CN101645513A - 一种燃料电池用活塞式氢气输送装置 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池用活塞式氢气输送装置，汽缸的活塞两侧的缸体上分别安装有位置传感器并分别开有氢气入口和氢气出口；缓冲罐的氢气出口经分水器与燃料电池的氢气入口连接，缓冲罐的氢气入口与高压氢气源的一路管线连接，高压氢气源的另一路管线经氢入电磁阀与汽缸一侧的氢气入口连接，同侧缸体上的氢气出口经氢出电磁阀与缓冲罐连接，汽缸活塞另一侧缸体上的氢气入口经氢入单向阀与燃料电池的氢尾排口连接，同侧缸体上的氢气出口经氢出单向阀与缓冲罐连接，位置传感器与电磁阀用信号线连接。本发明优点为：节电，利用高压氢气的能量使尾排氢气回流，结构简单，制作容易，噪音小，无油不腐蚀，安全可靠。

Description

一种燃料电池用活塞式氢气输送装置

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及燃料电池系统中的氢气回流输送设备。

背景技术

质子交换膜燃料电池在发电的同时，也会产生热和水，水有液态水和气态水两种形式，在电池里液态水聚集过多，就会使电池双极板中细小的气体通道堵塞，所以必须使气体流通，带走电池里液态水。在电池的阳极，如果加大气体流通，带走液态水，就必须排放部分氢气(间歇排放氢气带走液态水的效果更好)，这就使氢气利用率降低，也会使阳极内的氢气相对湿度降低，影响电池性能。现有技术中是将电池排放的带有气态水的氢气，用氢气回流泵再重新引入电池，也就是氢气回流。现有技术使用的氢气回流泵有下列几种，并都存在不足：

1、隔膜泵，不足在于：噪音大，流量小，需要用电，不防爆。

2、喷射泵，不足在于：工作范围窄，不稳定，不适用于低压电池系统。

3、离心泵，不足在于：压力极低(因为氢密度最小)转速高，体积大，有泄漏，不防爆，不能输送含水的氢气，需要用电。

发明内容

为克服上述氢气回流泵存在的不足，本发明的目的在于提供一种把高压氢气的高压能量转换成输送回流氢气的输送装置，用于燃料电池系统中的氢气回流输送，尤其适用于以燃料电池为动力的汽车的燃料电池系统的氢气回流。

本发明所采用的技术方案是：一种燃料电池用活塞式氢气输送装置，包括汽缸、缓冲罐、减压器、分水器、电磁阀、单向阀和传感器，其特征在于：所述汽缸包括缸体、活塞和复位弹簧，活塞装于缸体内，复位弹簧装在缸体内活塞的一侧与缸体之间，活塞两侧的缸体上分别安装有位置传感器一和位置传感器二，活塞两侧的缸体上分别开有氢气入口和氢气出口；所述缓冲罐上开有氢气入口、氢气出口和两个与汽缸连接的口；所述电磁阀分别是氢入电磁阀和氢出电磁阀，所述单向阀分别是氢入单向阀和氢出单向阀；所述缓冲罐的氢气出口经分水器与燃料电池的氢气入口连接，缓冲罐的氢气入口经减压器与高压氢气源的一路管线连接，高压氢气源的另一路管线经氢入电磁阀与汽缸的活塞不装复位弹簧一侧的缸体上的氢气入口连接，汽缸的活塞不装复位弹簧一侧的缸体上的氢气出口经氢出电磁阀与缓冲罐上的两个与汽缸连接的口的一个连接，汽缸的活塞安装复位弹簧一侧的缸体上的氢气入口经氢入单向阀与燃料电池的氢尾排口连接，汽缸的活塞安装复位弹簧一侧的缸体上的氢气出口经氢出单向阀与缓冲罐上的两个与汽缸连接的口的另一个连接，汽缸的缸体上的位置传感器一和位置传感器二与氢入电磁阀和氢出电磁阀用信号线连接。

本发明所述一种燃料电池用活塞式氢气输送装置，其特征在于所述燃料电池用活塞式氢气输送装置的汽缸、缓冲罐、减压器、分水器、电磁阀、单向阀和传感器是用耐腐蚀材料制作。

本发明的燃料电池用活塞式氢气输送装置的工作原理是：高压氢气分两路，一路经减压器减至燃料电池的工作压力后，进入缓冲罐经分水器进入燃料电池进行反应；另一路高压氢气经氢入电磁阀进入缸体推动活塞运动，压缩燃料电池氢尾排进入缸体内活塞另一侧的低压含水氢气，这时氢入单向阀关闭、氢出单向阀打开，被压缩的低压氢气经打开的氢出单向阀进入缓冲罐，经分水器分出液态水后，重新进入燃料电池进行反应。当活塞运动至碰到位置传感器二时，氢入电磁阀关闭，同时氢出电磁阀打开，复位弹簧推动活塞反向运动，压缩缸体另一侧的氢气，经打开的氢出电磁阀进入缓冲罐，同时氢入单向阀打开、氢出单向阀关闭。当活塞运动碰到另一侧位置传感器一时，氢入电磁阀打开，同时氢出电磁阀关闭，进入下一个压缩循环。

