[发明专利]氢气循环泵

说明书

本发明涉及一种氢气循环泵。一种氢气循环泵，包括泵壳和位于泵壳内部的转动组件，泵壳由冷却机壳和蜗壳组成，所述冷却机壳和蜗壳共同构成一个用于容设转动组件并与外界密封的内腔，冷却机壳和蜗壳之间气相相通，所述转动组件包括转子轴和叶轮，所述转动组件通过磁悬浮轴承与泵壳间形成悬浮支撑；工作时，所述内腔充满工作介质，转动组件悬浮在工作介质中。本发明具有结构简单、能实现氢气密封，能提高转子轴转速以保证对氢气的增压功能，从而能实现小型化的优点。

技术领域

本发明涉及一种氢气循环泵。

背景技术

氢燃料电池系统需要集成氢气循环系统，将燃料电池电堆里面未反应的氢气导出，经过过滤加压后重新导入氢燃料电池电堆与新鲜氢气一起参与反应，该过程中即可以将电堆中堆积的水分和杂质导出，也可以湿润新导入的氢气。目前主要采用氢气循环泵或引射器将这部分氢气增压后再次送入燃料电池使用。

离心式氢气循环泵的工作效率高、流量大，但是需要的转速更高。相比于空气，氢气更难压缩，离心式氢气循环泵必须达到较高的转速才能对氢气实现有效压缩，因此离心式氢气循环泵还需要面临氢气环境中高转速下的轴承支撑问题。氢气循环泵的叶轮处于氢气和水蒸气的环境下，电机转子轴由机械轴承进行支撑，水蒸气会导致机械轴承润滑油的泄露，不仅影响电机寿命还会污染氢气环境。因此常规机械轴承必须解决润滑油的密封问题，否则无法保证在极高转速情况下的正常使用。。

申请号为201820734220.0的中国专利公开了一种全屏蔽式高速离心氢气循环泵，采用屏蔽套筒的方式进行隔氢密封，但是存在结构复杂，加工难的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、能实现氢气密封，且还能提高转速以保证对氢气的增压功能，从而能实现小型化的氢气循环泵。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种氢气循环泵，包括泵壳和位于泵壳内部的转动组件，泵壳由冷却机壳和蜗壳组成，所述冷却机壳和蜗壳共同构成一个用于容设转动组件并与外界密封的内腔，冷却机壳和蜗壳之间气相相通，所述转动组件包括转子轴和叶轮，所述转动组件通过磁悬浮轴承与泵壳间形成悬浮支撑；工作时，所述内腔充满工作介质，转动组件悬浮在工作介质中。

冷却机壳内腔与蜗壳内腔直接连通，不需要再做转子轴与蜗壳处的动密封，只需要做好泵壳与外界的密封，便能实现氢气密封，避免氢气泄漏。本发明采用磁悬浮轴承支撑叶轮的旋转，磁悬浮轴承没有机械轴承的转速限制，不再需要机械轴承支撑，也就没有了机械轴承所需要面对的润滑、密封问题，氢气不会受润滑油污染，还能实现转子轴的高速转动。相比于爪式氢气循环泵，本发明既能保证对氢气的增压效果，结构简单，又能实现氢气循环泵的小型化。

其中，磁悬浮轴承能很大程度上隔绝电机定子部分和转子部分的振动传递，噪声小、可靠性高、寿命更长；同时带有主动控制的磁悬浮轴承相比于其他气动轴承这种被动的非接触轴承还可以实现更多的电机主动控制和转轴状态反馈。其中，氢气进入冷却机壳内，还能对转动组件进行冷却。

作为优选，所述蜗壳套设在冷却机壳端部外侧，所述冷却机壳偏离端部处设有向周向外侧延伸的外限位部，所述蜗壳位于所述外限位部轴向侧。蜗壳与冷却机壳间可采用各种各样的密封方式，比如胶水密封、密封圈密封等。其中，由于蜗壳端部套设在冷却机壳端部外并固定，蜗壳不会相对冷却机壳做径向移动，能保证叶轮与蜗壳内壁间的有效避让空间，避免叶轮在电机部分通电启动后上浮以与蜗壳接触。其中，外限位部用于对蜗壳进行限位，从而保证蜗壳的进出气口与叶轮间处于设定位置，并能避免叶轮在电机部分通电后被转子轴带动上浮以与蜗壳内壁接触碰撞。其中，外限位部不仅用于限位，还可以用于与蜗壳的紧固件固定。

作为优选，所述磁悬浮轴承包括径轴一体磁悬浮轴承和径向磁悬浮轴承，所述径向磁悬浮轴承位于转子轴的轴伸端，径轴一体磁悬浮轴承位于转子轴的非轴伸端。通过径轴一体磁悬浮轴承保持转动组件的三个自由度，通过径向磁悬浮轴承保证转动组件的两个自由度。