CN106602109B - 一种用于燃料电池的均压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池的辅助装置领域，特别是一种用于燃料电池的均压装置，具体为新能源汽车领域使用的燃料电池提供辅助均压的设备，包括燃气腔和助燃气腔，燃气腔和助燃气腔分别连通燃气源和助燃气源并分别为燃料电池供气；燃气腔与助燃气腔之间设有隔离部，隔离部密封隔离燃气腔与助燃气腔并均衡燃气腔与助燃气腔中的气压差。该结构通过可活动或可移动的隔离部，即实现将燃气腔和阻燃气腔进行隔离，又能够均衡两侧的气压，从而保证燃料电池的正常使用。

Description

一种用于燃料电池的均压装置
技术领域
本发明涉及燃料电池的辅助装置领域，特别是一种用于燃料电池的均压装置。
背景技术
燃料电池用途广泛，既可应用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。早期燃料电池发展焦点集中在军事空间等专业应用以及千瓦级以上分散式发电上。电动车领域成为燃料电池应用的主要方向，市场已有多种采用燃料电池发电的自动车出现。另外，透过小型化的技术将燃料电池运用于一般消费型电子产品也是应用发展方向之一，在技术的进步下，未来小型化的燃料电池将可用以取代现有的锂电池或镍氢电池等高价值产品，作为用于笔记本电脑、无线电电话、录像机、照相机等携带型电子产品的电源。由于燃料电池内的氢气和氧气必须充分加湿并进行保压，若压力不够或者湿度不够，容易造成燃料浪费会燃烧不从分的情况，影响电池的使用和输出功率。
在现有的氢燃料电池使用时，往往需要对进入燃料电池的气压，温度，湿度进行调节，从而保证燃气能够使用，由于进入燃料电池中的气压经过较长一段控制和配比，造成气压的波动加大，容易在电池的两极之间形成压差，造成电池的损害，因此燃料电池的使用寿命。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于燃料电池的均压装置，能够在燃气和助燃气进入燃料电池之前，将气压进行均衡，防止气压差对电池内电极和电解质造成的损坏，保证燃料电池的使用寿命。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种用于燃料电池的均压装置，包括燃气腔和助燃气腔，燃气腔和助燃气腔分别连通燃气源和助燃气源并分别为燃料电池供气；燃气腔与助燃气腔之间设有隔离部，隔离部密封隔离燃气腔与助燃气腔并均衡燃气腔与助燃气腔中的气压差。该结构通过可活动或可移动的隔离部，即实现将燃气腔和阻燃气腔进行隔离，又能够均衡两侧的气压，从而保证燃料电池的正常使用。
进一步，包括管状的壳体，燃气腔和助燃气腔位于壳体内并由隔离部隔开。该结构设为一体的壳体，实现结构的简化，方便于压力的快速均衡。
进一步，隔离部为弹性膜，弹性膜与壳体的内侧壁固定连接，弹性膜呈波纹状，弹性膜可压缩燃气腔或助燃气腔使燃气腔或助燃气腔的气体流量小于燃气腔或助燃气腔的进/出口。通过弹性膜的方式，将隔离部与壳体固定连接，从而提高隔离部的密封性，进而提高装置的可用性和通用性，实现结构的简化，并且能够降低均压装置的成本。
进一步，隔离部为活塞，活塞可沿壳体的内侧壁移动；在壳体或活塞上设有限位部，限位部使燃气腔或助燃气腔的气体流量小于燃气腔或助燃气腔的进/出口。通过活塞的设置加大气压差的可调节范围，其限位部能够保证其最大流量小于与其相连的管道中气体流量，从而实现燃气腔或阻燃气腔中气压的可调。
进一步，限位部包括第一限位部、第二限位部；第一限位部位于燃气腔一侧的壳体上，第一限位部使燃气腔的气体流量不小于燃气腔进/出口通道的一半；第二限位部位于助燃气腔一侧的壳体上，第二限位部使燃气腔的气体流量大于助燃气腔进/出口通道的一半。该结构能够保证第一限位部和第二限位部能够预留出燃气或助燃气的通道，防止通道堵塞，影响燃料电池的正常使用。
进一步，还包括壳体，隔离部为盛水的隔离腔，隔离腔分别与燃气腔和助燃气腔连通，在隔离部上设有液位控制器。采用盛水的隔离腔的设计，利用液体的快速流动性，增加均压装置内气压均衡的速度，相较于活塞或弹性膜的均衡速度，采用隔离腔式的结构，其速度提高20-30%。