本发明的优点为：

1、节约电能，利用高压氢气的能量，推动缸体中的活塞往复运动，压缩燃料电池排出的低压氢气，从而达到氢气回流输送的目的。

2、压缩氢气的过程是在密闭的汽缸中进行，无泄漏，防爆效果好。

3、进入燃料电池的氢气经过减压器、缓冲罐的作用，减少了压力波动对燃料电池的不良影响。

4、结构简单，制作容易，噪音小，无油，不腐蚀。

附图说明

本发明有附图1幅，是本发明的结构示意图。

附图中：1、缓冲罐，2、减压器，3、氢出电磁阀，4、缸体，5、活塞，6、氢入电磁阀，7、位置传感器一，8、活塞环，9、位置传感器二，10、氢入单向阀，11、复位弹簧，12、燃料电池，13、氢出单向阀，14、分水器，15、缓冲罐上的与汽缸连接的口a，16、缓冲罐的氢气入口，17、汽缸缸体上的氢气出口a，18、汽缸缸体上的氢气入口a，19、汽缸缸体上的氢气入口b，20、汽缸缸体上的氢气出口b，21、缓冲罐上的与汽缸连接的口b，22、缓冲罐的氢气出口，23、燃料电池氢气入口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

汽缸由缸体4、活塞5和复位弹簧11组成，活塞5装于缸体4内，复位弹簧11装在缸体内活塞的一侧与缸体之间，活塞两侧的缸体上分别安装有位置传感器一7和位置传感器二9，活塞两侧的缸体上分别开有氢气入口18、19和氢气出口17、20；缓冲罐1上开有氢气入口16、氢气出口22和两个与汽缸连接的口15、21；缓冲罐的氢气出口22经分水器14与燃料电池12的氢气入口(23)连接，缓冲罐的氢气入口16经减压器2与高压氢气源的一路管线连接，高压氢气源的另一路管线经氢入电磁阀6与汽缸的活塞不装复位弹簧一侧的缸体上的氢气入口a18连接，汽缸的活塞不装复位弹簧一侧的缸体上的氢气出口a17经氢出电磁阀3与缓冲罐上的与汽缸连接的口a15连接，汽缸的活塞安装复位弹簧一侧的缸体上的氢气入口b19经氢入单向阀10与燃料电池的氢尾排口连接，汽缸的活塞安装复位弹簧一侧的缸体上的氢气出口b20经氢出单向阀13与缓冲罐上的与汽缸连接的口b21连接，汽缸的缸体上的位置传感器一7和位置传感器二9与氢入电磁阀6和氢出电磁阀3用信号线连接。装置的汽缸、缓冲罐、减压器、分水器、电磁阀、单向阀和传感器是用耐腐蚀材料制作。

实施例的工作原理如下：2MPa～3MPa的高压氢气分两路，一路经减压器2减至燃料电池的工作压力后，进入缓冲罐1经分水器14进入燃料电池(12)进行反应。另一路高压氢气经氢入电磁阀6进入缸体4推动活塞5运动，压缩燃料电池排出在缸体4内的低压含水氢气，这时氢入单向阀10关闭、氢出单向阀13打开，被压缩的低压氢气经打开的氢出单向阀13进入缓冲罐1，经分水器14分出液态水后，重新进入燃料电池12进行反应。当活塞5运动碰到位置传感器二9时，氢入电磁阀6关闭，同时氢出电磁阀3打开，复位弹簧(11)推动活塞5，压缩缸体4另一侧的氢气，经打开的氢出电磁阀3进入缓冲罐(1)，同时氢入单向阀10打开、氢出单向阀13关闭。当活塞5运动碰到另一侧位置传感器一7时，氢入电磁阀6打开，同时氢出电磁阀3关闭，进入下一个压缩循环。

Claims (2)

1、一种燃料电池用活塞式氢气输送装置，包括汽缸、缓冲罐、减压器、分水器、电磁阀、单向阀和传感器，其特征在于：所述汽缸包括缸体(4)、活塞(5)和复位弹簧(11)，活塞(5)装于缸体(4)内，复位弹簧(11)装在缸体内活塞的一侧与缸体之间，活塞两侧的缸体上分别安装有位置传感器一(7)和位置传感器二(9)，活塞两侧的缸体上分别开有氢气入口(18、19)和氢气出口(17、20)；所述缓冲罐(1)上开有氢气入口(16)、氢气出口(22)和两个与汽缸连接的口(15、21)；所述电磁阀分别是氢入电磁阀(6)和氢出电磁阀(3)，所述单向阀分别是氢入单向阀(10)和氢出单向阀(13)；所述缓冲罐的氢气出口(22)经分水器(14)与燃料电池(12)的氢气入口(23)连接，缓冲罐的氢气入口(16)经减压器(2)与高压氢气源的一路管线连接，高压氢气源的另一路管线经氢入电磁阀(6)与汽缸的活塞不装复位弹簧一侧的缸体上的氢气入口a(18)连接，汽缸的活塞不装复位弹簧一侧的缸体上的氢气出口a(17)经氢出电磁阀(3)与缓冲罐上的与汽缸连接的口a(15)连接，汽缸的活塞安装复位弹簧一侧的缸体上的氢气入口b(19)经氢入单向阀(10)与燃料电池的氢尾排口连接，汽缸的活塞安装复位弹簧一侧的缸体上的氢气出口b(20)经氢出单向阀(13)与缓冲罐上的与汽缸连接的口b(21)连接，汽缸的缸体上的位置传感器一(7)和位置传感器二(9)与氢入电磁阀(6)和氢出电磁阀(3)用信号线连接。

2、根据权利要求1所述一种燃料电池用活塞式氢气输送装置，其特征在于所述燃料电池用活塞式氢气输送装置的汽缸、缓冲罐、减压器、分水器、电磁阀、单向阀和传感器是用耐腐蚀材料制作。