[发明专利]一种氢气循环泵的离心式压气机

说明书

一种氢气循环泵的离心式压气机，包括的蜗壳、叶轮及转接座，叶轮包括叶片、叶片承载盘和密封盘，所述叶片围绕所述叶轮的旋转轴线均匀布置于所述叶片承载盘朝向所述轴向进气口的一端，所述密封盘同轴布置于所述叶片承载盘的另一端；所述密封盘的周向表面设有密封齿，所述密封齿与所述转接座间隙配合形成齿形密封。整体结构紧凑、重量轻、可靠性高、噪音低，且可满足高压比、大流量的工况要求。在弥补了其他形式的氢气循环泵存在的缺陷的基础上，实现非接触式增压，并在考虑增压气动效率的同时，设计除冰加热装置，解决氢气循环泵结冰导致的堵转问题，降低氢气循环泵的控制难度，并提高氢气循环泵的使用寿命。

本发明涉及燃料电池动力系统技术领域，特别是一种氢气循环泵的离心式压气机。

背景技术

氢气和空气(空气中的氧气)供应系统是氢燃料电池的两个关键供气系统，车载高压储氢瓶中的氢气通过减压器和流量控制阀为燃料电池供应氢气。实际上，氢气的实际供应流量比理论数值消耗高1.1至1.5倍，因此为进行更好的氢气管理，一般使用氢气再循环系统将未反应的氢气从阳极废气再循环到燃料电池堆的氢气进入口，实现氢气的循环利用。

目前实现氢气再循环的方式包括喷射器和氢气循环增压泵。喷射器利用高速喷射工作流体产生的压差将喷出的气体不断吸入并再加速喷出，相比氢气循环增压泵，这种装置无移动部件、结构简单、运行可靠，而且无寄生功率。但是为匹配最优化的燃料供应和燃料消耗率，喷射器的气体流入压力控制是一大挑战，特别是在负载变化期间，当负载变化很大时存在燃料供应不足和阳极过压或超压的风险，这增加燃料电池中控制策略的复杂性和难度。

氢气循环增压泵是现有燃料电池动力系统中氢气管理技术的常用选择，其将阳极未反应的氢气增压后再循环到燃料电池，提高能源利用率。目前质子交换膜燃料电池的氢气循环增压泵(即氢气循环泵)可以采用的增压形式包括离心式、凸轮/罗茨、爪式、隔膜式和涡旋式等。

隔膜增压泵和涡旋增压泵只适合小流量的工况，无法满足日益增大的大流量要求，且隔膜增压泵使用寿命较短。故而氢气循环泵目前应用较多的是容积式循环泵，容积式循环泵包括凸轮/罗茨式循环泵和爪式循环泵，需要通过主动转子和从动转子之间的啮合产生压差，实现增压效果，进而将氢气增压输送出去。但是，受氢燃料电池动力系统的特殊工况影响，燃料电池电堆的氢气和氧气反应完成后会产生水，即进入再循环系统的未反应氢气含有饱和湿度，在再循环系统中，由于环境、压力等的变化，会有水汽析出，特别是在增压循环泵工作时产生的低温环境下，析出的水汽会发生结冰现象，使得与氢气接触的转子结构表面形成冰碴，在主动转子和从动转子转动啮合时堵转，造成转子的不可逆损伤，这也是目前爪式增压循环泵和凸轮/罗茨式增压循环泵损坏的最主要原因。此外，罗茨增压泵受结构限制，其能量效率低，在大流量情况下噪声不可避免且非常大。爪式增压泵由于其在无油条件下采用间隙密封的原理，密封性差，极易出现氢气泄漏。

发明内容

本发明提供一种氢气循环泵的离心式压气机，整体结构紧凑、重量轻、可靠性高、噪音低，且实现非接触式增压的基础上满足高压比、大流量的工况要求，并解决氢气循环泵结冰导致的堵转问题，降低氢气循环泵的控制难度，并提高氢气循环泵的使用寿命。

本发明技术方案如下：

一种氢气循环泵的离心式压气机，包括固定连接的蜗壳及转接座，还包括设于所述蜗壳和转接座之内的叶轮；所述蜗壳包括在其中心位置设置的轴向进气口和在其周向设置的切向排气管，所述叶轮包括叶片、叶片承载盘和密封盘，所述叶片围绕所述叶轮的旋转轴线均匀布置于所述叶片承载盘朝向所述轴向进气口的一端，所述密封盘同轴布置于所述叶片承载盘的另一端；所述密封盘的周向表面设有密封齿，所述密封齿与所述转接座间隙配合形成齿形密封。

作为优选，所述叶片为扁片状，其顶部由平滑曲面过渡连接组成，所述蜗壳内部与所述叶轮叶顶轮廓线相匹配之配合面由三段圆弧依次平滑过渡连接组成；且所述蜗壳的配合面与所述叶轮的叶顶轮廓线之间存在间隙；所述蜗壳至少在与所述配合面相对的外表面处贴附有除冰加热装置。