CN115064739A - 一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了应用于气体检测领域的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，该装置通过椭面鼓气管和气鼓环的设置，供气量正常时，外鼓环与压力传感器分离，此时压力传感器不产生受力数据，当供气量变少时，气体压力变小，导致外鼓环膨胀幅度变小，并对边缘的压力传感器产生挤压力，随着供气量与正常量差异越来越大，越来越多的压力传感器上产生受力数据，工作人员可根据压力传感器上数据情况实时判断供气情况，另外，在供气量变少时，透光球壳处的光强度明显变小，从而可在视觉上提醒附近的工作人员，相较于现有技术，可从两方面同时预警供气量的变少，便于及时进行相应的措施，有效保证燃料电池的电能转化效率。

Description

一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置

技术领域

本申请涉及气体检测领域，特别涉及一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置。

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，又称电化学发电器。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。另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。

气体供应量受到燃料电池供气管气密性的影响，现有技术中，关于供气管气密性的测量，一般是往燃料电池电堆相对应的回路口通入一定气压的气体，然后密封，等待一定的时间后，如果压力表显示的压力有减小，说明有泄漏的现象。

而这种方式，需要定期检测，不能实现实时检测，当由于气管气密性下降导致供气量变少的情况时，难以及时发觉并难以及时进行相应处理，而气体实际供应量比预期的供应量低，影响燃料电池的电能转化效率。

发明内容

本申请目的在于当供气量变少时能被实时检测出并进行预警，相比现有技术提供一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，通过位于燃料电池与供气管之间的透光球壳，所述透光球壳左右两端分别固定连接有外连环和出气连环，所述外连环和出气连环分别与供气管以及燃料电池的进气口口部连接，所述透光球壳内部固定连接有椭面鼓气管，所述透光球壳、外连环以及椭面鼓气管同轴设置，所述椭面鼓气管外包裹有气鼓环，所述气鼓环包括两个定型环以及固定连接在两个定型环之间的外鼓环，所述外鼓环与椭面鼓气管表面贴附，两个所述定型环均与椭面鼓气管外表面固定连接，所述椭面鼓气管上开凿有多个均匀分布的气孔，多个所述气孔均位于外鼓环内侧，所述椭面鼓气管外端还安装有多个均匀分布的压力传感器，在供气时，通过减小椭面鼓气管口部的排气内径，使大部分气体聚集在椭面鼓气管内，对外鼓环产生向外的挤压力，使其向外膨胀，当供气量正常时，外鼓环与压力传感器分离，此时压力传感器不产生受力数据，当供气量变少时，气体压力变小，导致外鼓环膨胀幅度变小，并对边缘的压力传感器产生挤压力，随着供气量与正常量差异越来越大，越来越多的压力传感器上产生受力数据，工作人员可根据压力传感器上数据情况实时判断供气情况，另外，在供气量变少时，透光球壳处的光强度明显变小，从而可在视觉上提醒附近的工作人员，相较于现有技术，可从两方面同时预警供气量的变少，有效保证燃料电池的电能转化效率。

可选的，在不供气时，所述外鼓环与椭面鼓气管表面贴附，且压力传感器与外鼓环挤压接触，即不供气时，多个压力传感器上均有受力数据，在供气时，除去最边缘的压力传感器，其余压力传感器均不产生受力数据，当发生供气量变少情况时，边缘的压力传感器上受力数据逐渐增大，随着供气量继续减少，产生受力数据的压力传感器从边缘向中间逐渐变多。

可选的，所述透光球壳为硬质透明结构，且透光球壳直径为椭面鼓气管中部最大圆形截面直径的3-5倍，使透光球壳不易影响外鼓环的正常膨胀，为外鼓环的膨胀提供一定的空间。

可选的，所述外连环和出气连环均为T形结构，且靠近供气管一端的内径为靠近透光球壳一端内径的1.5-2倍，使供气管进入到透光球壳内的气体，通过缩小内径，增大进入到椭面鼓气管内的气体压力，进而使气体通过气孔进入到椭面鼓气管和气鼓环之间时，便于气体向外挤压气鼓环使其向外膨胀，所述出气连环的两端内径相同，且出气连环直径与外连环靠近供气管一端内径相同，使进入到燃料电池电堆内气体的压力与供气管内原本的气体压力差别不大，不易对电堆造成影响。

可选的，沿着气体的流动方向，椭面鼓气管出气端口部的直径小于进气端口部的直径，所述进气端内径和与其相连的外连环口部内径一致，且进气端直径为出气端直径的2-3倍，使进入到椭面鼓气管内的气体不易很快从较小口径的出气端排出，进而使对挤压气鼓环使其向外膨胀的效果更好。

