CN116093375A - 一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，属于燃料电池空气供给系统控制技术领域。燃料电池空气系统的压力波动通过氢空调压装置根据氢气的压力而调整。通过氢空调压装置的预紧可以调节空气和氢气进气的压力差，以适应不同的燃料电池工况。其工作过程为：当电堆的负载发生变化时，此时消耗的氧气量突变，造成空气系统的压力波动，当压力波动高过压力上限阈值时，高压空气会顶动膜片上移，排气阙口打开，多余的空气会排入大气，从而抑制空气系统的压力波动。当压力波动低于阈值时，弹簧会下压膜片将截止阀芯下移，阀门关闭，停止排气。与现有技术相比，本发明可以抑制空气系统的压力波动，提高燃料电池的耐久性和燃料经济性。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池空气供给系统控制技术领域，涉及一种基于氢空调压装置的新型车用质子交换膜燃料电池空气和氢气系统。
背景技术
能源是人类赖以生存的基石，随着化石能源的逐步匮竭和环境污染问题的日益严峻，应提倡大力发展新能源。燃料电池由于其发电效率高、无污染和功率密度大等优势成为较为理想的发电装置，其作为汽车电源，也是汽车未来发展的方向之一。
燃料电池作为燃料电池汽车的重要部件之一，然而其寿命、成本、耐久性和燃料经济性等问题制约着质子交换膜燃料电池在汽车上的商业化应用。由于空气进气系统具有高度非线性、时滞性、高压性和强耦合性等特性，会造成空气压力的不稳定，从而引起燃料电池的“氧饥饿”、“膜损伤”和氢气反应率低等问题。如何控制空气系统的压力稳定是提升燃料电池系统耐久性和燃料经济性的关键因素，有效的控制方案可以使电堆内部的压力在动态载荷的需求下响应快，压力波动较小，空气系统的动、静态特性较优，可以让燃料电池适应更复杂的车载工况。
目前大多数燃料电池空气系统的压力仅依靠背压阀进行压力调节，然而空气压力波动的响应时间、超调量和稳态精度控制不理想，对电堆耐久性和燃料经济性的影响大。对于大功率的燃料电池系统而言，随着压力的升高，压力波动更加明显。试验表明，在某一个空气系统的空气管路在200Kpa以上时，稳态压力波动精度在7Kpa左右，这样的压力波动会影响燃料电池质子交换膜的寿命和降低燃料的反应速率。这成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有燃料电池空气系统存在的压力波动控制的技术问题，本发明提出一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，以解决由于空气系统的压力波动导致的燃料电池耐久性差和燃料经济性劣的问题。该系统带有氢空调压装置，位于空气系统和氢气系统之间，实现空气端的压差波动控制，增加空气压力的可控性，提高空气系统的动态平稳性，从而提升燃料电池系统的综合性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于氢空调压装置的新型燃料电池空气系统和氢气系统，包括空气系统和氢气系统，氢空调压装置位于燃料电池空气系统和氢气系统之间，利用氢气侧的压力调整空气侧的压力波动变化。
所述的空气系统包括空气滤清器、流量传感器、空压机、中冷器、加湿器、温压传感器、背压阀以及各种管道。所述的空气滤清器、空压机、中冷器、加湿器依次通过管路连通后，加湿器还分别通过管路与氢空调压装置(具体与氢空调压装置的空气进气口17连通，进入空气气室16)、电堆(具体与电堆的阴极进气口连通)连通；背压阀设于电堆外侧，用于调节电堆进气前后的压力差。所述空气滤清器、空压机之间的管路设有流量传感器，用于测量进入空压机的空气流量；加湿器和电堆之间的管路设有温压传感器，用于测量管道内的压力和温度。其他各部分的作用为：所述的空气滤清器主要是过滤空气中杂质、灰尘等，保证空气洁净；所述的空压机用于压缩空气，产生足够能与氢气反应的空气；所述的中冷器用于给压缩空气降温，使进入电堆的空气温度低于80摄氏度；所述的加湿器用于加湿压缩空气，充分湿润进入电堆的空气。