进一步，隔离腔内设有隔水板，隔水板将隔离腔内分为相互连通的控液腔和储液腔，储液腔与燃气腔和助燃气腔连通，液位控制器为活塞并位于控液腔内，活塞用于控制液面位置以保持燃气腔与助燃气腔的隔离。设置该调节活塞的设计，能够保证水位的调节和控制，保证燃气腔与助燃气腔始终隔离，进而包含保证隔水腔的可用性。
进一步，壳体的侧壁内由内至外分别为内侧壁、真空层、及外侧壁，燃气腔内设有第一喷雾头，助燃气腔内设有第二喷雾头；隔离腔内分别设有第一喷雾泵、第二喷雾泵、加热器、和去离子器；第一喷雾泵和第二喷雾泵分别连通第一喷雾头和第二喷雾头。将壳体的侧壁中设置真空层，能够试下保温，能够方便于在壳体内的燃气和助燃气进行温度控制和湿度控制，实现温度、湿度的一体化控制，简化燃气电池的供气系统。
进一步，还包括MCU、温度传感器、液位传感器、压力传感器、流量计、和液位控制泵；液位控制泵与活塞连接并控制活塞的移动，温度传感器、液位传感器、液位控制泵、第一喷雾泵、第二喷雾泵、及加热器电连接MCU，MCU检测并控制燃气腔和助燃气腔中温度、湿度、气压。该结构通过增设MCU及各个传感器，能够实现液位、温度、湿度的智能控制，简化控制方式，能够集中处理燃气和助燃气，简化燃料电池的供气管路，降低复杂的管路的燃料电池所需燃气或助燃气的温度、湿度的影响。提高装置的自动化程度。
进一步，其使用方法：
均压：当燃气腔与助燃气腔之间具有压差时，水通过储液腔流动使燃气腔与助燃气腔之间的压差均衡；当燃气腔或助燃气腔中的液位达到下限时，MCU通过液位控制泵控制活塞移动并压缩控液腔使液位上升；当燃气腔或助燃气腔中的液位达到上限时，MCU通过液位控制泵控制活塞移动并增大控液腔使液位下降；
加湿：MCU通过第一喷雾泵和第二喷雾泵使第一喷雾头和第二喷雾头以一定的流量向燃气腔和助燃气腔中喷入水雾；燃气腔的气体流量与第一喷雾头中水流量的体积比为（15-20）:1；助燃气腔的气体流量与第二喷雾头中水流量的体积比为（15-20）:1；
控温：MCU控制加热器对隔离腔中的水加热并通过温度传感器检测，使水温为80-90℃。
该方法不仅实现了燃气和助燃气的气压均衡，实现了温度、湿度的模糊控制，有利于提高控制的速度，保证供气的及时性，其模糊控制的方式，即保证了燃气和助燃气的温度和湿度，其控制速度相较于精确控制速度提高了50%以上，舍弃燃气或阻燃气的利用率，获得更快的反应速度，提高电池的输出功率。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.该结构通过可活动或可移动的隔离部，即实现将燃气腔和阻燃气腔进行隔离，又能够均衡两侧的气压，从而保证燃料电池的正常使用；能够在燃气和助燃气进入燃料电池之前，将气压进行均衡，防止气压差对电池内电极和电解质造成的损坏，保证燃料电池的使用寿命。
2.本结构简单，不仅实现了燃气和助燃气的气压均衡，实现了温度、湿度的模糊控制，有利于提高控制的速度，保证供气的及时性，其模糊控制的方式，即保证了燃气和助燃气的温度和湿度，其控制速度相较于精确控制速度提高了50%以上，舍弃燃气或阻燃气的利用率，获得更快的反应速度，提高电池的输出功率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是用于燃料电池的均压装置的结构图；
图2是均压装置的使用状态图；
图3是弹性膜式均压装置的结构图；
图4是水隔离式均压装置的结构图。
附图标记：1-隔离部，2-壳体，3-燃气腔，4-助燃气腔，5-第一限位部，6-第二限位部，7-隔离腔，8-液位控制器，9-燃料电池。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种用于燃料电池的均压装置，包括管状的壳体2、燃气腔3和助燃气腔4，燃气腔3和助燃气腔4分别连通燃气源和助燃气源并分别为燃料电池9供气；燃气腔3与助燃气腔4之间设有隔离部1，隔离部1密封隔离燃气腔3与助燃气腔4并均衡燃气腔3与助燃气腔4中的气压差。燃气腔3和助燃气腔4位于壳体2内并由隔离部1隔开。
