CN112201810B - 一种稳压供气的氢燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳压供气的氢燃料电池装置，涉及氢燃料电池领域，解决了现有技术中氢燃料电池因压力不稳造成电压不稳的问题，其技术要点是：包括反应单元；储气单元，所述储气单元用于存储反应剂；供气单元，供气单元设有两组，且供气单元分别与反应单元的阳极和阴极连通；压力罐，所述压力罐与供气单元连通，供气单元向压力罐内充入氢气或氧气，压力罐与反应单元连通，压力罐内的氢气或氧气充入反应单元内；稳压阀，所述稳压阀设在压力罐和反应单元的气路上；控制单元，所述控制单元在压力罐内设有第一压力传感器，控制单元与供气单元和反应单元电性连接；本发明具有供气稳定和控制简单的特点。

Description

一种稳压供气的氢燃料电池装置

技术领域

本发明涉及氢燃料电池领域，尤其涉及一种稳压供气的氢燃料电池装置。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，由于燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

氢氧燃料电池采用气泵供给反应剂，由于燃料电池的电压与供气压力有关，当供气压力不稳定时，容易造成燃料电池电池压力不稳定，因此，我们提出了一种稳压供气的氢燃料电池装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种稳压供气的氢燃料电池装置，以解决现有技术中氢燃料电池因压力不稳造成电压不稳的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种稳压供气的氢燃料电池装置，包括反应单元，所述反应单元用于氢气和氧气进行电化学反应，储气单元，所述储气单元用于存储反应剂，储气单元包括储氢模块，供气单元，供气单元设有两组，且供气单元分别与反应单元的阳极和阴极连通，与反应单元上阳极连通的供气单元与储氢模块连通；压力罐，所述压力罐与供气单元连通，供气单元向压力罐内充入氢气或氧气，压力罐与反应单元连通，压力罐内的氢气或氧气充入反应单元内；稳压阀，所述稳压阀设在压力罐和反应单元的气路上；控制单元，所述控制单元在压力罐内设有第一压力传感器，控制单元与供气单元和反应单元电性连接。

作为本发明进一步的方案，所述供气单元包括外壳，外壳内设有腰型内腔，外壳的一侧设有第一进气口和第二出气口，且第一进气口和第二出气口设在靠近外壳中间的位置，外壳的另一侧设有第一出气口和第二进气口，且第一出气口和第一进气口共线，第二进气口和第二出气口共线，第一进气口和第二进气口均与腰形内腔连通，且第一进气口和第二进气口上设有流通方向从外壳外侧至腰形内腔的单向阀，第二出气口和第一出气口均与腰形内腔连通，且第二出气口和第一出气口上设有流通方向从腰形内腔至外壳外侧的单向阀；

所述腰形内腔内还设有转子和驱动轴，所述转子的横截面为三角形，且转子的侧面为弧形面，转子的侧边与腰形内腔的内壁之间接触；驱动轴上设有第二轴颈，第二轴颈设在转子的内部，且第二轴颈与转子转动连接，驱动轴通过轴承安装到外壳上，且驱动轴的一端伸出到外壳的外侧并固定连接有驱动电机；所述转子的一端还固定连接有从动齿圈，腰形内腔在从动齿圈的一端还固定连接有驱动齿轮，驱动齿轮与从动齿圈啮合。

作为本发明进一步的方案，所述供气单元包括第一外壳、第二外壳和第三外壳，所述第一外壳和第三外壳设在第二外壳的两侧，且第一外壳和第三外壳均与第二外壳密封连接，第二外壳上设有腰形孔，第一外壳和第三外壳上均设有用于安装驱动轴的通孔，第三外壳上还设有齿轮盖，且齿轮盖与第三外壳上密封连接。

作为本发明进一步的方案，所述外壳内设有冷却水道，所述冷却水道包括第一水道、第二水道和第三水道，所述第一水道和第三水道均为环形凹槽，第二水道为均布在腰形内腔外侧的多组通孔，第一水道上设有进水孔，第三水道上设有出水孔。

作为本发明进一步的方案，所述转子的侧边镶嵌有密封条。

作为本发明进一步的方案，控制单元上还设有报警单元，控制单元在储气单元还设有余量测量模块，余量测量模块与控制单元电性连接。

作为本发明进一步的方案，储气单元还包括储氧模块，所述储氧模块内存储有氧气；所述储氧模块与反应单元的阴极所连接的供气单元连通。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明通过能够线性控制的供气单元提高了氢燃料电池的供气的气压控制精度，同时降低了供气气压的控制难度，从而提高了氢燃料电池的供气的气压供气的稳定性。