所述的氢气系统包括氢瓶、瓶口阀、截止阀、过流阀、过滤器、减压阀、比例阀、泄压阀、排放口。所述的氢瓶用于储存高压氢气，其与过滤器联通的连接管路上依次设有截止阀、过流阀，其中，截止阀主要对连接管路中的氢气起着切断和节流的重要作用，过流阀用于检测流量，确认氢气的气体参数是否在设计范围内；氢瓶外侧还设有瓶口阀，用于检测氢气的温度压力。所述的过滤器后的连接管路上依次设有减压阀、比例阀、泄压阀，泄压阀后的连接管路分为两路，分别与氢空调压装置(具体与氢空调压装置的氢气进气口13连通，进入氢气气室7)、电堆(具体与电堆的阳极进气口连通)连通。所述其他各部分的作用为：所述的过滤器净化气体，拦截杂质，以免污染电堆；所述的比例阀用于调节进入电堆的氢气流量；所述的减压阀用于调节氢气压力，为电堆提供合适氢气压力；所述的泄压阀用于防止减压阀失效导致高压气体损坏阀后器件，其与排放口连通；所述的排放口主要是为了降低因泄露排放到大气中的氢浓度。
所述的氢空调压装置包括顶盖1、伺服电机2、丝杠3、滑块4、弹性膜片5、弹簧6、氢气气室7、上盖8、密封垫圈9、膜片10、定位凹槽11、顶块12、氢气进气口13、螺栓14、截止阀芯15、空气气室16、空气进气口17、母体18、空气排气口19。具体结构描述如下：
所述的上盖8和母体18之间采用密封垫圈9和膜片10紧密贴合，并采用螺栓14进行紧固，膜片10上方即上盖8内为氢气气室7，膜片10和母体18组成空气气室16，即氢气气室7和空气气室16通过膜片10隔离；所述装置母体18一侧设有空气进气口17，底部设有空气排气口19。所述上盖8一侧上方设有氢气进气口13，氢气进气口13与空气进气口17位于同一侧。所述膜片10中部上表面设有定位凹槽11，下表面安装顶块12。
所述的顶盖1通过螺栓固定到上盖8上表面，其中顶盖1为下端开口的圆柱体结构，上盖8顶部设有开口，开口处安装弹性膜片5，顶盖1和弹性膜片5被螺栓固定在上盖8上以防止氢气泄露。所述伺服电机2位于顶盖1内部，其通过螺栓固定在顶盖1上表面，伺服电机2的转子连接到丝杠3上，丝杠3与滑块4上表面连接，滑块4位于上盖8顶部开口处，且能够穿过该开口向上或者向下移动。所述滑块4下表面与弹性膜片5接触。弹性膜片5下方设有弹簧6，弹簧6底部与定位凹槽11连接，其中弹簧6尺寸大于上盖8顶部开口的尺寸，小于弹性膜片5的尺寸。
所述的截止阀芯15为上圆球下锥形阀芯结构，截止阀芯15的上端与顶块12下表面中部相连，下端与母体18的排气阙口形成同一斜度配合。所述的母体18的一侧开有水平进气口，与空气进气口17相连；底部向内设有垂直的排气口，与空气排气口19相连。
当伺服电机2旋转时，通过丝杠3带动滑块4向上或者向下移动，滑块4的位移会引起弹性膜片5的形变，从而压紧或放松弹簧6，达到了控制弹簧预紧力的目的；通过定位凹槽11来定位弹簧6，并且定位凹槽11能够通过重力压住膜片10与顶块12紧密贴合，保证空气和氢气不会相互串通；所述的截止阀芯15和母体18的排气阙口具有相同的斜度，使其能够完全贴合，达到关闭排气阙口的目的；所述的氢气进气口13与上盖8采用密封螺纹连接，防止氢气的逸散，以免造成安全事故；所述的空气进气口17与母体18侧边进气口采用密封螺纹连接，防止空气泄露，以免造成不必要的压力波动。
一种基于氢空调压装置的新型燃料电池空气系统和氢气系统的使用过程为：
所述的氢空调压装置具体的工作方式是：氢气系统中进入电堆之前的氢气通过管道引入氢气气室7。空气系统中进入电堆之前的空气由管道引入空气气室16。此时膜片10受力分析如下：Fh+Ft＝Fa，其中，Fh代表氢气对膜片8的压力，Ft代表弹簧对膜片10的弹力，也是施加膜片10的预紧力，代表空气和氢气的压力差；Fa代表空气对膜片10的压力。施加在膜片10的预紧力Ft可以通过伺服电机调节。进而可以根据不同的燃料电池工况调节空气和氢气之间的压差。
所述氢空调压装置响应速度的过程是：
假设膜片10的质量可以忽略，弹簧的等效质量为m1，定位凹槽11的质量为m2，顶块12的质量为m3，截止阀芯的质量为m4，总的等效质量为mt＝m1+m2+m3+m4。当空气气室16产生压力波动，且波动处于波峰时，膜片10空气侧的压力大于氢气侧的压力，故压力的合力向上，设为Fup，则由牛顿第二定律得：Fup＝mt·a，式中，a为等效质量的加速度，当mt很小时，同样的压力下，a很大；由于膜片的升程很小，故膜片响应的时间很短。这也因为气体与膜片是物理直接接触，膜片受外界压力的敏感性比较强。
所述的氢空调压装置具体的原理及其工作过程：