隔离部1为活塞，活塞可沿壳体2的内侧壁移动；在壳体2或活塞上设有限位部，限位部使燃气腔3或助燃气腔4的气体流量小于燃气腔3或助燃气腔4的进/出口。限位部包括第一限位部5、第二限位部6；第一限位部5位于燃气腔3一侧的壳体2上，第一限位部5使燃气腔3的气体流量不小于燃气腔3进/出口通道的一半；第二限位部6位于助燃气腔4一侧的壳体2上，第二限位部6使燃气腔3的气体流量大于助燃气腔4进/出口通道的一半。
如图2所示，燃气为氢气，助燃气为空气，本装置为氢燃料电池9供气的过程为：氢气的进气口和出气口位于均衡装置的左端，空气的进气口和出气口位于均衡装置的右端，活塞位于壳体2的中部并可沿管状的壳体2左右滑动，当氢气腔中的气压高于空气的进口和出口时，活塞向右移动，并压缩空气腔；当气压调节完成后，活塞停止移动，若气压差过高，则活塞移动至限位处，此时，由于空气腔的最大流量小于进出口，因此，使空气腔中升压，从而均衡空气腔和氢气腔中的气压。
实施例2
如图3所示，本发明公开了一种用于燃料电池的均压装置，包括管状的壳体2、燃气腔3和助燃气腔4，燃气腔3和助燃气腔4分别连通燃气源和助燃气源并分别为燃料电池9供气；燃气腔3与助燃气腔4之间设有隔离部1，隔离部1密封隔离燃气腔3与助燃气腔4并均衡燃气腔3与助燃气腔4中的气压差。燃气腔3和助燃气腔4位于壳体2内并由隔离部1隔开，隔离部1为弹性膜，弹性膜与壳体2的内侧壁固定连接，弹性膜呈波纹状，弹性膜可压缩燃气腔3或助燃气腔4使燃气腔3或助燃气腔4的气体流量小于燃气腔3或助燃气腔4的进/出口。通过弹性膜的方式，将隔离部1与壳体2固定连接，从而提高隔离部1的密封性，进而提高装置的可用性和通用性，实现结构的简化，并且能够降低均压装置的成本。
实施例3
如图4所示，本发明公开了一种用于燃料电池的均压装置，包括管状的壳体2、燃气腔3、助燃气腔4、MCU、温度传感器、液位传感器、压力传感器、流量计、和液位控制泵，燃气腔3和助燃气腔4分别连通燃气源和助燃气源并分别为燃料电池9供气；燃气腔3与助燃气腔4之间设有隔离部1，隔离部1密封隔离燃气腔3与助燃气腔4并均衡燃气腔3与助燃气腔4中的气压差。隔离部1为盛水的隔离腔7，隔离腔7分别与燃气腔3和助燃气腔4连通，在隔离部1上设有液位控制器8。
隔离腔7内设有隔水板，隔水板将隔离腔7内分为相互连通的控液腔和储液腔，储液腔与燃气腔3和助燃气腔4连通，液位控制器8为活塞并位于控液腔内，活塞用于控制液面位置以保持燃气腔3与助燃气腔4的隔离。壳体2的侧壁内由内至外分别为内侧壁、真空层、及外侧壁，燃气腔3内设有第一喷雾头，助燃气腔4内设有第二喷雾头；隔离腔7内分别设有第一喷雾泵、第二喷雾泵、加热器、和去离子器；第一喷雾泵和第二喷雾泵分别连通第一喷雾头和第二喷雾头；液位控制泵与活塞连接并控制活塞的移动，温度传感器、液位传感器、液位控制泵、第一喷雾泵、第二喷雾泵、及加热器电连接MCU，MCU检测并控制燃气腔3和助燃气腔4中温度、湿度、气压。
实施例4
实施例3中的结构的使用方法：
均压：当燃气腔3与助燃气腔4之间具有压差时，水通过储液腔流动使燃气腔3与助燃气腔4之间的压差均衡；当燃气腔3或助燃气腔4中的液位达到下限时，MCU通过液位控制泵控制活塞移动并压缩控液腔使液位上升；当燃气腔3或助燃气腔4中的液位达到上限时，MCU通过液位控制泵控制活塞移动并增大控液腔使液位下降；
加湿：MCU通过第一喷雾泵和第二喷雾泵使第一喷雾头和第二喷雾头以一定的流量向燃气腔3和助燃气腔4中喷入水雾；燃气腔3的气体流量与第一喷雾头中水流量的体积比为15-20:1；助燃气腔4的气体流量与第二喷雾头中水流量的体积比为15-20:1；
控温：MCU控制加热器对隔离腔7中的水加热并通过温度传感器检测，使水温为80-90℃。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池的均压装置，其特征在于，包括燃气腔（3）和助燃气腔（4），燃气腔（3）和助燃气腔（4）分别连通燃气源和助燃气源并分别为燃料电池（9）供气；燃气腔（3）与助燃气腔（4）之间设有隔离部（1），隔离部（1）密封隔离燃气腔（3）与助燃气腔（4）并均衡燃气腔（3）与助燃气腔（4）中的气压差；
