[发明专利]集成化氢燃料电池反应系统

说明书

本发明涉及一种集成化氢燃料电池反应系统。一种集成化氢燃料电池反应系统，其特征在于包括电堆，所述电堆的两端分别设置有端板，至少其中一个端板上固定有磁悬浮氢气循环泵，所述电堆具有氢气入口和氢气出口，所述磁悬浮氢气循环泵的进气端与所述氢气出口连通，所述磁悬浮氢气循环泵的出气端与所述氢气入口连通。本发明能实现氢气循环泵小型化，能使氢气循环泵集成在氢燃料电池上，以使本发明具有占用空间更小、使用时更为稳定的优点。

技术领域

本发明涉及一种集成化氢燃料电池反应系统。

背景技术

基于质子交换膜的氢燃料电池电堆技术，氢燃料电池的阳极供氢气，阴极供氧气，经过氢燃料电池的催化转换发生电化学反应产生电能以及水。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排出，氢燃料电池就能连续地发电。氢燃料电池必然包括氢气氧气供给系统，其中氢气供给系统往往采用循环供给，高压氢气降压后输入电堆，经过反应后的剩余氢气经过氢气循环泵送回阳极，同时还可以将电堆中反应生产的水和反渗到阳极的杂质气体带出。

具有氢燃料反应系统的新能源车，其氢气循环泵占用空间较大，降低了氢燃料电池的能量密度，且氢气循环泵与电堆间集成度不高通过送气管路连接，交错的送气管路使得氢燃料电池结构更复杂，可靠性较差，同时送气管路占用较大空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积更小的集成化氢燃料电池反应系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种集成化氢燃料电池反应系统，包括电堆，所述电堆的两端分别设置有端板，至少其中一个端板上固定有磁悬浮氢气循环泵，所述电堆具有氢气入口和氢气出口，所述磁悬浮氢气循环泵的进气端与所述氢气出口连通，所述磁悬浮氢气循环泵的出气端与所述氢气入口连通。

本发明通过采用磁悬浮氢气循环泵，能使电机转子轴和叶轮能以超高速进行转动，能使电堆实现较高的能量密度，使得氢气循环部分与电堆一体化成为可能。本发明通过使电堆与磁悬浮氢气循环泵一体化设置，以达到体积更小占用空间更小，结构更为简单，使用可靠性高，能提高氢燃料电池能量密度。

作为优选，所述氢气入口和氢气出口均设置于端板上，所述端板上设有第一通道和第二通道，所述磁悬浮氢气循环泵通过第一通道与氢气入口连通，所述磁悬浮氢气循环泵通过第二通道与氢气出口连通。

磁悬浮氢气循环泵集成在端板上，不需要对电堆其它结构设计进行更改。第一通道和第二通道均设置在端板上，构成第一通道和第二通道的管路独立的管路，能使氢燃料电池结构更为简单。其中，第一通道和第二通道可以设置在端板内部，也可以设置在端板表面。

作为优选，所述磁悬浮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，又能实现磁悬浮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。