可选的，所述外鼓环包括多个触力段以及多个分别连接在相邻两个触力段之间的延伸段，位于最边缘两个触力段分别与两个定型环固定连接，且多个触力段分别与多个压力传感器的位置对应，所述定型环为硬质结构，所述延伸段为双层透明的弹性密封结构，使延伸段不易遮挡其内部的变光环，所述定型环为实心弹性材料制成，使其硬度相对触力段高，进而使其与压力传感器接触时，易造成压力传感器上的数据变化，同时使气鼓环在气体作用下向外膨胀时，形变部分主要集中在触力段处，双层的所述延伸段内设有变光环。

可选的，所述变光环包括两个分别固定连接在相邻触力段端部的随离片环以及固定连接在两个随离片环相互靠近一侧下端的下凹弹环，两个随离片环的端部相互接触但不重合，所述下凹弹环内底端固定连接有内显光环，所述内显光环内填充有有色荧光液，在不供气时，外鼓环不膨胀，此时两个随离片环的位置不改变，从而对内显光环实现遮光，在透光球壳外看不到或者仅看到很微弱的光现象，在供气量正常时，外鼓环向外膨胀，且由于延伸段形变幅度更大，带动两个随离片环相互远离，下凹弹环逐渐延长，使其弯曲弧度逐渐趋于水平，此时内显光环裸露，且内显光环随下凹弹环的拉伸而被拉伸，使其内彩色荧光液的分布更加均匀，此时，内显光环发出的光从两个随离片环之间外露，使从透光球壳外观察到透光球壳明显的发光现象，当供气量减少时，随离片环之间距离减小，内显光环的拉伸逐渐复原，使彩色荧光液再次向两侧聚集，使光强度明显变小，通过视觉变化，可对周边工作人员进行提醒预警。

可选的，所述内显光环包括两个朝向随离片环一侧固定的存液凸环以及固定连接在两个存液凸环之间的排液平环，所述排液平环贴附在下凹弹环底部，且排液平环正对两个随离片环相互靠近的端部，即此时内显光环中部进存在很少的彩色荧光液，使两个随离片环之间不易发生漏光的情况。

可选的，所述存液凸环和排液平环均为弹性透明材料制成，所述随离片环为遮光的弹性材料制成，当内显光环随外鼓环的膨胀而受到拉伸时，使存液凸环逐渐扁平，而排液平环之间与存液凸环顶部之间高度差逐渐减小，使彩色荧光液可相对均匀分布在存液凸环和排液平环内，使荧光能从两个相互分离的随离片环处外溢。

相比于现有技术，本申请的优点在于：

（1）在供气时，通过减小椭面鼓气管口部的排气内径，使大部分气体聚集在椭面鼓气管内，对外鼓环产生向外的挤压力，使其向外膨胀，当供气量正常时，外鼓环与压力传感器分离，此时压力传感器不产生受力数据，当供气量变少时，气体压力变小，导致外鼓环膨胀幅度变小，并对边缘的压力传感器产生挤压力，随着供气量与正常量差异越来越大，越来越多的压力传感器上产生受力数据，工作人员可根据压力传感器上数据情况实时判断供气情况，另外，在供气量变少时，透光球壳处的光强度明显变小，从而可在视觉上提醒附近的工作人员，相较于现有技术，可从两方面同时预警供气量的变少，有效保证燃料电池的电能转化效率。

（2）在不供气时，外鼓环与椭面鼓气管表面贴附，且压力传感器与外鼓环挤压接触，即不供气时，多个压力传感器上均有受力数据，在供气时，除去最边缘的压力传感器，其余压力传感器均不产生受力数据，当发生供气量变少情况时，边缘的压力传感器上受力数据逐渐增大，随着供气量继续减少，产生受力数据的压力传感器从边缘向中间逐渐变多。

（3）透光球壳为硬质透明结构，且透光球壳直径为椭面鼓气管中部最大圆形截面直径的3-5倍，使透光球壳不易影响外鼓环的正常膨胀，为外鼓环的膨胀提供一定的空间。

（4）外连环和出气连环均为T形结构，且靠近供气管一端的内径为靠近透光球壳一端内径的1.5-2倍，使供气管进入到透光球壳内的气体，通过缩小内径，增大进入到椭面鼓气管内的气体压力，进而使气体通过气孔进入到椭面鼓气管和气鼓环之间时，便于气体向外挤压气鼓环使其向外膨胀，出气连环的两端内径相同，且出气连环直径与外连环靠近供气管一端内径相同，使进入到燃料电池电堆内气体的压力与供气管内原本的气体压力差别不大，不易对电堆造成影响。

