CN111916793A - 燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，所述欠气补偿装置为氢气缓存罐；供氢管道连接氢气缓冲罐的进气口，氢气缓冲罐的进气口通过管道连接电池堆的氢气入口，电池堆的氢气出口通过管道连接汽水分离器的进口，汽水分离器的气体出口通过管道连接供氢管道，汽水分离器的液体出口通过管道连接排污管道，所述电池堆的氢气出口还通过管道连接排污管道，并在连接电池堆的氢气出口与排污管道管道上安装有脉排阀，构成燃料电池发动机氢气系统。通过脉排阀定时对燃料电池电堆内的氢气进行排空，并通过欠气补偿装置对电池堆进行欠气补偿，快速补充电池堆内氢气，满足燃料电池电池堆内反应需求。

Description

燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置。
背景技术
燃料电池是一种环境友好、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，反应气从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45%。以燃料电池堆为核心发电装置，燃料电池系统集成了电源管理，热管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品有着广泛的应用空间。
发明内容
本发明提出一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置。
一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，所述欠气补偿装置为氢气缓存罐，供氢管道连接氢气缓冲罐的进气口，氢气缓冲罐的进气口通过管道连接电池堆的氢气入口，电池堆的氢气出口通过管道连接汽水分离器的进口，汽水分离器的气体出口通过管道连接供氢管道，汽水分离器的液体出口通过管道连接排污管道，所述电池堆的氢气出口还通过管道连接排污管道，并在连接电池堆的氢气出口与排污管道管道上安装有脉排阀，构成燃料电池发动机氢气系统。
所述缓冲罐包括罐体，所述罐体内设置有贯穿罐体两端的柱状通孔，所述罐体两端分别安装有前盖、后盖，封口，构成罐体内腔，所述前盖上设置有进气口，所述罐体侧壁设置有出气口；所述通孔内设置有活塞，活塞与罐体滑动密封配合连接，且在所述活塞与后盖之间设置有弹簧，弹簧两端分别与活塞、后盖连接，所述出气口位于活塞前方。
供氢管道连接氢气缓冲罐的进气口，氢气缓冲罐的进气口通过管道连接电池堆的氢气入口，电池堆的氢气出口通过管道连接汽水分离器的进口，汽水分离器的气体出口通过管道连接供氢管道，汽水分离器的液体出口通过管道连接排污管道，所述电池堆的氢气出口还通过管道连接排污管道，并在连接电池堆的氢气出口与排污管道管道上安装有脉排阀。
燃料电池在使用过程中，电池堆内部的湿度大的氢气由电池堆的氢气出口排出经过汽水分离器分离后在回收氢气再利用，但这仅仅处理了一部分的氢气，电池堆内部的仍遗留湿度大的氢气，为此，设计有脉排阀，定时将电池堆内的湿度大的氢气排空，这过程很短，其必然造成电池堆内部欠气，为此，进一步设计欠气补偿装置，在正常状态时，缓存罐内的氢气顶动活塞后移动压缩弹簧，缓存氢气，在电池堆内部欠气时，在弹簧的弹力作用下，活塞移动将缓存在缓冲罐内的氢气压入电池堆内，达到快速补充电池堆内氢气的目的，实现欠气补偿。
在连接汽水分离器的气体出口与供氢管道的管道上安装有回收泵。
在连接汽水分离器的液体出口与排污管道的管道上安装有控制阀。
所述电池堆固定安装在底板上，所述底板为蜂窝板，其上设置有槽，槽内设置有硅胶减震垫，减震垫夹在电池堆与底板之间。
所述减震垫包括垫体，垫体上表面均匀分布设置有若干凸台，所有凸台平行分布，相互之间留有间隙，所述凸台与垫体一体，且凸台两端面与垫体两侧面平齐，所述垫体下表面上均匀分布设置有若干凹槽；所述凹槽扣在底板上形成气腔，所述凸台支撑在电池堆底部；采用上述减震垫，其减震效果更好。
所述电池堆的氢气入口、氢气出口均上安装有快接接头，并通过快接接头连接并连通管道。
所述快接接头包括接头主体以及面板，所述接头主体为柱状体，其外周设置有环凸，环凸将接头主体分成内侧段、外侧段，所述接头主体内设置有贯穿接头主体两端的通孔，所述接头主体外侧段上一周圈均匀分布设置有若干导向齿A，所述面板上设置有圆孔，圆孔内壁一周圈均匀分布设置有若干导向齿B，所述导向齿A与接头主体一体，导向齿B与面板一体；相邻两个导向齿A之间留有供导向齿B通过的间隙。
所述电池堆上开圆孔，构成所述电池堆的氢气入口、氢气出口，所述接头主体置于电池堆内，其外侧段由圆孔伸出，环凸抵在电池堆内壁上，所述面板于电池堆外套在接头主体外侧段上，导向齿A与导向齿B一一对应楔合，接头主体与面板夹紧电池堆；所述接头主体外侧段端口连接并连通管道。
