CN2741200Y - 燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置 - Google Patents

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CN2741200Y CNU2004201132828U CN200420113282U CN2741200Y CN 2741200 Y CN2741200 Y CN 2741200Y CN U2004201132828 U CNU2004201132828 U CN U2004201132828U CN 200420113282 U CN200420113282 U CN 200420113282U CN 2741200 Y CN2741200 Y CN 2741200Y
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谢心良
刘景开
明平文
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Abstract

本实用新型涉及调节装置，特别是一种燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置，包括两个筒体，两筒体通过法兰连接，两个筒体之间设有两个橡胶隔膜，两橡胶隔膜之间设有中介质液体水腔，腔中设有橡胶挡块，中介质液体水腔的上下两端分别设有排气管口及预充水管口；筒体的上下两端均设有端盖，端盖上设有管口，在筒体的侧壁上开有锥形阀口，筒体侧壁上连接有半圆封堵，在半圆封堵的端盖上设有管口；筒体及半圆封堵的内部设有锥形阀门、于锥形阀口处，锥形阀门套在阀杆上，阀杆的一端连接在半圆封堵的内壁上，另一端通过拉伸弹簧连接在橡胶隔膜上。本实用新型设有两层隔膜，中间充装不可压缩性介质水，增加了燃料电池系统的安全可靠性。

