專利名稱：氣體供應(yīng)回流泵送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有柔性工作件的和專門適應(yīng)于可壓縮流體的泵或泵送裝置，尤其涉及用于氫質(zhì)子交換膜燃料電池的氫氣、氧氣供應(yīng)和回流裝置。
背景技術(shù)：
氫質(zhì)子交換膜燃料電池電堆使用氫氣和氧化劑作為反應(yīng)物質(zhì)，在交換膜兩面之間產(chǎn)生電勢，構(gòu)成回路時，可以對外做功。燃料電池在工作時，必須有適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件，才能夠正常工作，生成的水也必須從電堆排除。其中的濕度調(diào)節(jié)主要有流場外的外增濕和流場內(nèi)的自增濕。對于水的排除，一般是使用過量的反應(yīng)氣體將水帶出，對于氫氣，在流場中的利用率就小于100％，過量的氫氣與新供應(yīng)的氫氣混合，形成氫氣的回流。如果氧化劑是氧氣，同樣要回流。
目前氫質(zhì)子交換膜燃料電池的氫氣、氧氣供應(yīng)和回流使用的主要方法有如下幾種1.文丘里管射流泵。體積比較小，利用文丘里管射流原理完成燃料電池過量反應(yīng)氣體的回流，并與新供應(yīng)氣體的混合。但是該技術(shù)一般不能適應(yīng)氣體流量的大幅度變化，單一的文丘里管的適合工作量程范圍比較小，采用多個量程文丘里管射流泵的并聯(lián)或采用可變化噴嘴形狀的結(jié)構(gòu)，雖然可以解決一定的問題，但是增大結(jié)構(gòu)體積和增加控制的復(fù)雜程度。
2.隔膜泵。需要額外的電動機(jī)，消耗電能，降低燃料電池系統(tǒng)的效率，并且隔膜泵的抗疲勞性能影響使用壽命。
3.渦輪泵。需要額外的電動機(jī)，消耗電能，降低燃料電池系統(tǒng)的效率，并且制造困難，流量適應(yīng)性較差，存在著與文丘里管類似的工作量程范圍比較小的問題。
由于燃料電池一般使用高壓氣源，而高壓氣源的降壓時釋放的能量可以用來完成電堆使用的過量氣體的循環(huán)和新氣體的增濕，因此，利用氣源本身的能量來解決燃料電池電堆的氣體回流和新氣體的增濕，將提高燃料電池的效率，并降低電堆系統(tǒng)的控制難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種依靠燃料以及氧化劑氣源的高壓能量釋放驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)氫氣、氧氣供應(yīng)和回流，完成新進(jìn)入氣體的增濕并具有適應(yīng)燃料電池消耗速度變化的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種氣體供應(yīng)回流泵送裝置，包括多位控制閥、緩沖罐和氣體管路，其特征在于還包括一個由單缸異徑雙作用汽缸和/或異徑波紋管組件構(gòu)成的泵體，其中裝有一只帶軸的活塞，泵體內(nèi)腔與軸頸和活塞分別構(gòu)成了兩端的高壓氣室和中間的低壓氣室，高壓氣室和低壓氣室上開有氣孔，所述氣孔通過兩只多位控制閥分別與高壓氣源、緩沖罐和/或燃料電池回流氣源相連接；在高壓氣源和/或多位控制閥的換向驅(qū)動下，帶軸活塞作右向和/或左向軸向移動，從而使通過氣孔連接的外界氣體與之對應(yīng)的氣室產(chǎn)生流動，保證高壓氣室繼續(xù)進(jìn)入新的高壓氣體，低壓氣室吸入來自燃料電池的回流氣體；高壓氣室向其連接的緩沖罐釋放氣體并降低壓力，低壓氣室的氣體向緩沖罐移動并與高壓氣室釋放的氣體在緩沖罐中混合；混合后的氣體通過氣體入口進(jìn)入燃料電池中。
所述的波紋管組件包括彈簧箱、聯(lián)接法蘭和聯(lián)接套管，聯(lián)接套上還開有連接氣體管路的氣孔。
所述的緩沖罐可以是固定體積的和/或具有平衡作用的汽缸、波紋管和/或彈性氣囊。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，利用高壓氣源直接驅(qū)動，提高了燃料電池的效率，并降低了電堆系統(tǒng)的控制難度。