本发明以压力罐作为临时储气装置，并使得压力罐内的气压始终保持稳定，从而减小了气源压力的变化对氢燃料电池的压力变化，且本发明通过稳压阀稳定反应单元的供气压力，进一步的提高了反应单元的供气稳定性。

附图说明

图1为稳压供气的氢燃料电池装置的结构示意图。

图2为稳压供气的氢燃料电池装置中供气单元主视方向的全剖图。

图3为稳压供气的氢燃料电池装置中供气单元左视方向的全剖图。

图4为稳压供气的氢燃料电池装置中偏心轴的结构示意图。

附图标记：100-反应单元，200-储气单元，210-储氢模块，220-储氧模块，300-供气单元，310-外壳，311-第一外壳，312-第二外壳，313-第三外壳，314-齿轮盖，315-第一水道，316-第二水道，317-第三水道，320-第一进气口，330-第二出气口，340-第一出气口，350-第二进气口，360-转子，370-驱动齿轮，380-驱动轴，381-第一轴颈，382-第二轴颈，383-第三轴颈，390-从动齿圈，400-压力罐，500-稳压阀，600-控制单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

由图1所示，一种稳压供气的氢燃料电池装置，包括反应单元100，所述反应单元100用于氢气和氧气进行电化学反应，反应单元100内设有阳极、阴极和电解质，所述氢气从阳极通入，氧气从阴极通入，氢气和氧气在反应单元100进行电化学反应从而产生电能；

储气单元200，所述储气单元200用于存储反应剂，储气单元200包括储氢模块210，所述储氢模块210用于存储氢气，在一些示例中，储氢模块210为储氢罐；

供气单元300，所述供气单元300为反应单元100提供稳定的压力，从而使得反应单元100产生的电压稳定，供气单元300设有两组，且供气单元300分别与反应单元100的阳极和阴极连通，与反应单元100上阳极连通的供气单元300与储氢模块210连通；

如图2、图3和图4所示，所述供气单元300包括外壳310，外壳310内设有腰型内腔，外壳310的一侧设有第一进气口320和第二出气口330，且第一进气口320和第二出气口330设在靠近外壳310中间的位置，外壳310的另一侧设有第一出气口340和第二进气口350，且第一出气口340和第一进气口320共线，第二进气口350和第二出气口330共线，第一进气口320和第二进气口350均与腰形内腔连通，且第一进气口320和第二进气口350上设有流通方向从外壳310外侧至腰形内腔的单向阀，第二出气口330和第一出气口340均与腰形内腔连通，且第二出气口330和第一出气口340上设有流通方向从腰形内腔至外壳310外侧的单向阀，所述腰形内腔内还设有转子360和驱动轴380，所述转子360的横截面为三角形，且转子360的侧面为弧形面，转子360的侧边与腰形内腔的内壁之间接触，转子360将腰形内腔分为三组封闭内腔，驱动轴380上设有第二轴颈382，第二轴颈382设在转子360的内部，且第二轴颈382与转子360转动连接，驱动轴380通过轴承安装到外壳310上，且驱动轴380的一端伸出到外壳310的外侧并固定连接有驱动电机，所述驱动电机用于带动驱动轴380转动；所述转子360的一端还固定连接有从动齿圈390，腰形内腔在从动齿圈390的一端还固定连接有驱动齿轮370，驱动齿轮370与从动齿圈390啮合；当驱动电机带动驱动轴380转动时，驱动轴380带动转子360转动，同时驱动齿轮370带动转子360自转，从而使得转子360能够在腰形内腔内转动，且转子360转动时，转子360的侧边与腰形内腔始终接触，当转子360在腰形内腔内转动时，转子360的侧面与腰形内腔形成的封闭内腔的体积连续变化，且三组闭内腔绕驱动轴380的轴线转动，三组封闭内腔在转动和体积连续变化的过程中将外界空气从第一进气口320和第二进气口350处吸入腰形内腔内并从第一出气口340和第二出气口330处排出，从而完成供气单元300的供气动作，当驱动电机匀速转动时，第一进气口320和第二进气口350连续吸气，第二出气口330和第一出气口340连续排气，从而使得供气单元300能够连续供气，且第二出气口330和第一出气口340的排气效率保持稳定，由于供气单元300依靠内部的三组封闭空间的体积变化供气，使得供气单元300能够提高较大的压力，供气单元300方便调节供气压力；