在所述面板上的圆孔内壁还设置有弹性卡子，在所述接头主体外侧段上还设置有卡块，所述导向齿A与导向齿B一一对应楔合，弹性卡子与卡块卡接。
所述导向齿B与导向齿A的相对侧面均为斜面，所述面板作与接头主体相对旋转，导向齿A与对应导向齿B的斜面接触，并沿着斜面相对滑动，楔合。
所述卡块与接头主体一体过度连接，所述面板作与接头主体相对旋转，弹性卡子在卡块上滑动。
所述电池堆上固定安装有防护板，覆盖燃料电池电堆的顶面以及两侧面，所述防护板由若干防护单板拼接构成，且在每个防护单板上均设置有固定孔，螺栓穿过固定孔与电池堆连接，固定防护单板。
本发明的优点是，设计合理，结构简单，通过脉排阀定时对燃料电池电堆内的氢气进行排空，以保证电池堆内的氢气为持在一个稳定的湿度，保证燃料电池电池堆内反应效率；并通过欠气补偿装置对电池堆进行欠气补偿，快速补充电池堆内氢气，满足燃料电池电池堆内反应需求。
附图说明
图1是燃料电池发动机氢气系统结构示意图。
图2是氢气缓冲罐剖面示意图。
图3是电池堆安装示意图。
图4是底板立体图。
图5是减震垫立体图。
图6是减震垫侧视图。
图7是减震垫仰视图。
图8是快接接头安装示意图。
图9是接头主体立体图。
图10是面板立体图。
图11是防护板立体图。
图中 电池堆1、汽水分离器2、氢气缓存罐3、罐体3-1、柱状通孔3-2、前盖3-3、后盖3-4、活塞3-5、弹簧3-6、供氢管道4、排污管道5、脉排阀6、回收泵7、控制阀8、底板9、硅胶减震垫10、垫体10-1、凸台10-2、凹槽10-3、快接接头11、接头主体11-1、环凸11-3、导向齿A11-4、导向齿B 11-5、弹性卡子11-6、卡块11-7、防护板12、防护单板12-1。
具体实施方式
如图1所示，一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，所述欠气补偿装置为氢气缓存罐3；供氢管道4连接氢气缓冲罐3的进气口，氢气缓冲罐3的进气口通过管道连接电池堆1的氢气入口，电池堆1的氢气出口通过管道连接汽水分离器2的进口，汽水分离器2的气体出口通过管道连接供氢管道4，汽水分离器2的液体出口通过管道连接排污管道5，所述电池堆1的氢气出口还通过管道连接排污管道5，并在连接电池堆1的氢气出口与排污管道5的管道上安装有脉排阀6，构成燃料电池发动机氢气系统；在连接汽水分离器2的气体出口与供氢管道4的管道上安装有回收泵7；在连接汽水分离器2的液体出口与排污管道5的管道上安装有控制阀8。
如图2所示，所述缓冲罐3包括罐体3-1，所述罐体3-1内设置有贯穿罐体3-1两端的柱状通孔3-2，所述罐体3-1两端分别安装有前盖3-3、后盖3-4，封口，构成罐体内腔，所述前盖3-2上设置有进气口，所述罐体3-1侧壁设置有出气口；所述通孔3-2内设置有活塞3-5，活塞3-5与罐体3-1滑动密封配合连接，且在所述活塞3-5与后盖3-4之间设置有弹簧3-6，弹簧3-6两端分别与活塞3-5、后盖3-4连接，所述出气口位于活塞3-5前方。
如图3-11所示，所述电池堆1固定安装在底板9上，所述底板9为蜂窝板，其上设置有槽，槽内设置有硅胶减震垫10，减震垫10夹在电池堆1与底板9之间；所述减震垫10包括垫体10-1，垫体上表面均匀分布设置有若干凸台10-2，所有凸台10-2平行分布，相互之间留有间隙，所述凸台10-2与垫体10-1一体，且凸台10-2两端面与垫体10-1两侧面平齐，所述垫体10-1下表面上均匀分布设置有若干凹槽10-3；所述凹槽10-3扣在底板9上形成气腔，所述凸台10-2支撑在电池堆1底部；所述电池堆1的氢气入口、氢气出口均上安装有快接接头11，并通过快接接头11连接并连通管道；所述快接接头11包括接头主体11-1以及面板11-2，所述接头主体11-1为柱状体，其外周设置有环凸11-3，环凸11-3将接头主体11-1分成内侧段、外侧段，所述接头主体11-1内设置有贯穿接头主体11-1两端的通孔，所述接头主体11-1外侧段上一周圈均匀分布设置有若干导向齿A 11-4，所述面板11-2上设置有圆孔，圆孔内壁一周圈均匀分布设置有若干导向齿B 11-5，所述导向齿A 11-4与接头主体11-1一体，导向齿B11-5与面板11-2一体；相邻两个导向齿A 11-4之间留有供导向齿B 11-5通过的间隙；所述电池堆1上开圆孔，构成所述电池堆1的氢气入口、氢气出口，所述接头主体11-1置于电池堆1内，其外侧段由圆孔伸出，环凸11-3抵在电池堆1内壁上，所述面板11-2于电池堆1外套在接头主体11-1外侧段上，导向齿A 11-4与导向齿B 11-5一一对应楔合，接头主体11-1与面板11-2夹紧电池堆1；所述接头主体11-1外侧段端口连接并连通管道；在所述面板11-2上的圆孔内壁还设置有弹性卡子11-6，在所述接头主体11-1外侧段上还设置有卡块11-7，所述导向齿A 