Description

燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置
技术领域
本实用新型涉及调节装置，特别是一种通过调节燃料及氧化剂流量进而调节燃料电池系统内压力的燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置。
背景技术
燃料电池按电化学原理将化学能转化为电能，其在工作时，必须不断地向电池内部送入燃料与氧化剂(如氢气和氧气)，与此同时，还要排出等摩尔的反应产物水。其中氧化剂的供给一般采用纯氧或空气，当采用空气作氧化剂时，空气的供给方式有两种，一种是采用风机或风扇常压供气，另一种是采用加压的空压机供气，一般燃料电池系统操作方式为恒压操作方式和变压操作方式。
无论是恒压操作，还是变压操作，在控制上往往采用燃料电池系统内的氧化剂压力为主动，燃料气体跟动氧化剂压力，在氧化剂出口的总管上设置调节阀，通过控制燃料电池系统尾气压力进而控制燃料电池系统内的氧化剂压力。现有的调节阀根据控制方式可分为气动调节阀、电动调节阀、电磁式调节阀等，但用在燃料电池上并不合适，这些成品阀门一般最低承压在6bar，而目前燃料电池系统的操作压力分为常压操作与加压操作，加压操作压力一般仅为2bar左右，由于成品低压钢制阀门材质为铸造，连接方式为焊接、法兰联接或螺纹联接，不仅增加了系统的重量，而且为了方便检修还增加了一些管件，更重要的是调节阀门及管路放在燃料电池入口会增加系统不必要的压力损失，这将增加燃料电池的内耗和降低燃料效率。
实用新型内容
为了解决上述的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种可自动控制阀门开度大小、实现一侧流量压力变化时另一侧自动跟踪控制、安全可靠的燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
本实用新型包括两个筒体，两筒体通过法兰连接，两个筒体之间设有两个橡胶隔膜，两橡胶隔膜之间设有中介质液体水腔，腔中设有橡胶挡块，中介质液体水腔的上下两端分别设有排气管口及预充水管口；筒体的上下两端均设有端盖，端盖上设有管口，在筒体的侧壁上开有锥形阀口，筒体侧壁上连接有半圆封堵，在半圆封堵的端盖上设有管口；筒体及半圆封堵的内部设有锥形阀门、于锥形阀口处，锥形阀门套在阀杆上，阀杆的一端连接在半圆封堵的内壁上，另一端通过拉伸弹簧连接在橡胶隔膜上。
其中：在两筒体的上端盖设有管口；在半圆封堵的下端盖设有管口。
本实用新型的优点与积极效果为：
1.自动控制、方便操作。本实用新型通过弹簧的伸缩可自动控制燃料气体与氧化剂阀门开度的大小，操作很方便。
2.实现自动跟踪控制。本实用新型在燃料气体腔室和氧化剂腔室中的拉伸弹簧，均连接在橡胶隔膜上，即实现了一侧流量压力变化时，通过另一侧的压力可实现自动跟踪控制。
3.降低燃料电池的内耗和提高燃料效率。本实用新型直接与燃料电池腔相连接，减少了系统不必要的压力损失，降低了燃料电池的内耗和提高燃料效率。
4.增加了燃料电池系统的安全可靠性。本实用新型设置有两层隔膜，中间充装不可压缩性介质水，减少了两种气体由于隔膜损坏泄漏而混合的机率，从而增加了燃料电池系统的安全可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构剖面示意图；
图2为图1的俯视剖面示意图；
图3为本实用新型橡胶隔膜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
如图1、图2所示，本实用新型是在氧化剂气体、燃料气体进口处自动调节燃料气体与氧化剂气体的流量。在工况恒定时，根据阀体与弹簧力的组合力变化分别控制燃料气体与氧化剂阀门开关大小，从而控制燃料气体与氧化剂气体流量大小，变载时根据橡胶膜片两侧承受气体压差与弹簧力的组合力变化自动控制燃料气体与氧化剂阀门开关大小，从而控制燃料气体与氧化剂气体流量变化。
本实用新型为对称式结构，包括第一筒体21及第二筒体14，两筒体上分别焊接第一法兰34及第二法兰36，第一法兰34及第二法兰36的形状为方形，两法兰之间设有第一橡胶隔膜31及第二橡胶隔膜3，两橡胶隔膜之间设有独立密封的中介质液体水腔18，腔中设有橡胶挡块4，橡胶挡块4将两橡胶隔膜连为一体。中介质液体水腔18的上下两端分别设有排气管口35及预充水管口17，两法兰与中介质液体水腔18通过螺栓37、螺母38固定密封。第一筒体21的上下两端分别焊接第一上端盖32及第一下端盖19，第一筒体21的侧壁上开有第一锥形阀口28，第一上端盖32上设有第一管口33，在第一筒体21的侧壁上焊接有第一半圆封堵25，其上下两端分别设有第一半圆封堵上端盖29及第一半圆封堵下端盖23，第一半圆封堵下端盖23上设有第三管口22，第一半圆封堵上端盖29及第一半圆封堵下端盖23与第一半圆封堵25为一体式结构。在第一筒体21及第一半圆封堵25的内部设有第一锥形阀门27、于第一锥形阀口28处，第一锥形阀门27套在第一阀杆26上，并可在第一阀杆26上滑动，第一阀杆26的一端固定在第一半圆封堵25的内壁上，另一端通过第一拉伸弹簧30固定在第一橡胶隔膜31上。
