專利名稱：一種磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)
陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的流體孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通?？赏ㄟ^直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池可用作車、船等運(yùn)載工具的動力系統(tǒng)，又可用作移動式、固定式的發(fā)電裝置。
目前典型的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料電池堆，儲氫瓶或其他儲氫裝置，減壓閥，空氣過濾慮裝置，空氣壓縮供應(yīng)裝置，氫氣水-汽分離器，空氣水-汽分離器，水箱，冷卻水循環(huán)泵，冷卻水散熱器，氫循環(huán)泵，氫氣增濕裝置，空氣增濕裝置。
加拿大Ballard power system公司的燃料電池氫氣采用高壓方式運(yùn)行，需采用一種容積壓縮型的壓機(jī)裝置，如氫、模片泵、渦旋式壓縮機(jī)等，使得燃料電池氫入口與氫出口的壓力差ΔP大于0.1～0.5個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，達(dá)到燃料電池中未反應(yīng)的過量氫氣循環(huán)回來。
上海神力公司曾發(fā)明了一種適合低壓運(yùn)行的氫氣壓縮裝置。該裝置是一種管路循環(huán)風(fēng)機(jī)，允許氫氣進(jìn)入燃料電池入口與燃料電池氫出口的壓力差較低，為0.01～0.2個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。該管路風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)為①不會出現(xiàn)氫氣泄漏狀況；②轉(zhuǎn)速可以調(diào)控，噪聲低；③功率?。虎芄苈凤L(fēng)機(jī)內(nèi)部是旋轉(zhuǎn)葉輪，快速旋轉(zhuǎn)后帶動氫氣等流體快速流動并達(dá)到氫氣壓縮循環(huán)流動效果。
但是，隨著燃料電池技術(shù)的不斷發(fā)展，管路風(fēng)機(jī)氫氣循環(huán)裝置必須達(dá)到以下技術(shù)要求①能耐受氫氣壓力；②抗腐蝕；③由高效率的電機(jī)驅(qū)動；④絕對無泄漏。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了達(dá)到上述管路風(fēng)機(jī)氫氣循環(huán)裝置技術(shù)要求而提供一種磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)，其特征在于，包括陶瓷軸承、葉輪、氫氣進(jìn)口、氫氣出口、磁缸、渦殼、磁環(huán)罩和無刷電動機(jī)；所述的葉輪由陶瓷軸承驅(qū)動，葉輪通過陶瓷軸承與磁缸相連；所述的磁缸截面積比渦殼小，磁缸、葉輪和陶瓷軸承封裝在渦殼內(nèi)；所述的氫氣進(jìn)口、氫氣出口位于渦殼上，氫氣進(jìn)口與燃料電池堆的氫氣出管路相連，氫氣出口與燃料電池堆的氫氣進(jìn)管路相連；所述的無刷電動機(jī)與磁環(huán)罩相連。
所述的葉輪、軸承和磁缸采用抗腐蝕材料。
所述的渦殼封裝材料是耐高壓力的不銹鋼合金金屬或高強(qiáng)度的工程塑料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.磁缸、葉輪及陶瓷軸承都封裝在葉輪渦殼內(nèi)，封裝材料是耐高壓力的不銹鋼合金金屬或高強(qiáng)度的工程塑料，能耐氫氣壓力，絕對不會泄漏。
2.整體封裝的渦殼上有氫氣進(jìn)、出兩口，與燃料電池堆的氫氣出、進(jìn)管路相連，不會發(fā)生泄漏。
3.葉輪、軸承與磁缸采用抗腐蝕合金金屬或高強(qiáng)度工程材料，耐腐蝕。
4.磁環(huán)罩由無刷電機(jī)驅(qū)動，可以調(diào)速，功率低、效率高、噪聲低。
5.磁環(huán)罩與渦殼不直接接觸，不產(chǎn)生摩擦，功耗小、噪聲低。


圖1為本實(shí)用新型的磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪正視圖；圖3為一個50KW燃料電池發(fā)動機(jī)工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1，2所示，一種磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)，包括陶瓷軸承1、葉輪2、氫氣進(jìn)口3、氫氣出口4、磁缸5、渦殼6、磁環(huán)罩7和無刷電動機(jī)8。
所述的葉輪2由陶瓷軸承1驅(qū)動，葉輪2通過陶瓷軸承1與磁缸5相連。所述的磁缸5截面積比渦殼6小，磁缸5、葉輪2和陶瓷軸承1封裝在渦殼6內(nèi)。所述的氫氣進(jìn)口3、氫氣出口4位于渦殼6上，氫氣進(jìn)口3與燃料電池堆的氫氣出管路相連，氫氣出口4與燃料電池堆的氫氣進(jìn)管路相連。所述的磁環(huán)罩7由無刷電動機(jī)8帶動旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動磁缸5旋轉(zhuǎn)。所述的葉輪2、陶瓷軸承1和磁缸5采用抗腐蝕材料。所述的渦殼6封裝材料是耐高壓力的不銹鋼合金金屬或高強(qiáng)度的工程塑料。
如圖3所示，一個50KW燃料電池發(fā)動機(jī)包括儲氫瓶1’，減壓閥2’，燃料電池堆3’，氫氣水汽分離器4’，氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)5’，壓力計6’。氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)由200W電機(jī)驅(qū)動，直徑10cm，總重5kg，轉(zhuǎn)速0～4000轉(zhuǎn)/分鐘；葉輪材料是不銹鋼，可產(chǎn)生燃料電池氫入口與氫出口的壓力差ΔP為0.1atm，氫氣流量為150L/min，可保證50KW燃料電池發(fā)動機(jī)非常穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)，其特征在于，包括陶瓷軸承、葉輪、氫氣進(jìn)口、氫氣出口、磁缸、渦殼、磁環(huán)罩和無刷電動機(jī)；所述的葉輪由陶瓷軸承驅(qū)動，葉輪通過陶瓷軸承與磁缸相連；所述的磁缸截面積比渦殼小，磁缸、葉輪和陶瓷軸承封裝在渦殼內(nèi)；所述的氫氣進(jìn)口、氫氣出口位于渦殼上，氫氣進(jìn)口與燃料電池堆的氫氣出管路相連，氫氣出口與燃料電池堆的氫氣進(jìn)管路相連；所述的無刷電動機(jī)與磁環(huán)罩相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種磁力驅(qū)動的燃料電池氫氣循環(huán)風(fēng)機(jī)，包括陶瓷軸承、葉輪、氫氣進(jìn)口、氫氣出口、磁缸、渦殼、磁環(huán)罩和無刷電動機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有密封好、耐腐蝕、功率低、效率高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01M8/04GK2891307SQ20052004560
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者胡里清, 夏建偉, 章波, 付明竹 申請人:上海神力科技有限公司