（5）沿着气体的流动方向，椭面鼓气管出气端口部的直径小于进气端口部的直径，进气端内径和与其相连的外连环口部内径一致，且进气端直径为出气端直径的2-3倍，使进入到椭面鼓气管内的气体不易很快从较小口径的出气端排出，进而使对挤压气鼓环使其向外膨胀的效果更好。

（6）外鼓环包括多个触力段以及多个分别连接在相邻两个触力段之间的延伸段，位于最边缘两个触力段分别与两个定型环固定连接，且多个触力段分别与多个压力传感器的位置对应，定型环为硬质结构，延伸段为双层透明的弹性密封结构，使延伸段不易遮挡其内部的变光环，定型环为实心弹性材料制成，使其硬度相对触力段高，进而使其与压力传感器接触时，易造成压力传感器上的数据变化，同时使气鼓环在气体作用下向外膨胀时，形变部分主要集中在触力段处，双层的延伸段内设有变光环。

（7）变光环包括两个分别固定连接在相邻触力段端部的随离片环以及固定连接在两个随离片环相互靠近一侧下端的下凹弹环，两个随离片环的端部相互接触但不重合，下凹弹环内底端固定连接有内显光环，内显光环内填充有有色荧光液，在不供气时，外鼓环不膨胀，在供气量正常时，外鼓环向外膨胀，此时内显光环裸露，并发出光，使从透光球壳外观察到透光球壳明显的发光现象，当供气量减少时，随离片环之间距离减小，使彩色荧光液再次向两侧聚集，使光强度明显变小，通过视觉变化，可对周边工作人员进行提醒预警。

（8）内显光环包括两个朝向随离片环一侧固定的存液凸环以及固定连接在两个存液凸环之间的排液平环，排液平环贴附在下凹弹环底部，且排液平环正对两个随离片环相互靠近的端部，即此时内显光环中部进存在很少的彩色荧光液，使两个随离片环之间不易发生漏光的情况。

（9）存液凸环和排液平环均为弹性透明材料制成，随离片环为遮光的弹性材料制成，当内显光环随外鼓环的膨胀而受到拉伸时，使存液凸环逐渐扁平，而排液平环之间与存液凸环顶部之间高度差逐渐减小，使彩色荧光液可相对均匀分布在存液凸环和排液平环内，使荧光能从两个相互分离的随离片环处外溢。

附图说明

图1为本申请安装供气管和燃料电池之间时的正面图；

图2为本申请的立体图；

图3为本申请的正视截面图；

图4为本申请在未供气时椭面鼓气管的正面图；

图5为图4中A处放大图；

图6为本申请在供气时的截面图；

图7为本申请在供气量发生变化时的变化过程图；

图8为本申请的外鼓环的部分截面图；

图9为本申请的延伸段的部分截面图；

图10为本申请在供气时内显光环的截面图；

图11为本申请在供气前后内显光环截面变化图。

图中标号说明：

1透光球壳、11外连环、12出气连环、2椭面鼓气管、21气孔、3气鼓环、31定型环、32外鼓环、321触力段、322延伸段、4压力传感器、5变光环、51随离片环、52下凹弹环、6内显光环、61存液凸环、62排液平环。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

本申请公开了一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，请参阅图1-图3，包括位于燃料电池与供气管之间的透光球壳1，透光球壳1左右两端分别固定连接有外连环11和出气连环12，外连环11和出气连环12分别与供气管以及燃料电池的进气口口部连接，透光球壳1内部固定连接有椭面鼓气管2，透光球壳1、外连环11以及椭面鼓气管2同轴设置，椭面鼓气管2外包裹有气鼓环3，透光球壳1为硬质透明结构，且透光球壳1直径为椭面鼓气管2中部最大圆形截面直径的3-5倍，使透光球壳1不易影响外鼓环32的正常膨胀，为外鼓环32的膨胀提供一定的空间。

请参阅图4-图5，气鼓环3包括两个定型环31以及固定连接在两个定型环31之间的外鼓环32，外鼓环32与椭面鼓气管2表面贴附，两个定型环31均与椭面鼓气管2外表面固定连接，椭面鼓气管2上开凿有多个均匀分布的气孔21，多个气孔21均位于外鼓环32内侧，椭面鼓气管2外端还安装有多个均匀分布的压力传感器4，压力传感器4与外界的显示终端信号连接，显示终端可以为手机也可以为带有显示器的电脑，在压力传感器4上数据变化时，可将该变化信号反馈给显示终端，从而在线上对工作人员进行供气量变化进行预警。

