專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料與氧化劑流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及調(diào)節(jié)裝置，特別是一種通過(guò)調(diào)節(jié)燃料及氧化劑流量進(jìn)而調(diào)節(jié)燃料電池系統(tǒng)內(nèi)壓力的燃料與氧化劑流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池按電化學(xué)原理將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其在工作時(shí)，必須不斷地向電池內(nèi)部送入燃料與氧化劑(如氫氣和氧氣)，與此同時(shí)，還要排出等摩爾的反應(yīng)產(chǎn)物水。其中氧化劑的供給一般采用純氧或空氣，當(dāng)采用空氣作氧化劑時(shí)，空氣的供給方式有兩種，一種是采用風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇常壓供氣，另一種是采用加壓的空壓機(jī)供氣，一般燃料電池系統(tǒng)操作方式為恒壓操作方式和變壓操作方式。
無(wú)論是恒壓操作，還是變壓操作，在控制上往往采用燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的氧化劑壓力為主動(dòng)，燃料氣體跟動(dòng)氧化劑壓力，在氧化劑出口的總管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，通過(guò)控制燃料電池系統(tǒng)尾氣壓力進(jìn)而控制燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的氧化劑壓力?，F(xiàn)有的調(diào)節(jié)閥根據(jù)控制方式可分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁式調(diào)節(jié)閥等，但用在燃料電池上并不合適，這些成品閥門(mén)一般最低承壓在6bar，而目前燃料電池系統(tǒng)的操作壓力分為常壓操作與加壓操作，加壓操作壓力一般僅為2bar左右，由于成品低壓鋼制閥門(mén)材質(zhì)為鑄造，連接方式為焊接、法蘭聯(lián)接或螺紋聯(lián)接，不僅增加了系統(tǒng)的重量，而且為了方便檢修還增加了一些管件，更重要的是調(diào)節(jié)閥門(mén)及管路放在燃料電池入口會(huì)增加系統(tǒng)不必要的壓力損失，這將增加燃料電池的內(nèi)耗和燃料效率。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可自動(dòng)控制閥門(mén)開(kāi)度大小、實(shí)現(xiàn)一側(cè)流量壓力變化時(shí)另一側(cè)自動(dòng)跟蹤控制的燃料與氧化劑流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括兩個(gè)筒體，兩筒體通過(guò)法蘭連接，兩個(gè)筒體之間設(shè)有橡膠隔膜；筒體的上下兩端均設(shè)有端蓋，端蓋上設(shè)有管口，在筒體的側(cè)壁上開(kāi)有錐形閥口，筒體側(cè)壁上連接有半圓封堵，在半圓封堵的端蓋上設(shè)有管口；筒體及半圓封堵的內(nèi)部設(shè)有錐形閥門(mén)、于錐形閥口處，錐形閥門(mén)套在閥桿上，閥桿的一端連接在半圓封堵的內(nèi)壁上，另一端通過(guò)拉伸彈簧連接在橡膠隔膜上。
其中在兩筒體的上端蓋設(shè)有管口；在半圓封堵的下端蓋設(shè)有管口。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為1.自動(dòng)控制、方便操作。本實(shí)用新型通過(guò)彈簧的伸縮可自動(dòng)控制燃料氣體與氧化劑閥門(mén)開(kāi)度的大小，操作很方便。
2.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤控制。本實(shí)用新型在燃料氣體腔室和氧化劑腔室中的拉伸彈簧，均連接在橡膠隔膜上，即實(shí)現(xiàn)了一側(cè)流量壓力變化時(shí)，通過(guò)另一側(cè)的壓力可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤控制。
3.降低燃料電池的內(nèi)耗和燃料效率。本實(shí)用新型直接與燃料電池腔相連接，減少了系統(tǒng)不必要的壓力損失，降低了燃料電池的內(nèi)耗和燃料效率。


圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2為圖1的俯視剖面示意圖；圖3為本實(shí)用新型橡膠隔膜結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型是在氧化劑氣體、燃料氣體進(jìn)口處自動(dòng)調(diào)節(jié)燃料氣體與氧化劑氣體的流量。在工況恒定時(shí)，根據(jù)閥體與彈簧力的組合力變化分別控制燃料氣體與氧化劑閥門(mén)開(kāi)關(guān)大小，從而控制燃料氣體與氧化劑氣體流量大小，變載時(shí)根據(jù)橡膠膜片兩側(cè)承受氣體壓差與彈簧力的組合力變化自動(dòng)控制燃料氣體與氧化劑閥門(mén)開(kāi)關(guān)大小，從而控制燃料氣體與氧化劑氣體流量變化。
本實(shí)用新型為對(duì)稱(chēng)式結(jié)構(gòu)，包括第一筒體17及第二筒體12，兩筒體上分別焊接第一法蘭32及第二法蘭33，第一法蘭32及第二法蘭33的形狀為方形，兩法蘭之間設(shè)有橡膠隔膜27，并通過(guò)螺栓30、螺母31固定密封。第一筒體17的上下兩端分別焊接第一上端蓋28及第一下端蓋15，第一筒體17的側(cè)壁上開(kāi)有第一錐形閥口24，第一上端蓋28上設(shè)有第一管口29，在第一筒體17側(cè)壁上焊接有第一半圓封堵21，其上下兩端分別設(shè)有第一半圓封堵上端蓋25及第一半圓封堵下端蓋19，第一半圓封堵下端蓋19上設(shè)有第三管口18，第一半圓封堵上端蓋25及第一半圓封堵下端蓋19與第一半圓封堵21為一體式結(jié)構(gòu)。在第一筒體17及第一半圓封堵21的內(nèi)部設(shè)有第一錐形閥門(mén)23、于第一錐形閥口24處，第一錐形閥門(mén)23套在第一閥桿22上，并可在第一閥桿22上滑動(dòng)，第一閥桿22的一端固定在第一半圓封堵21的內(nèi)壁上，另一端通過(guò)第一拉伸彈簧26固定在橡膠隔膜27上。
第二筒體12的上下兩端分別焊接第二上端蓋2及第二下端蓋14，第二筒體12的側(cè)壁上開(kāi)有第二錐形閥口4，第二上端蓋2上設(shè)有第二管口1，在第二筒體12側(cè)壁上焊接有第二半圓封堵8，其上下兩端分別設(shè)有第二半圓封堵上端蓋5及第二半圓封堵下端蓋10，第二半圓封堵下端蓋10上設(shè)有第四管口11，第二半圓封堵上端蓋5及第二半圓封堵下端蓋10與第二半圓封堵8為一體式結(jié)構(gòu)。在第二筒體12及第二半圓封堵8的內(nèi)部設(shè)有第二錐形閥門(mén)6、于第二錐形閥口4處，第二錐形閥門(mén)6套在第二閥桿7上，并可在第二閥桿7上滑動(dòng)，第二閥桿7的一端固定在第二半圓封堵8的內(nèi)壁上，另一端通過(guò)第二拉伸彈簧3固定在橡膠隔膜27上。
橡膠隔膜27的形狀如圖3所示，為一方形彈性片式隔膜。橡膠隔膜27的左側(cè)為燃料氣體腔，右側(cè)為氧化劑氣體腔，左側(cè)燃料氣體腔被第一錐形閥門(mén)23分隔成燃料氣體入口腔16和燃料氣體出口腔20；右側(cè)氧化劑腔被第二錐形閥門(mén)6分隔成氧化劑氣體入口腔13和氧化劑氣體出口腔9。
工作時(shí)，第一管口29與燃料供給裝置相連，第二管口1與空壓機(jī)或氧氣供給裝置相連，第三管口18與電池組燃料氣體腔相連，第四管口11與電池組氧化劑腔相連。從第一管口29來(lái)的燃料氣進(jìn)入燃料氣體入口腔16，通過(guò)第一錐形閥口24進(jìn)入燃料氣體出口腔20，再由第三管口18進(jìn)入電池組燃料氣體腔；從第二管口1來(lái)的氧化劑氣體進(jìn)入氧化劑氣體入口腔13，通過(guò)第二錐形閥口4進(jìn)入氧化劑氣體出口腔9再由第四管口11進(jìn)入電池組氧化劑氣體腔，燃料氣體與氧化劑氣體在燃料電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成水，同時(shí)提供電能。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)內(nèi)為常壓時(shí)，橡膠隔膜27兩側(cè)氣體壓力相等，在正常操作條件下設(shè)定右側(cè)氧化劑氣體腔的氣體比左側(cè)燃料氣體腔的氣體壓力稍高，即左側(cè)燃料氣體腔中的氣體壓力一般大于右側(cè)氧化劑氣體腔中的氣體壓力，所以在剛開(kāi)始時(shí)，右側(cè)的第二拉伸彈簧3的預(yù)伸長(zhǎng)量要比左側(cè)的第一拉伸彈簧26大。