CN209130246U - 气水压差平衡装置及设有气水压差平衡装置的燃料电池系统 - Google Patents

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高鹏
王伟国
刘艳喜
汤庆
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Abstract

本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种气水压差平衡装置及设有气水压差平衡装置的燃料电池系统，该装置包括：两端带有法兰的圆柱形缸体、平面端板、活塞、连杆、排气口、排液口、气体进口和液体进口，所述圆柱形缸体与平面端板连接构成气密缸体，在圆柱形缸体的一端设有气体进口，另一端设有液体进口，在圆柱形缸体中间位置的两侧分别设有排气口和排液口，在圆柱形缸体的内部，连杆将两个活塞连接为一体，且使两个活塞的间距大于圆柱形缸体长度的二分之一。本实用新型提供的装置实现了气‑气间、气‑液间的压力平衡，具有工作稳定，无能耗，安全可靠的特点，结构简单、紧凑，简化压差平衡系统，减低成本，可广泛应用于化工、新能源及燃料电池等领域中。

Description

气水压差平衡装置及设有气水压差平衡装置的燃料电池系统
技术领域
本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种气水压差平衡装置及设有气水压差平衡装置的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池在工作时，为达到电池的密封性、安全性以及延长电池使用寿命，要求空气进气压力与循环水进水压力尽可能相等，现有技术中通常是利用压力比例阀对有压差的两个流体间建立动态反馈系统，实时采样、比较、处理，来实现空气与循环水的压力平衡。但该装置存在以下缺陷。1、大部分压力比例控制阀的使用条件要求无油、无水的压缩气体，不适于具有一定湿度的空气，导致工作不稳定；2、采用压力比例控制阀，需要建立具有压力采样、信号转换、数字信号处理，再通过功能器件进行调节，导致系统复杂，成本高。
实用新型内容
为弥补现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单、紧凑，工作稳定的气水压差平衡装置及设有气水压差平衡装置的燃料电池系统。
本实用新型采用如下技术方案，一种气水压差平衡装置包括：两端带有法兰的圆柱形缸体、平面端板、活塞、连杆、排气口、排液口、气体进口和液体进口，所述圆柱形缸体与平面端板连接构成气密缸体，在圆柱形缸体的一端设有气体进口，另一端设有液体进口，在圆柱形缸体中间位置的两侧分别设有排气口和排液口，在圆柱形缸体的内部，连杆将两个活塞连接为一体，且使两个活塞的间距大于圆柱形缸体长度的二分之一。
进一步的，活塞的外圆安装密封圈与圆柱形缸体内壁形成动密封。
进一步的，所述连杆为刚性连杆，其通过螺纹与活塞连接。
进一步的，所述的气体进口和液体进口可在圆柱形缸体的同一侧。活塞的两个截面积相等或不相等。
进一步的，所述的两个活塞截面积相等时，实现气、液压力相等，截面积不相等时，可实现气、液压差定值。
一种及设有气水压差平衡装置的燃料电池系统，设有上述气水压差平衡装置，燃料电池的一侧设有空气进口和循环水进口，燃料电池的另一侧设有循环水出口和空气出口，水箱、水泵、燃料电池、散热器依次连接并构成一个循环系统，其中空气进口与气水压差平衡装置的气体进口连接，循环水进口与气水压差平衡装置的液体进口连接。
本实用新型巧妙利用两个流体介质的压差做平衡驱动力，结构简单、紧凑，限定活塞的间距大于圆柱形缸体长度的二分之一，使活塞在左右往复移动过程中，始终保证排气口和排液口在活塞与连杆形成的空腔内。工作时，当圆柱形缸体内的两种介质出现压差时，介质压差通过活塞转化为驱动力，可使两个活塞及连杆左、右往复移动，以消除压差，自行实现动态平衡，两个活塞之间的空腔及排气口和排液口共同起到隔离介质的作用。
本实用新型提供的装置实现了气-气间、气-液间的压力平衡，具有工作稳定，无能耗，安全可靠的特点，结构简单、紧凑，简化压差平衡系统，减低成本，可广泛应用于化工、新能源及燃料电池等领域中。
附图说明
图1为本实用新型装置结构示意图；
图2为设有气水压差平衡装置的燃料电池系统结构简图。