如图4，在不供气时，外鼓环32与椭面鼓气管2表面贴附，且压力传感器4与外鼓环32挤压接触，即不供气时，多个压力传感器4上均有受力数据，在供气时，除去最边缘的压力传感器4，其余压力传感器4均不产生受力数据，当发生供气量变少情况时，边缘的压力传感器4上受力数据逐渐增大，随着供气量继续减少，产生受力数据的压力传感器4从边缘向中间逐渐变多。

另外值得注意的是，在具体实施时，通过多次调试，当供气量正常时，控制外鼓环32仅仅与最边缘的压力传感器4接触，使最边缘的压力传感器4上产生受力数据，使供气量明显变少时，最边缘的压力传感器4上受力数据明显变大，进而使供气量的变少，可通过压力传感器4上实时数据变化显示，相较于现有技术，便于工作人员及时人工干预，使供气量稳定。

如图3，外连环11和出气连环12均为T形结构，且靠近供气管一端的内径为靠近透光球壳1一端内径的1.5-2倍，如图6，图中箭头表示气体流动方向，使供气管进入到透光球壳1内的气体，通过缩小内径，增大进入到椭面鼓气管2内的气体压力，进而使气体通过气孔21进入到椭面鼓气管2和气鼓环3之间时，便于气体向外挤压气鼓环3使其向外膨胀，出气连环12的两端内径相同，且出气连环12直径与外连环11靠近供气管一端内径相同，使进入到燃料电池电堆内气体的压力与供气管内原本的气体压力差别不大，不易对电堆造成影响。

沿着气体的流动方向，椭面鼓气管2出气端口部的直径小于进气端口部的直径，进气端内径和与其相连的外连环11口部内径一致，且进气端直径为出气端直径的2-3倍，使进入到椭面鼓气管2内的气体不易很快从较小口径的出气端排出，进而使对挤压气鼓环3使其向外膨胀的效果更好。

请参阅图8，外鼓环32包括多个触力段321以及多个分别连接在相邻两个触力段321之间的延伸段322，位于最边缘两个触力段321分别与两个定型环31固定连接，且多个触力段321分别与多个压力传感器4的位置对应，定型环31为硬质结构，延伸段322为双层透明的弹性密封结构，使延伸段322不易遮挡其内部的变光环5，定型环31为实心弹性材料制成，使其硬度相对触力段321高，进而使其与压力传感器4接触时，易造成压力传感器4上的数据变化，同时使气鼓环3在气体作用下向外膨胀时，形变部分主要集中在触力段321处，双层的延伸段322内设有变光环5。

请参阅图9，变光环5包括两个分别固定连接在相邻触力段321端部的随离片环51以及固定连接在两个随离片环51相互靠近一侧下端的下凹弹环52，两个随离片环51的端部相互接触但不重合，下凹弹环52内底端固定连接有内显光环6，内显光环6内填充有有色荧光液，在不供气时，外鼓环32不膨胀，此时两个随离片环51的位置不改变，从而对内显光环6实现遮光，在透光球壳1外看不到或者仅看到很微弱的光现象，如图10和11，在供气量正常时，外鼓环32向外膨胀，且由于延伸段322形变幅度更大，带动两个随离片环51相互远离，下凹弹环52逐渐延长，使其弯曲弧度逐渐趋于水平，此时内显光环6裸露，且内显光环6随下凹弹环52的拉伸而被拉伸，使其内彩色荧光液的分布更加均匀，此时，内显光环6发出的光从两个随离片环51之间外露，使从透光球壳1外观察到透光球壳1明显的发光现象，当供气量减少时，随离片环51之间距离减小，内显光环6的拉伸逐渐复原，使彩色荧光液再次向两侧聚集，使光强度明显变小，通过视觉变化，可对周边工作人员进行提醒预警。

请参阅图11，内显光环6包括两个朝向随离片环51一侧固定的存液凸环61以及固定连接在两个存液凸环61之间的排液平环62，排液平环62贴附在下凹弹环52底部，且排液平环62正对两个随离片环51相互靠近的端部，即此时内显光环6中部进存在很少的彩色荧光液，使两个随离片环51之间不易发生漏光的情况。

存液凸环61和排液平环62均为弹性透明材料制成，随离片环51为遮光的弹性材料制成，当内显光环6随外鼓环32的膨胀而受到拉伸时，使存液凸环61逐渐扁平，而排液平环62之间与存液凸环61顶部之间高度差逐渐减小，使彩色荧光液可相对均匀分布在存液凸环61和排液平环62内，使荧光能从两个相互分离的随离片环51处外溢。