盡管右側(cè)第二拉伸彈簧3的彈力大于左側(cè)第一拉伸彈簧26的彈力，但第一錐形閥門(mén)23、第二錐形閥門(mén)6處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)兩側(cè)分別通入燃料氣體與氧化劑氣體相等時(shí)，第一錐形閥門(mén)23、第二錐形閥門(mén)6所受的氣體向外的推力克服彈簧的拉力分別向外打開(kāi)，由于左側(cè)氣體壓力一般大于右側(cè)氣體壓力，抵消了第一拉伸彈簧26、第二拉伸彈簧3向左的合力，橡膠隔膜27處于不受力狀態(tài)。當(dāng)右側(cè)氧化劑氣體壓力為主動(dòng)時(shí)，即右側(cè)流量增大時(shí)，通過(guò)右側(cè)第二錐形閥門(mén)6的阻力增大，系統(tǒng)壓力升高，系統(tǒng)氣體壓力作用在第二錐形閥門(mén)6上的水平分力大于第二拉伸彈簧3的彈力，第二拉伸彈簧3被繼續(xù)伸長(zhǎng)，第二錐形閥門(mén)6繼續(xù)打開(kāi)，閥口增大，同時(shí)橡膠隔膜27向左側(cè)膨脹，通過(guò)第一拉伸彈簧26帶動(dòng)左側(cè)第一錐形閥門(mén)23向左側(cè)移動(dòng)，左側(cè)閥口也同時(shí)增大，流量加大，當(dāng)右側(cè)氣量減小時(shí)，右側(cè)閥口減小的同時(shí)橡膠隔膜27向右膨脹，左側(cè)閥口也減小，左側(cè)氣量也隨之減小。從而實(shí)現(xiàn)了燃料氣體與氧化劑氣體閥門(mén)開(kāi)度大小自動(dòng)控制的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了一側(cè)流量壓力變化時(shí)，另一側(cè)自動(dòng)跟蹤控制。
權(quán)利要求1.一種燃料與氧化劑流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置包括兩個(gè)筒體，兩筒體通過(guò)法蘭連接，兩個(gè)筒體之間設(shè)有橡膠隔膜；筒體的上下兩端均設(shè)有端蓋，端蓋上設(shè)有管口，在筒體的側(cè)壁上開(kāi)有錐形閥口，筒體側(cè)壁上連接有半圓封堵，在半圓封堵的端蓋上設(shè)有管口；筒體及半圓封堵的內(nèi)部設(shè)有錐形閥門(mén)、于錐形閥口處，錐形閥門(mén)套在閥桿上，閥桿的一端連接在半圓封堵的內(nèi)壁上，另一端通過(guò)拉伸彈簧連接在橡膠隔膜上。
2.按權(quán)利要求1所述的燃料與氧化劑流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于在兩筒體的上端蓋設(shè)有管口。
3.按權(quán)利要求1所述的燃料與氧化劑流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于在半圓封堵的下端蓋設(shè)有管口。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及調(diào)節(jié)裝置，特別是一種通過(guò)調(diào)節(jié)燃料及氧化劑流量進(jìn)而調(diào)節(jié)燃料電池系統(tǒng)內(nèi)壓力的燃料與氧化劑流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，包括兩個(gè)筒體，兩筒體通過(guò)法蘭連接，兩個(gè)筒體之間設(shè)有橡膠隔膜；筒體的上下兩端均設(shè)有端蓋，端蓋上設(shè)有管口，在筒體的側(cè)壁上開(kāi)有錐形閥口，筒體側(cè)壁上連接有半圓封堵，在半圓封堵的端蓋上設(shè)有管口；筒體及半圓封堵的內(nèi)部設(shè)有錐形閥門(mén)、于錐形閥口處，錐形閥門(mén)套在閥桿上，閥桿的一端連接在半圓封堵的內(nèi)壁上，另一端通過(guò)拉伸彈簧連接在橡膠隔膜上。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了燃料氣體與氧化劑氣體閥門(mén)開(kāi)度大小自動(dòng)控制的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了一側(cè)流量壓力變化時(shí)，另一側(cè)自動(dòng)跟蹤控制。
文檔編號(hào)H01M8/04GK2741199SQ20042011328
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者李相一, 謝心良, 劉景開(kāi), 明平文, 衣寶廉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所