專利名稱：一種磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機。
背景技術：
電化學燃料電池是一種能夠將氫及氧化劑轉化成電能及反應產物的裝置。該裝置的內部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發電化學反應的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發生電化學發應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發生電化學反應，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質子交換膜，到達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散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發生電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發生反應，形成反應產物。
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)的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區的催化電化學反應就產生了氫正離子(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區遷移到陰極區。除此之外，質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生爆發式反應。
在陰極區，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，并與陽極區遷移過來的氫正離子反應，生成反應產物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達
陽極反應陰極反應在典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導電的極板中間，每塊導流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機械銑刻，形成至少一條以上的導流槽。這些導流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導流極板上的流體孔道與導流槽分別將燃料和氧化劑導入膜電極兩邊的陽極區與陰極區。在一個質子交換膜燃料電池單電池的構造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑的導流板。這些導流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導流板上的導流槽又作為燃料與氧化劑進入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通常可通過直疊的方式串聯成電池組或通過平鋪的方式聯成電池組。在直疊、串聯式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，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流進口和導流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經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、陰極面的導流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進出口與導流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內冷卻通道中，將燃料電池內氫、氧電化學放熱反應生成的熱吸收并帶出電池組進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應的導流通道，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、汽態的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
質子交換膜燃料電池可用作車、船等運載工具的動力系統，又可用作移動式、固定式的發電裝置。
目前典型的燃料電池發電系統，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，空氣壓縮供應裝置，氫氣水-汽分離器，空氣水-汽分離器，水箱，冷卻水循環泵，冷卻水散熱器，氫循環泵，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行，需采用一種容積壓縮型的壓機裝置，如氫、模片泵、渦旋式壓縮機等，使得燃料電池氫入口與氫出口的壓力差ΔP大于0.1～0.5個標準大氣壓，達到燃料電池中未反應的過量氫氣循環回來。
上海神力公司曾發明了一種適合低壓運行的氫氣壓縮裝置。該裝置是一種管路循環風機，允許氫氣進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個標準大氣壓。該管路風機的特點為①不會出現氫氣泄漏狀況；②轉速可以調控，噪聲低；③功率小；④管路風機內部是旋轉葉輪，快速旋轉后帶動氫氣等流體快速流動并達到氫氣壓縮循環流動效果。
但是，隨著燃料電池技術的不斷發展，管路風機氫氣循環裝置必須達到以下技術要求①能耐受氫氣壓力；②抗腐蝕；③由高效率的電機驅動；④絕對無泄漏。
實用新型內容本實用新型的目的就是為了達到上述管路風機氫氣循環裝置技術要求而提供一種磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機。
本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現一種磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機，其特征在于，包括陶瓷軸承、葉輪、氫氣進口、氫氣出口、磁缸、渦殼、磁環罩和無刷電動機；所述的葉輪由陶瓷軸承驅動，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；所述的氫氣進口、氫氣出口位于渦殼上，氫氣進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管路相連；所述的無刷電動機與磁環罩相連。
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度的工程塑料。
與現有技術相比，本實用新型具有以下優點1.磁缸、葉輪及陶瓷軸承都封裝在葉輪渦殼內，封裝材料是耐高壓力的不銹鋼合金金屬或高強度的工程塑料，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、出兩口，與燃料電池堆的氫氣出、進管路相連，不會發生泄漏。
3.葉輪、軸承與磁缸采用抗腐蝕合金金屬或高強度工程材料，耐腐蝕。
4.磁環罩由無刷電機驅動，可以調速，功率低、效率高、噪聲低。
5.磁環罩與渦殼不直接接觸，不產生摩擦，功耗小、噪聲低。
圖1為本實用新型的磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機結構示意圖；圖2為本實用新型的磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機葉輪正視圖；圖3為一個50KW燃料電池發動機工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步說明。
如圖1，2所示，一種磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機，包括陶瓷軸承1、葉輪2、氫氣進口3、氫氣出口4、磁缸5、渦殼6、磁環罩7和無刷電動機8。
所述的葉輪2由陶瓷軸承1驅動，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。所述的氫氣進口3、氫氣出口4位于渦殼6上，氫氣進口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管路相連。所述的磁環罩7由無刷電動機8帶動旋轉，并驅動磁缸5旋轉。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度的工程塑料。
如圖3所示，一個50KW燃料電池發動機包括儲氫瓶1’，減壓閥2’，燃料電池堆3’，氫氣水汽分離器4’，氫氣循環風機5’，壓力計6’。氫氣循環風機由200W電機驅動，直徑10cm，總重5kg，轉速0～4000轉/分鐘；葉輪材料是不銹鋼，可產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燃料電池發動機非常穩定、可靠地運行。
權利要求1.一種磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機，其特征在于，包括陶瓷軸承、葉輪、氫氣進口、氫氣出口、磁缸、渦殼、磁環罩和無刷電動機；所述的葉輪由陶瓷軸承驅動，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；所述的氫氣進口、氫氣出口位于渦殼上，氫氣進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管路相連；所述的無刷電動機與磁環罩相連。
專利摘要本實用新型涉及一種磁力驅動的燃料電池氫氣循環風機，包括陶瓷軸承、葉輪、氫氣進口、氫氣出口、磁缸、渦殼、磁環罩和無刷電動機。與現有技術相比，本實用新型具有密封好、耐腐蝕、功率低、效率高、噪聲低等優點。
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 優先權日2005年10月12日
發明者胡里清, 夏建偉, 章波, 付明竹 申請人:上海神力科技有限公司