当电堆处于稳定输出状态时，氢气侧和空气侧的压力平衡，截止阀芯15将母体18上的排气阙口关闭，此时空气排气口19没有空气排出。当电堆的负载发生变化时，此时消耗的氧气量也突然变大或变小，这会造成空气系统的压力波动，当压力波动高过压力上限阈值时，高压空气会顶动膜片10上移，截止阀芯15将母体18上的排气阙口打开，多余的空气会排入大气，从而抑制空气系统的压力波动。当压力波动低于阈值时，弹簧6会下压膜片10将截止阀芯15下移，母体18上的排气阙口关闭，停止排气。氢空调压装置的作用就是保持空气系统内部的压力稳定，空气压力波动较大时，开启母体18上的排气阙口，从而防止压力波动传至电堆内部，以免损坏质子交换膜。同时，氢气端的压力由电堆的负载所决定，空气端压力波动调节阈值由氢气端压力和弹簧6二者协调控制，空气和氢气两者的压差保持不变，实现压力的平衡。
燃料电池空气系统的压力与氢气系统的压力之差由氢空调压器中的弹簧弹力限定，调节弹簧预紧力即可改变两者的压力差，弹簧的预紧力由伺服电机控制，从而实现自动调节预紧力的目的。由于氢气系统的压力是由比例阀和泄压阀协调控制，响应速度比较快，调整压力的速度比较快，故而将其作为稳定的压力参考值。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提出一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，通过氢空调压装置，将空气侧的压力波动控制在阈值范围之内，以解决由于空气系统的压力波动导致的燃料电池寿命短和燃料反应不充分的问题，增加空气压力的可控性，提高空气系统的动态平稳性，从而提升燃料电池系统的综合性能。(2)本发明提出的氢气调压装置对压力波动的敏感性较好，能够及时响应空气压力波动的控制动作，比单纯的传感器采样，通过控制执行器来控制压力波动的速度要快。(3)本发明装置易于在燃料电池系统中实现，可以较好地弥补现有的燃料电池空气系统的结构缺陷。
附图说明
图1为本发明提出的基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统的结构示意图；
图2为本发明提出的氢空调压装置示意图；
图中：1顶盖；2伺服电机；3丝杠；4滑块；5弹性膜片；6弹簧；7氢气气室；8上盖；9密封垫圈；10膜片；11定位凹槽；12顶块；13氢气进气口；14螺栓；15截止阀芯；16空气气室；17空气进气口；18母体；19空气排气口。
具体实施方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。
一种基于氢空调压装置的新型燃料电池空气系统和空气系统，如图1所示，空气系统包括：空气滤清器、流量传感器、空压机、中冷器、加湿器、温压传感器、背压阀以及各种管道等。空气滤清器主要是过滤空气中杂质、灰尘等，保证空气洁净；流量传感器用于测量进入空压机的空气流量；空压机用于压缩空气，用于产生能与氢气反应的足量空气；中冷器用于给压缩空气降温，使进入电堆的空气温度低于80摄氏度；加湿器用于空气的加湿，充分湿润进入电堆的空气；温压传感器安装在供气管道内，用于测量管道内的压力和温度；背压阀主要是调节电堆进气前后的压力差。氢气系统包括：氢瓶、瓶口阀、截止阀、过流阀、过滤器、比例阀、减压阀、泄压阀、排放口等。氢瓶用作储存高压氢气；瓶口阀用于检测温度压力；截止阀主要对管路中的氢气起着切断和节流的重要作用；过流阀检测流量，确认氢气的气体参数是否在设计范围内，是否启动过流泄压装置；过滤器净化气体，拦截杂质以免污染电堆；比例阀用于调节氢气的流量，为电堆提供足够的流量；减压阀用于调节氢气压力，为电堆提供合适氢气压力；泄压阀用于防止减压阀失效导致高压气体损坏阀后器件；排放口主要是为了降低因泄露排放到空气中的氢浓度。
特别地，如图1的工作原理和使用方法如下所述：电堆的负载功率由整车控制器通过CAN发出命令，燃料电池控制器(FCU)接受到功率命令后，计算完成所需的氢气流量和压力，将流量和压力信号分别传给比例阀和减压阀；同时燃料电池控制器将计算好的空气流量和压力数据发给空压机和背压阀，用于调整空气供给系统的流量和压力。氢空调压装置位于空气系统和氢气系统之间，氢空调压装置中的膜片将空气和氢气隔开，氢气的压力变化用膜片形变表示，膜片的形变带动截止阀芯的上下移动，可以将多余的空气排出，从而调整由于电堆变载时发的空气侧的压力波动。
特别地，如图2所示，氢空调压装置的具体结构图，包括1顶盖；2伺服电机；3丝杠；4滑块；5弹性膜片；6弹簧；7氢气气室；8上盖；9密封垫圈；10膜片；11定位凹槽；12顶块；13氢气进气口；14螺栓；15截止阀芯；16空气气室；17空气进气口；18母体；19空气排气口等组成。