优选的，所述转子360的侧边镶嵌有密封条，所述密封条用于密封360的侧边和腰形内腔的内壁；

优选的，所述供气单元300包括第一外壳311、第二外壳312和第三外壳313，所述第一外壳311和第三外壳313设在第二外壳312的两侧，且第一外壳311和第三外壳313均与第二外壳312密封连接，第二外壳312上设有腰形孔，第一外壳311和第三外壳313上均设有用于安装驱动轴380的通孔，第三外壳313上还设有齿轮盖314，所述齿轮盖314用于固定连接驱动齿轮370，且齿轮盖314与第三外壳313上密封连接；

所述驱动轴380在第二轴颈382的两侧还设有第一轴颈381和第三轴颈383，所述第一轴颈381安装在第一外壳311上，所述第三轴颈383安装到齿轮盖314上；

优选的，为了防止供气单元300在工作过程中产生大量热量，所述外壳310内设有冷却水道，所述冷却水道包括第一水道315、第二水道316和第三水道317，所述第一水道315和第三水道317均为环形凹槽，第二水道316为均布在腰形内腔外侧的多组通孔，第一水道315上设有进水孔，第三水道317上设有出水孔，冷却水从第一水道315内进入流经第二水道316后从第三水道317处流出并带走外壳310上的热量，从而达到对外壳310降温的目的；

压力罐400，所述压力罐400与供气单元300连通，供气单元300向压力罐400内充入氢气或氧气使得压力罐400内的压力保持稳定，压力罐400与反应单元100连通，压力罐400内的氢气或氧气充入反应单元100内，压力罐400用于方便测量管路压力；

稳压阀500，所述稳压阀500设在压力罐400和反应单元100的气路上，所述稳压阀500用于稳定进入反应单元100内的氢气或氧气的压力值；

控制单元600，所述控制单元600用于控制供气单元300的工作状态，控制单元600在压力罐400内设有第一压力传感器，控制单元600与供气单元300和反应单元100电性连接，由于压力罐400内的压力需要保持稳定，第一压力传感器用于测量压力罐400内的压力，控制单元600通过第一压力传感器测量压力罐400内的压力，并根据测量值控制供气单元300的工作，当压力罐400内压力值大于阈值时，控制单元600控制供气单元300减少供气，当压力罐400内压力小于阈值时，控制单元600控制供气单元300增加供气；

优选的，控制单元600上还设有报警单元，控制单元600在储气单元200还设有余量测量模块，所述余量测量模块用于测量储气单元200内的储气量，余量测量模块与控制单元600电性连接；

在一些示例中，所述余量测量模块为第二压力传感器；

在一些示例中，所述控制单元600包括单片机和供电模块；

反应单元100上的阳极连接方式为：储氢模块210通过气管连接到其中一组供气单元300上的第一进气口320和第二进气口350上，第一出气口340和第二进气口350通过气管连接压力罐400，压力罐400通过气管连接反应单元100上的阳极进气口，稳压阀500设在压力罐400与反应单元100上的连接通道上；

反应单元100上的阴极连接方式为：第一出气口340和第二进气口350通过气管连接压力罐400，压力罐400通过气管连接反应单元100上的阴极进气口，稳压阀500设在压力罐400与反应单元100上的连接通道上；

控制单元600的电力输入端与反应单元100阳极接线柱和阴极接线柱电性连接，控制单元600的信号输入端与压力罐400内的第一压力传感器电性连接，控制单元600内的信号输出端与供气单元300内的驱动电机电性连接；

本实施例通过空气为氢燃料电池供给氧气。

实施例2

作为本发明的另一个实施例，储气单元200还包括储氧模块220，所述储氧模块220内存储有氧气，在一些示例中，所述储氧模块220为氧气罐；所述储氧模块与反应单元100的阴极所连接的供气单元300连通；

本实施例中其他结构与实施例1相同。

综上所述，本发明的工作原理是：

供气单元300能够稳定供气，且供气单元300的供气量与供气单元300上驱动电机的转速有关，由于供气单元300的转速为线性控制量，使得供气单元300的供气量能够线性控制，从而方便控制单元600控制供气单元300供气量，同时能够提高供气单元300的控制精度；

