的，所述大、小气缸各设有1个扇形隔离块，扇形隔离块与大、小叶片一起将各自气缸分为两个扇形腔体；所述扇形隔离块同时作为与换向阀阀芯配合的阀体。