第二筒体14的上下两端分别焊接第二上端盖2及第二下端盖16，第二筒体14的侧壁上开有第二锥形阀口7，第二上端盖2上设有第二管口1，在第二筒体14的侧壁上焊接有第二半圆封堵11，其上下两端分别设有第二半圆封堵上端盖6及第二半圆封堵下端盖12，第二半圆封堵下端盖12上设有第四管口13，第二半圆封堵上端盖6及第二半圆封堵下端盖12与第二半圆封堵11为一体式结构。在第二筒体14及第二半圆封堵11的内部设有第二锥形阀门8、于第二锥形阀口7处，第二锥形阀门8套在第二阀杆9上，并可在第二阀杆9上滑动，第二阀杆9的一端固定在第二半圆封堵11的内壁上，另一端通过第二拉伸弹簧5固定在第二橡胶隔膜3上。
第一橡胶隔膜31及第二橡胶隔膜3的形状如图3所示，为一方形弹性片式隔膜。第一橡胶隔膜31的左侧为燃料气体腔，第二橡胶隔膜3的右侧为氧化剂气体腔，左侧燃料气体腔被第一锥形阀门27分隔成燃料气体入口腔20和燃料气体出口腔24；右侧氧化剂腔被第二锥形阀门8分隔成氧化剂气体入口腔15和氧化剂气体出口腔10；第一橡胶隔膜31及第二橡胶隔膜3的中间为中介质液体水腔18。
工作时，第一管口33与燃料供给装置相连，第二管口1与空压机或氧气供给装置相连，第三管口22与电池组燃料气体腔相连，第四管口13与电池组氧化剂腔相连。从第一管口33来的燃料气进入燃料气体入口腔20，通过第一锥形阀口28进入燃料气体出口腔24，再由第三管口22进入电池组燃料气体腔；从第二管口1来的氧化剂气体进入氧化剂气体入口腔15，通过第二锥形阀口7进入氧化剂气体出口腔10再由第四管口13进入电池组氧化剂气体腔，燃料气体与氧化剂气体在燃料电池内发生电化学反应生成水，同时提供电能。中介质液体水腔18的上下两端设有排气管口35及预充水管口17，正常开系统充满水时用管堵封住。当燃料电池系统内为常压时，第一橡胶隔膜31、第二橡胶隔膜3两侧气体压力相等，在正常操作条件下设定右侧氧化剂气体腔的气体比左侧燃料气体腔的气体压力稍高，即左侧燃料气体腔中的气体压力一般大于右侧氧化剂气体腔中的气体压力，所以在刚开始时，右侧的第二拉伸弹簧5的预伸长量要比左侧的第一拉伸弹簧30大。尽管右侧第二拉伸弹簧5的弹力大于左侧第一拉伸弹簧30的弹力，但第一锥形阀门27、第二锥形阀门8处于关闭状态，当系统两侧分别通入燃料气体与氧化剂气体相等时，第一锥形阀门27、第二锥形阀门8所受的气体向外的推力克服弹簧的拉力分别向外打开，由于左侧气体压力一般大于右侧气体压力，抵消了第一拉伸弹簧30、第二拉伸弹簧5向左的合力，两橡胶隔膜处于不受力状态。当右侧氧化剂气体压力为主动时，即右侧流量增大时，通过右侧第二锥形阀门8的阻力增大，系统压力升高，系统气体压力作用在第二锥形阀门8上的水平分力大于第二拉伸弹簧5的弹力，第二拉伸弹簧5被继续伸长，第二锥形阀门8继续打开，阀口增大，同时两橡胶隔膜在橡胶挡块4的带动下一同向左侧膨胀，通过第一拉伸弹簧30带动左侧第一锥形阀门27向左侧移动，左侧阀口也同时增大，流量加大，当右侧气量减小时，右侧阀口减小的同时两橡胶隔膜在橡胶挡块4的带动下一同向右膨胀，左侧阀口也减小，左侧气量也随之减小。从而实现了燃料气体与氧化剂气体阀门开度大小自动控制的同时，还实现了一侧流量压力变化时，另一侧自动跟踪控制。由于增加了一层隔膜，中间充装不可压缩性介质水，减少了两种气体由于隔膜损坏泄漏而混合的机率，从而增加了燃料电池系统的安全可靠性。

Claims (3)

1.一种燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置，其特征在于：该自动调节装置包括两个筒体，两筒体通过法兰连接，两个筒体之间设有两个橡胶隔膜，两橡胶隔膜之间设有中介质液体水腔，腔中设有橡胶挡块，中介质液体水腔的上下两端分别设有排气管口及预充水管口；筒体的上下两端均设有端盖，端盖上设有管口，在筒体的侧壁上开有锥形阀口，筒体侧壁上连接有半圆封堵，在半圆封堵的端盖上设有管口；筒体及半圆封堵的内部设有锥形阀门、于锥形阀口处，锥形阀门套在阀杆上，阀杆的一端连接在半圆封堵的内壁上，另一端通过拉伸弹簧连接在橡胶隔膜上。
2.按权利要求1所述的燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置，其特征在于：在两筒体的上端盖设有管口。
3.按权利要求1所述的燃料电池系统燃料与氧化剂流量自动调节装置，其特征在于：在半圆封堵的下端盖设有管口。
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