其中，1、平面端板，2、圆柱形缸体，3、活塞，4、连杆，5、排气口，6、液体进口，7、排液口，8、气体进口，9、空气进口，10、循环水进口，11、水泵，12、水箱，13、散热器，14、循环水出口，15、空气出口，16、燃料电池。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例详述本实用新型，但不限制本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示，两端带有法兰的圆柱形缸体2与平面端板1通过法兰、螺栓连接构成气密缸体，在圆柱形缸体2的一端设有气体进口8，另一端设有液体进口6，在圆柱形缸体2中间位置的两侧分别设有排气口5和排液口7，在圆柱形缸体2的内部安装两个活塞3，且两个活塞之间由一个刚性连杆4通过螺纹连接为一体，两个活塞的外圆安装密封圈与圆柱形缸体2内壁形成动密封。且两个活塞3的间距大于圆柱形缸体2长度的二分之一。以保证在左右移动中，不能越过排气口5和排液口 7。始终保证排气口5和排液口7在活塞与连杆形成的空腔内。
工作时，将有压差的气、液介质分别连接气体进口8和液体进口6，当气体进口8和液体进口6内的两种介质出现压差时，介质压差通过活塞转化为驱动力，可使两个活塞3及连杆4左、右往复移动，以消除压差，自行实现动态平衡。
实施例2
燃料电池系统中，有供气管路和循环水管路，其中，供气管路为燃料电池提供反应气，循环水管路为燃料电池提供循环散热，两者在燃料电池内部采用密封件隔离，如果气、水压差超过0.05MPa，可能导致泄漏或气、水互串，所以需要采取措施将气、水压力差控制在小于0.05MPa以内。
如图2所示，燃料电池系统的供气管路由空气进口9、燃料电池16、空气出口 15构成；燃料电池系统的循环水管路由水箱12、水泵11、循环水进口10、燃料电池16、循环水出口14、散热器13共同构成，燃料电池16的两侧分别设有空气进口 9、循环水进口10和循环水出口14、空气出口15，水箱12、水泵11、燃料电池16、散热器13依次连接并构成一个循环系统，其中空气进口9与气体进口8用气管连通，循环水进口10与液体进口6连接，工作时，利用实施例1中的气水压差平衡装置使燃料电池循环水进口10的压力随着空气进口9的压力变化而不断调整，达到空气进口9的压力与循环水进口10的压力相等，实时动态平衡，保证燃料电池的气密性和安全性。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造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发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.气水压差平衡装置，其特征在于，两端带有法兰的圆柱形缸体(2)、平面端板(1)、活塞(3)、连杆(4)、排气口(5)、排液口(7)、气体进口(8)和液体进口(6)，所述圆柱形缸体(2)与平面端板(1)连接构成气密缸体，在圆柱形缸体(2)的一端设有气体进口(8)，另一端设有液体进口(6)，在圆柱形缸体(2)中间位置的两侧分别设有排气口(5)和排液口(7)，在圆柱形缸体(2)的内部，连杆(4)将两个活塞(3)连接为一体，且使两个活塞(3)的间距大于圆柱形缸体(2)长度的二分之一。
2.根据权利要求1所述的气水压差平衡装置，其特征在于，活塞(3)的外圆安装密封圈与圆柱形缸体(2)内壁形成动密封。
3.根据权利要求1所述的气水压差平衡装置，其特征在于，所述连杆(4)为刚性连杆，其通过螺纹与活塞(3)连接。
4.根据权利要求1所述的气水压差平衡装置，其特征在于，所述的气体进口(8)和液体进口(6)可在圆柱形缸体(2)的同一侧。
5.根据权利要求1所述的气水压差平衡装置，其特征在于，所述的活塞(3)的两个截面积相等或不相等。
6.设有气水压差平衡装置的燃料电池系统，其特征在于，设有如权利要求1所述的气水压差平衡装置，燃料电池(16)的一侧设有空气进口(9)和循环水进口(10)，燃料电池的另一侧设有循环水出口(14)和空气出口(15)，水箱(12)、水泵(11)、燃料电池(16)、散热器(13)依次连接并构成一个循环系统，其中空气进口(9)与气水压差平衡装置的气体进口(8)连接，循环水进口(10)与气水压差平衡装置的液体进口(6)连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359913A (zh) * 2021-07-16 2021-09-07 东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司 一种用于平衡膜加湿器管内外压力的方法及设备
CN114530616A (zh) * 2020-11-23 2022-05-24 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置及方法

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