请参阅图7，在供气时，通过减小椭面鼓气管2口部的排气内径，使大部分气体聚集在椭面鼓气管2内，对外鼓环32产生向外的挤压力，使其向外膨胀，如图6，当供气量正常时，外鼓环32与压力传感器4分离，此时压力传感器4不产生受力数据，如图7，当供气量变少时，气体压力变小，导致外鼓环32膨胀幅度变小，并对边缘的压力传感器4产生挤压力，随着供气量与正常量差异越来越大，越来越多的压力传感器4上产生受力数据，工作人员可根据压力传感器4上数据情况实时判断供气情况，另外，在供气量变少时，透光球壳1处的光强度明显变小，从而可在视觉上提醒附近的工作人员，相较于现有技术，可从两方面同时预警供气量的变少，有效保证燃料电池的电能转化效率。

另外，值得注意的是，透光球壳1正对触力段321的部分为透明结构，透光球壳1的其余部分均为棕色透明结构，棕色部分具有一定的遮光作用，使透光球壳1内相对较暗，进而使从透光球壳1外观察到的变光环5处的光线较为明显，当供气量变少时，变光环5处光线变弱，前后的差异也更明显，使对工作人员的视觉提醒作用更好。

透光球壳1部位棕色透明设置为选择性的，在具体设置时，本领域技术人员可根据需要选择性设置为全透明或者部分棕色透明设置。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，包括位于燃料电池与供气管之间的透光球壳（1），其特征在于，所述透光球壳（1）左右两端分别固定连接有外连环（11）和出气连环（12），所述外连环（11）和出气连环（12）分别与供气管以及燃料电池的进气口口部连接，所述透光球壳（1）内部固定连接有椭面鼓气管（2），所述透光球壳（1）、外连环（11）以及椭面鼓气管（2）同轴设置，所述椭面鼓气管（2）外包裹有气鼓环（3），所述气鼓环（3）包括两个定型环（31）以及固定连接在两个定型环（31）之间的外鼓环（32），所述外鼓环（32）与椭面鼓气管（2）表面贴附，两个所述定型环（31）均与椭面鼓气管（2）外表面固定连接，所述椭面鼓气管（2）上开凿有多个均匀分布的气孔（21），多个所述气孔（21）均位于外鼓环（32）内侧，所述椭面鼓气管（2）外端还安装有多个均匀分布的压力传感器（4）。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，在不供气时，所述外鼓环（32）与椭面鼓气管（2）表面贴附，且压力传感器（4）与外鼓环（32）挤压接触。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，所述透光球壳（1）为硬质透明结构，且透光球壳（1）直径为椭面鼓气管（2）中部最大圆形截面直径的3-5倍。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，所述外连环（11）和出气连环（12）均为T形结构，且靠近供气管一端的内径为靠近透光球壳（1）一端内径的1.5-2倍，所述出气连环（12）的两端内径相同，且出气连环（12）直径与外连环（11）靠近供气管一端内径相同。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，沿着气体的流动方向，椭面鼓气管（2）出气端口部的直径小于进气端口部的直径，所述进气端内径和与其相连的外连环（11）口部内径一致，且进气端直径为出气端直径的2-3倍。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，所述外鼓环（32）包括多个触力段（321）以及多个分别连接在相邻两个触力段（321）之间的延伸段（322），位于最边缘两个触力段（321）分别与两个定型环（31）固定连接，且多个触力段（321）分别与多个压力传感器（4）的位置对应。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，所述定型环（31）为硬质结构，所述延伸段（322）为双层透明的弹性密封结构，所述定型环（31）为实心弹性材料制成，双层的所述延伸段（322）内设有变光环（5）。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，所述变光环（5）包括两个分别固定连接在相邻触力段（321）端部的随离片环（51）以及固定连接在两个随离片环（51）相互靠近一侧下端的下凹弹环（52），所述下凹弹环（52）内底端固定连接有内显光环（6），所述内显光环（6）内填充有有色荧光液。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，所述内显光环（6）包括两个朝向随离片环（51）一侧固定的存液凸环（61）以及固定连接在两个存液凸环（61）之间的排液平环（62），所述排液平环（62）贴附在下凹弹环（52）底部，且排液平环（62）正对两个随离片环（51）相互靠近的端部。

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池电堆气体供应量快速检测装置，其特征在于，所述存液凸环（61）和排液平环（62）均为弹性透明材料制成，所述随离片环（51）为遮光的弹性材料制成。

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