特别地，图2中的氢空调压装置的原理及其使用方法：当电堆处于稳定输出状态时，氢气和空气处于平衡状态，空气排气口处于闭合状态。当电堆的负载发生变化时，此时消耗的氧气的量也突然变大或变小，这会造成空气系统的压力波动，当压力波动高过压力上限阈值时，高压空气会顶动膜片上移，排气阙口打开，多余的空气会排入大气，从而抑制空气系统的压力波动。当压力波动低于阈值时，弹簧会下压膜片将截止阀芯下移，阀门关闭，停止排气。氢空调压装置的作用就是保持空气系统内部的压力稳定，空气压力波动较大时，开启排气阙口，从而防止压力波动传至电堆内部，以免损坏质子交换膜。同时，氢气端的压力由电堆负载所决定，空气端压力波动调节阈值由氢气端压力和弹簧二者协调控制。特别地，燃料电池空气供给系统的压力与氢气管路的压力之差由氢空压力调节器中的弹簧弹力限定，调节弹簧预紧力即可改变两者的压力差，弹簧的预紧力由伺服电机控制，从而实现自动调节预紧力的目的。
本发明提出了一种带有氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，通过对氢空调压装置的控制，达到了调节空气端压力波动的目的。首先，氢空调压装置的根据氢气的压力变化，从而改变膜片的位置变化。膜片带着截止阀芯上下的移动可以改变空气排气阙口的大小，将波动的空气排入大气，从而减低空气压力的波动，将空气压力波动维持在设定的范围内。本发明通过设计具有氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，能够在复杂工况下，抑制空气进气系统的压力波动，实现压力的平稳控制，从而提高车载燃料电池的耐久性和燃料经济性。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，其特征在于，其包括空气系统、氢气系统、氢空调压装置，氢空调压装置位于燃料电池空气系统和氢气系统之间，利用氢气侧的压力调整空气侧的压力波动变化；
所述的氢空调压装置包括顶盖(1)、伺服电机(2)、丝杠(3)、滑块(4)、弹性膜片(5)、弹簧(6)、氢气气室(7)、上盖(8)、密封垫圈(9)、膜片(10)、定位凹槽(11)、顶块(12)、截止阀芯(15)、空气气室(16)、母体(18)；具体结构如下：
所述上盖(8)和母体(18)之间采用密封垫圈(9)和膜片(10)紧密贴合，并进行紧固，膜片(10)上方即上盖(8)内的空间为氢气气室(7)，膜片(10)下方与母体(18)之间的空间为空气气室(16)；所述母体(18)一侧设有空气进气口(17)，底部设有空气排气口(19)；所述上盖(8)一侧设有氢气进气口(13)；所述膜片(10)中部上表面设有定位凹槽(11)，下表面安装顶块(12)；所述顶盖(1)固定到上盖(8)上表面，其中顶盖(1)为下端开口的圆柱体结构，上盖(8)顶部设有开口，开口处安装弹性膜片(5)，顶盖(1)和弹性膜片(5)固定在上盖(8)上以防止氢气泄露；所述伺服电机(2)固定在顶盖(1)上表面，伺服电机(2)通过丝杠(3)与滑块(4)连接，滑块(4)位于上盖(8)顶部开口处；所述滑块(4)下表面与弹性膜片(5)接触；弹性膜片(5)下方设有弹簧(6)，弹簧(6)底部与定位凹槽(11)连接，其中弹簧(6)尺寸大于上盖(8)顶部开口的尺寸，小于弹性膜片(5)的尺寸；所述截止阀芯(15)为上圆球下锥形阀芯结构，截止阀芯(15)上端与顶块(12)下表面相连，下端与母体(18)的排气阙口形成同一斜度配合，其中母体(18)的排气阙口位于空气排气口(19)上方，且与空气排气口(19)同轴；
当伺服电机(2)旋转时，通过丝杠(3)带动滑块(4)向上或者向下移动，滑块(4)的位移引起弹性膜片(5)的形变，从而压紧或放松弹簧(6)，并通过定位凹槽(11)来定位弹簧(6)；所述的截止阀芯(15)和母体(18)的排气阙口具有相同的斜度，使其能够完全贴合，达到关闭排气阙口的目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，其特征在于，所述的空气系统包括空气滤清器、流量传感器、空压机、中冷器、加湿器、温压传感器、背压阀以及各种管道；所述的空气滤清器、空压机、中冷器、加湿器依次通过管路连通后，加湿器还分别通过管路与氢空调压装置、电堆连通，其中；背压阀设于电堆外侧，用于调节电堆进气前后的压力差；所述空气滤清器、空压机之间的管路设有流量传感器，用于测量进入空压机的空气流量；加湿器和电堆之间的管路设有温压传感器，用于测量管道内的压力和温度。