还包括管状的壳体（2），燃气腔（3）和助燃气腔（4）位于壳体（2）内并由隔离部（1）隔开。
2.如权利要求1所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，隔离部（1）为弹性膜，弹性膜与壳体（2）的内侧壁固定连接，弹性膜呈波纹状，弹性膜可压缩燃气腔（3）或助燃气腔（4）使燃气腔（3）或助燃气腔（4）的气体流量小于燃气腔（3）或助燃气腔（4）的进/出口。
3.如权利要求1所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，隔离部（1）为活塞，活塞可沿壳体（2）的内侧壁移动；在壳体（2）或活塞上设有限位部，限位部使燃气腔（3）或助燃气腔（4）的气体流量小于燃气腔（3）或助燃气腔（4）的进/出口。
4.如权利要求3所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，限位部包括第一限位部（5）、第二限位部（6）；第一限位部（5）位于燃气腔（3）一侧的壳体（2）上，第一限位部（5）使燃气腔（3）的气体流量不小于燃气腔（3）进/出口通道的一半；第二限位部（6）位于助燃气腔（4）一侧的壳体（2）上，第二限位部（6）使燃气腔（3）的气体流量大于助燃气腔（4）进/出口通道的一半。
5.如权利要求1所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，还包括壳体（2），隔离部（1）为盛水的隔离腔（7），隔离腔（7）分别与燃气腔（3）和助燃气腔（4）连通，在隔离部（1）上设有液位控制器（8）。
6.如权利要求5所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，隔离腔（7）内设有隔水板，隔水板将隔离腔（7）内分为相互连通的控液腔和储液腔，储液腔与燃气腔（3）和助燃气腔（4）连通，液位控制器（8）为活塞并位于控液腔内，活塞用于控制液面位置以保持燃气腔（3）与助燃气腔（4）的隔离。
7.如权利要求6所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，壳体（2）的侧壁内由内至外分别为内侧壁、真空层、及外侧壁，燃气腔（3）内设有第一喷雾头，助燃气腔（4）内设有第二喷雾头；隔离腔（7）内分别设有第一喷雾泵、第二喷雾泵、加热器、和去离子器；第一喷雾泵和第二喷雾泵分别连通第一喷雾头和第二喷雾头。
8.如权利要求7所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，还包括MCU、温度传感器、液位传感器、压力传感器、流量计、和液位控制泵；液位控制泵与活塞连接并控制活塞的移动，温度传感器、液位传感器、液位控制泵、第一喷雾泵、第二喷雾泵、及加热器电连接MCU，MCU检测并控制燃气腔（3）和助燃气腔（4）中温度、湿度、气压。
9.如权利要求8所述的用于燃料电池的均压装置，其特征在于，其使用方法：
均压：当燃气腔（3）与助燃气腔（4）之间具有压差时，水通过储液腔流动使燃气腔（3）与助燃气腔（4）之间的压差均衡；当燃气腔（3）或助燃气腔（4）中的液位达到下限时，MCU通过液位控制泵控制活塞移动并压缩控液腔使液位上升；当燃气腔（3）或助燃气腔（4）中的液位达到上限时，MCU通过液位控制泵控制活塞移动并增大控液腔使液位下降；
加湿：MCU通过第一喷雾泵和第二喷雾泵使第一喷雾头和第二喷雾头以一定的流量向燃气腔（3）和助燃气腔（4）中喷入水雾；燃气腔（3）的气体流量与第一喷雾头中水流量的体积比为（15-20）:1；助燃气腔（4）的气体流量与第二喷雾头中水流量的体积比为（15-20）:1；
控温：MCU控制加热器对隔离腔（7）中的水加热并通过温度传感器检测，使水温为80-90℃。
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