CN100350661C - 燃料电池发动机自适应加湿装置 - Google Patents

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CN100350661C CNB02124085XA CN02124085A CN100350661C CN 100350661 C CN100350661 C CN 100350661C CN B02124085X A CNB02124085X A CN B02124085XA CN 02124085 A CN02124085 A CN 02124085A CN 100350661 C CN100350661 C CN 100350661C
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Abstract

一种燃料电池发动机自适应加湿装置，主要由水箱(1)，水位控制器(11)，电磁阀(12)，文氏管(2)，限流圈(3)组成，其中水位控制器(11)，电磁阀(12)与水箱(1)相连接，限流圈(3)与水箱(1)和文氏管(2)相连接，本发明利用文氏管中流体总压，动压和静压之间的变换关系，由压差来控制加湿流量，由于加湿量与气流流量是线性关系，就保证了被加湿气体有一个恒定的比湿度。本发明结构简单，使用维护修理简易。

Description

燃料电池发动机自适应加湿装置
技术领域
本发明涉及一种加湿装置，尤其是用于燃料电池发动机，在变工况情况下能自适应调节加湿量的装置。
背景技术
氢氧燃料电池发动机技术是环保型无污染的新能源的技术，当前国际上的一些发达国家竟相研究这一课题，很多技术细节都处于高度保密状态，虽然能查到一些文献资料或检索到一些专利文献，但都属于技术发展前期的技术方案的思路，还未发现涉及初步设计，详细设计即实现工程系统技术方案和具体工程结构的有关丈献和专利文献，可供借鉴的内容很少，例如从查阅到的专利丈献中有以下几份资料涉及到加湿问题的内容，如：
1.Water management system for Solid polymel electrolyte fuel cell power plants，Patent Number：5，503，944，Apr，2，1996.
2.Self-Humidifying Fuel Cell，Patent Number：US6,207,312 B1，Mar，27，2001.
3.Appartue for humidifying the air stream of a full cell power plant，PatentNumber：US6,207,306，B1.Mar，27，2001.
4.Full cell coolen-humidfien plate.Patent Number：6,066,408.May，23，2001.
5.Process and appararus for humidifying Process gas for Operating fuel cellsystem.Patent Number：5,432,020.Jul，11，1995.
6.Fuel cell and method for maintening the electrolyte of the fuel cell.PatentNumber：5,543,238.Aug，6，1996.
上述专利丈献大多数介绍的是内加湿的方法，采用多孔材料做极板，用冷却电堆后的热水给反应气体加热，同时透过一些水来加湿反应气体。又如，采用外加湿系统，是在压缩机后给反应气体加湿，用时钟来进行电路控制。
如果采用上述控制模式，会使控制加湿量的自适应调节结构复杂，不适宜用于我们自行设计的研究之中。从这样的背景技术来看需要我们自行研究和设计以满足当务之急。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种针对燃料电池发动机，在变工况情况下能自适应进行流量控制，用来调节所需加湿量的加湿装置。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种燃料电池发动机自适应加湿装置，主要由水箱1，水位控制器11，电磁阀12，文氏管2，限流圈3组成，其中：水位控制器11与水箱1相连接，电磁阀12通过管路13与水箱1相连接，限流圈3一端通过流道管15与水箱1相连接，限流圈3另一端通过流道管15与文氏管2的喉部21相连接，进气管路14与水箱1和文氏管2相连接。
本装置的加湿即是向反应气体加水，使气体达到一定的湿度(或使气体达到一定的比湿度，即单位重量的气体所含的水的重量)，控制向气体加水流量的是限流圈3，其工作原理是：当文氏管一定时限流圈3前后的压力差只与通过文氏管2喉部21的气体流速V有关，由柏努力方程和连续方程可知：
限流圈3前后的压差为：ΔP＝P0-P1
其加湿流量为：       g＝μF√2ρ1ΔP
又：                 ΔP＝1/2ρV2
故：                 g＝μF√ρ1·ρV/√ρ
式中：ρ1-加湿水的密度
      ρ--气体的密度
      μ--限流圈流量系数
      F--限流圈流道面积
又知，气流的流动速度在马赫数M＜0.4时，可认为是不可压缩流，故ρ可视为常数值，因此，由上述加湿流量方程可知加湿量就只与F，ρV有关。调整限流圈的流道面积可以调整气体所要求的比湿度，在比湿度一定时，加湿量可以跟随着气体流量的变化而自适应的线性变化。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明采用文氏管，其流路简单，流场稳定可靠的建立了一定的压力场，使其会可靠稳定的控制装置的加湿量；
2、本发明在同一工况下加湿量的大小由限流圈决定，一旦安装调试完毕即可自适应的加湿；
3、本发明结构简单，造价低，重量轻，使用维护修理简易。
附图说明
图1为本发明总体结构剖视示意图
图2为本发明加湿过程框图
图中：1-水箱，11-水位控制器，12-电磁阀，13-管路，14-进气管路，15-流道管，2-丈氏管，21-喉部，3-限流圈，a-供气方向，b-气加水输出方向，c-进水方向
具体实施方式
由图1所示，本发明主要由水箱1，水位控制器11，电磁阀12，丈氏管2，限流圈3组成，其中：水位控制器11与水箱1相连接，电磁阀12通过管路13与水箱1相连接，限流圈3一端通过流道管15与水箱1相连接，限流圈3另一端通过流道管15与文氏管2的喉部21相连接，进气管路14与水箱1和文氏管2相连接。
本发明采用了丈氏管2作为本装置的传感部分，当供应气体流量变化时会改变喉部21处的流速V和静压P1值的改变，流速V和静压P1的当前值作为气体自身的传感信息，同时也成为了控制信息，即在限流圈3的前后建立了随控的压差值ΔP，利用这一压差值ΔP来控制加湿流量，而这一加湿量与供应气流的流量呈线性关系，这就由丈氏管2创建了供应气体自适应改变加湿量的技术基础。丈氏管2的设置并不会改变供应气体的原始流动参数，只不过是在喉部21处建立了传感和控制信息。
当本发明结构安装调试试验后，确定了一定的比湿度之后，本发明的加湿量就会随着气体流量的变化而自适应的线性变化。
水位控制器11用来控制水箱1中的设定水位，水位控制器11与电磁阀12有线路连接，通过控制电磁阀12的开与关控制进水。进气管路14一支与丈氏管2相连作为供气管路，另一支与水箱1相连接，保持供气与水箱中的总压P0值一致。

Claims (1)

1、一种燃料电池发动机自适应加湿装置，主要由水箱(1)、水位控制器(11)、电磁阀(12)、文氏管(2)、限流圈(3)组成，其特征在于：水位控制器(11)与水箱(1)相连接，电磁阀(12)通过管路(13)与水箱(1)相连接，限流圈(3)一端通过流道管(15)与水箱(1)相连接，限流圈(3)另一端通过流道管(15)与文氏管(2)的喉部(21)相连接，进气管路(14)与水箱(1)和文氏管(2)相连接。
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