11-4与导向齿B 11-5一一对应楔合，弹性卡子11-6与卡块11-7卡接；所述导向齿B11-5与导向齿A 11-4的相对侧面均为斜面，所述面板11-2作与接头主体11-1相对旋转，导向齿A 11-4与对应导向齿B 11-5的斜面接触，并沿着斜面相对滑动，楔合；所述卡块11-7与接头主体11-1一体过度连接，所述面板11-2作与接头主体11-1相对旋转，弹性卡子11-6在卡块11-7上滑动；所述电池堆1上固定安装有防护板12，覆盖燃料电池电堆1的顶面以及两侧面，所述防护板12由若干防护单板12-1拼接构成，且在每个防护单板12-1上均设置有固定孔，螺栓穿过固定孔与电池堆1连接，固定防护单板12-1。
以上公开的仅仅是本发明的较佳实施例，但并非用以限制其本身，任何本领域的技术人员在不违背本发明精神内涵的情况下，所作的变化和改动，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，所述欠气补偿装置为氢气缓存罐；供氢管道连接氢气缓冲罐的进气口，氢气缓冲罐的进气口通过管道连接电池堆的氢气入口，电池堆的氢气出口通过管道连接汽水分离器的进口，汽水分离器的气体出口通过管道连接供氢管道，汽水分离器的液体出口通过管道连接排污管道，所述电池堆的氢气出口还通过管道连接排污管道，并在连接电池堆的氢气出口与排污管道管道上安装有脉排阀，构成燃料电池发动机氢气系统；
所述缓冲罐包括罐体，所述罐体内设置有贯穿罐体两端的柱状通孔，所述罐体两端分别安装有前盖、后盖，封口，构成罐体内腔，所述前盖上设置有进气口，所述罐体侧壁设置有出气口；所述通孔内设置有活塞，活塞与罐体滑动密封配合连接，且在所述活塞与后盖之间设置有弹簧，弹簧两端分别与活塞、后盖连接，所述出气口位于活塞前方。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，在连接汽水分离器的气体出口与供氢管道的管道上安装有回收泵。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，在连接汽水分离器的液体出口与排污管道的管道上安装有控制阀。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，所述电池堆固定安装在底板上，所述底板为蜂窝板，其上设置有槽，槽内设置有硅胶减震垫，减震垫夹在电池堆与底板之间；
所述减震垫包括垫体，垫体上表面均匀分布设置有若干凸台，所有凸台平行分布，相互之间留有间隙，所述凸台与垫体一体，且凸台两端面与垫体两侧面平齐，所述垫体下表面上均匀分布设置有若干凹槽；所述凹槽扣在底板上形成气腔，所述凸台支撑在电池堆底部。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，所述电池堆的氢气入口、氢气出口均上安装有快接接头，并通过快接接头连接并连通管道；
所述快接接头包括接头主体以及面板，所述接头主体为柱状体，其外周设置有环凸，环凸将接头主体分成内侧段、外侧段，所述接头主体内设置有贯穿接头主体两端的通孔，所述接头主体外侧段上一周圈均匀分布设置有若干导向齿A，所述面板上设置有圆孔，圆孔内壁一周圈均匀分布设置有若干导向齿B，所述导向齿A与接头主体一体，导向齿B与面板一体；相邻两个导向齿A之间留有供导向齿B通过的间隙；
所述电池堆上开圆孔，构成所述电池堆的氢气入口、氢气出口，所述接头主体置于电池堆内，其外侧段由圆孔伸出，环凸抵在电池堆内壁上，所述面板于电池堆外套在接头主体外侧段上，导向齿A与导向齿B一一对应楔合，接头主体与面板夹紧电池堆；所述接头主体外侧段端口连接并连通管道。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，在所述面板上的圆孔内壁还设置有弹性卡子，在所述接头主体外侧段上还设置有卡块，所述导向齿A与导向齿B一一对应楔合，弹性卡子与卡块卡接。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，
所述导向齿B与导向齿A的相对侧面均为斜面，所述面板作与接头主体相对旋转，导向齿A与对应导向齿B的斜面接触，并沿着斜面相对滑动，楔合；
所述卡块与接头主体一体过度连接，所述面板作与接头主体相对旋转，弹性卡子在卡块上滑动。
8.根据权利要求4所述的一种燃料电池发动机氢气系统欠气补偿装置，其特征在于，所述电池堆上固定安装有防护板，覆盖电池堆的顶面以及两侧面，所述防护板由若干防护单板拼接构成，且在每个防护单板上均设置有固定孔，螺栓穿过固定孔与电池堆连接，固定防护单板。
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