3.根据权利要求1所述的一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，其特征在于，所述的氢气系统包括氢瓶、瓶口阀、截止阀、过流阀、过滤器、减压阀、比例阀、泄压阀、排放口；所述氢瓶用于储存高压氢气，其与过滤器联通的连接管路上依次设有截止阀、过流阀，氢瓶外侧还设有瓶口阀，用于检测氢气的温度压力；所述的过滤器后的连接管路上依次设有减压阀、比例阀、泄压阀，泄压阀后的连接管路分为两路，分别与氢空调压装置、电堆连通。
4.根据权利要求2所述的一种基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统，其特征在于，所述空气系统中的冷器用于给空压机压缩后的空气降温，使进入电堆的空气温度低于80摄氏度。
5.一种权利要求1-4任一所述的基于氢空调压装置的燃料电池空气系统和氢气系统的使用方法，其特征在于：
燃料电池空气系统的压力与氢气系统的压力之差通过氢空调压器中的弹簧弹力限定，调节弹簧预紧力即可改变两者的压力差，弹簧(6)的预紧力由伺服电机(2)控制，从而实现自动调节预紧力的目的；由于氢气系统的压力是由比例阀和泄压阀协调控制，响应速度快，调整压力的速度快，将其作为稳定的压力参考值；
所述的氢空调压装置的工作方式是：氢气系统中进入电堆之前的氢气通过管道引入氢气气室(7)；空气系统中进入电堆之前的空气由管道引入空气气室(16)；此时膜片(10)受力，施加在膜片(10)的预紧力Ft可以通过伺服电机调节；进而可以根据不同的燃料电池工况调节空气和氢气之间的压差；氢空调压装置中膜片(10)受外界压力的敏感性强；
所述的氢空调压装置具体过程是：当电堆处于稳定输出状态时，氢气侧和空气侧的压力平衡，截止阀芯(15)将母体(18)上的排气阙口关闭，此时空气排气口(19)没有空气排出；当电堆的负载发生变化时，消耗的氧气量变化，造成空气系统的压力波动：当压力波动高过压力上限阈值时，空气气室(16)中的高压空气会顶动膜片(10)上移，进而带动截止阀芯(15)上移，截止阀芯(15)将母体(18)上的排气阙口打开，多余的空气通过空气排气口(19)排入大气，从而抑制空气系统的压力波动；当压力波动低于阈值时，弹簧(6)会下压膜片(10)将截止阀芯(15)下移，母体(18)上的排气阙口关闭，停止排气；
氢空调压装置的作用是保持空气系统内部的压力稳定，空气压力波动大时，开启母体(18)上的排气阙口，防止压力波动传至电堆内部损坏质子交换膜；同时，氢气端的压力由电堆的负载决定，空气端压力波动调节阈值由氢气端压力和弹簧(6)二者协调控制，空气和氢气两者的压差保持不变，实现压力的平衡。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116505024A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-07-28 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种燃料电池的增湿系统和增湿方法 |
| CN117547628A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-13 | 厦门小米豆物联科技有限公司 | 一种全自动高压灭菌器 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002373682A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2003068334A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料循環式燃料電池システム |
| JP2004127817A (ja) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2004197899A (ja) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Aisin Seiki Co Ltd | ダイヤフラム内蔵遮断弁、燃料電池システム |