本发明以压力罐400作为临时储气装置，并使得压力罐400内的气压始终保持稳定，从而减小了气源压力的变化对氢燃料电池的压力变化，且本发明通过稳压阀500稳定反应单元100的供气压力，进一步的提高了反应单元100的供气稳定性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种稳压供气的氢燃料电池装置，包括反应单元（100），所述反应单元（100）用于氢气和氧气进行电化学反应；储气单元（200），所述储气单元（200）用于存储反应剂，储气单元（200）包括储氢模块（210），其特征在于，还包括：

供气单元（300），供气单元（300）设有两组，且供气单元（300）分别与反应单元（100）的阳极和阴极连通，与反应单元（100）上阳极连通的供气单元（300）与储氢模块（210）连通；

压力罐（400），所述压力罐（400）与供气单元（300）连通，供气单元（300）向压力罐（400）内充入氢气或氧气，压力罐（400）与反应单元（100）连通，压力罐（400）内的氢气或氧气充入反应单元（100）内；

稳压阀（500），所述稳压阀（500）设在压力罐（400）和反应单元（100）的气路上；

控制单元（600），所述控制单元（600）在压力罐（400）内设有第一压力传感器，控制单元（600）与供气单元（300）和反应单元（100）电性连接；

所述供气单元（300）包括外壳（310），外壳（310）内设有腰型内腔，外壳（310）的一侧设有第一进气口（320）和第二出气口（330），且第一进气口（320）和第二出气口（330）设在靠近外壳（310）中间的位置，外壳（310）的另一侧设有第一出气口（340）和第二进气口（350），且第一出气口（340）和第一进气口（320）共线，第二进气口（350）和第二出气口（330）共线，第一进气口（320）和第二进气口（350）均与腰形内腔连通，且第一进气口（320）和第二进气口（350）上设有流通方向从外壳（310）外侧至腰形内腔的单向阀，第二出气口（330）和第一出气口（340）均与腰形内腔连通，且第二出气口（330）和第一出气口（340）上设有流通方向从腰形内腔至外壳（310）外侧的单向阀；

所述腰形内腔内还设有转子（360）和驱动轴（380），所述转子（360）的横截面为三角形，且转子（360）的侧面为弧形面，转子（360）的侧边与腰形内腔的内壁之间接触；驱动轴（380）上设有第二轴颈（382），第二轴颈（382）设在转子（360）的内部，且第二轴颈（382）与转子（360）转动连接，驱动轴（380）通过轴承安装到外壳（310）上，且驱动轴（380）的一端伸出到外壳（310）的外侧并固定连接有驱动电机；所述转子（360）的一端还固定连接有从动齿圈（390），腰形内腔在从动齿圈（390）的一端还固定连接有驱动齿轮（370），驱动齿轮（370）与从动齿圈（390）啮合。

2.根据权利要求1所述的稳压供气的氢燃料电池装置，其特征在于，所述供气单元（300）包括第一外壳（311）、第二外壳（312）和第三外壳（313），所述第一外壳（311）和第三外壳（313）设在第二外壳（312）的两侧，且第一外壳（311）和第三外壳（313）均与第二外壳（312）密封连接，第二外壳（312）上设有腰形孔，第一外壳（311）和第三外壳（313）上均设有用于安装驱动轴（380）的通孔，第三外壳（313）上还设有齿轮盖（314），且齿轮盖（314）与第三外壳（313）上密封连接。

3.根据权利要求2所述的稳压供气的氢燃料电池装置，其特征在于，所述外壳（310）内设有冷却水道，所述冷却水道包括第一水道（315）、第二水道（316）和第三水道（317），所述第一水道（315）和第三水道（317）均为环形凹槽，第二水道（316）为均布在腰形内腔外侧的多组通孔，第一水道（315）上设有进水孔，第三水道（317）上设有出水孔。

4.根据权利要求1所述的稳压供气的氢燃料电池装置，其特征在于，所述转子（360）的侧边镶嵌有密封条。

5.根据权利要求1所述的稳压供气的氢燃料电池装置，其特征在于，控制单元（600）上还设有报警单元，控制单元（600）在储气单元（200）还设有余量测量模块，余量测量模块与控制单元（600）电性连接。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的稳压供气的氢燃料电池装置，其特征在于，储气单元（200）还包括储氧模块（220），所述储氧模块（220）内存储有氧气；所述储氧模块与反应单元（100）的阴极所连接的供气单元（300）连通。