| JP2004319412A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-11 | Aisan Ind Co Ltd | 燃料電池システムのガス減圧装置 |
| JP2006049103A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2007149398A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給制御方法 |
| JP2009068648A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の反応ガス供給装置 |
| JP2011249151A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
-
2022
- 2022-12-14 CN CN202211605113.5A patent/CN116093375A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002373682A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2003068334A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料循環式燃料電池システム |
| JP2004127817A (ja) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2004197899A (ja) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Aisin Seiki Co Ltd | ダイヤフラム内蔵遮断弁、燃料電池システム |
| JP2004319412A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-11 | Aisan Ind Co Ltd | 燃料電池システムのガス減圧装置 |
| JP2006049103A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2007149398A (ja) * | 2005-11-24 | 2007-06-14 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料ガス供給システム及び燃料ガス供給制御方法 |
| JP2009068648A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の反応ガス供給装置 |
| JP2011249151A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116505024A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-07-28 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种燃料电池的增湿系统和增湿方法 |
| CN116505024B (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-12 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种燃料电池的增湿系统和增湿方法 |
| CN117547628A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-13 | 厦门小米豆物联科技有限公司 | 一种全自动高压灭菌器 |
| CN117547628B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-03-08 | 厦门小米豆物联科技有限公司 | 一种全自动高压灭菌器 |
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