所述泵送裝置連續(xù)運(yùn)行的工藝條件是所述的高壓汽缸和/或波紋管的截面積與高壓氣源氣壓之積大于低壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積，并且高壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積小于低壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池出口氣壓之積，且其差值應(yīng)超過汽缸磨擦阻力和/或波紋管抵抗變形的彈性力。


圖1是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、干氣體，2、二位四通控制閥，3、二位三通控制閥，4、二位四通控制閥，5、左端高壓氣室，6、右端高壓氣室，7、左端低壓氣室，8、右端低壓氣室，9、回流濕氣，10、緩沖罐，11、燃料電池氣體入口，25、軸頸I，26、軸頸II，35、氣孔，36、氣孔，37、氣孔，38、氣孔，278、活塞。
具體實(shí)施例方式
如圖1～圖5所示的氣體供應(yīng)回流泵送裝置，包括多位電磁控制閥、緩沖罐和氣體管路，其特征在于還包括一個由單缸異徑雙作用汽缸和/或異徑波紋管組件構(gòu)成的泵體，其中裝有一只帶軸的活塞，泵體的中間具有較大的直徑，與泵體形成低壓汽缸；兩端的直徑比較小，而且尺寸相同，與軸頸I、II構(gòu)成高壓汽缸。在中間的汽缸，活塞278將中間汽缸分割為低壓氣室7和低壓氣室8。兩個低壓氣室均具有氣孔，對于氣室8，是氣孔38；對于氣室7，也具有圖中沒有畫出的相應(yīng)的氣孔。高壓氣室5和高壓氣室6分別具有氣孔35和氣孔36。在高壓氣室5與低壓氣室7的總的氣體壓力大于高壓氣室6與低壓氣室8的總的氣體壓力時，活塞具有兩端不平衡的軸向推力，此時活塞可以移動。通過氣孔連接的外界氣體將與各對應(yīng)氣室產(chǎn)生流動，此時高壓氣室5繼續(xù)進(jìn)入高壓的新氣體，低壓氣室7吸入來自燃料電池的回流低壓氣體；高壓氣室6向其連接的緩沖罐10釋放氣體并降低壓力，低壓氣室8的氣體向緩沖罐10移動并與高壓氣室6釋放的氣體在緩沖罐10中混合。所述泵送裝置連續(xù)運(yùn)行的工藝條件是所述的高壓汽缸和/或波紋管的截面積與高壓氣源氣壓之積大于低壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積，并且高壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積小于低壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池出口氣壓之積，且其差值應(yīng)超過汽缸磨擦阻力和/或波紋管抵抗變形的彈性力。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
圖2是本發(fā)明的一種設(shè)計原理示意圖。
從高壓氣源經(jīng)過減壓的氣體1是干氣體，通過4口2位閥2進(jìn)入高壓雙作用汽缸的左端高壓氣室5。高壓汽缸的右端高壓氣室6中的氣體通過閥2進(jìn)入低壓緩沖罐10。同時，低壓雙作用汽缸的右端低壓氣室8中的濕氣體通過4口2位閥4進(jìn)入低壓緩沖罐10，兩種氣體在此混合，新氣體得到增濕，然后進(jìn)入燃料電池的氣體入口11。兩個汽缸的右端氣體的壓強(qiáng)降低，左端總的壓力大于右端的壓力，產(chǎn)生活塞向右的移動。燃料電池的回流濕氣體9經(jīng)過4口2位閥4，進(jìn)入低壓雙作用汽缸的左端低壓氣室7。
活塞移動到極限位置或一定的位置，觸發(fā)行程開關(guān)，或按照燃料電池控制系統(tǒng)控制以上的閥2、4，活塞換向移動，從而實(shí)現(xiàn)泵的周期性運(yùn)行，并使供應(yīng)氣體的速度與回流速度保持一定的比例。
具有緩沖氣體供應(yīng)波動的緩沖罐10，可以是固定體積的，也可以是具有壓力平衡作用的汽缸或波紋管、彈性氣囊。
實(shí)施例2圖3是本發(fā)明的一種設(shè)計原理的示意圖。
從高壓氣源經(jīng)過減壓的氣體1，通過4口2位閥2進(jìn)入左端高壓氣室5。右端高壓氣室6中的氣體通過閥2進(jìn)入低壓緩沖罐10。同時，低壓雙作用汽缸的右端低壓氣室8中的氣體通過4口2位閥4進(jìn)入低壓緩沖罐10，兩種氣體在此混合，右端高壓氣室6中的氣體和低壓汽缸的右端低壓氣室8中的氣體壓強(qiáng)降低，活塞的兩個方向的壓力不平衡，產(chǎn)生活塞向右的移動。燃料電池的回流氣體9經(jīng)過4口2位閥4，進(jìn)入低壓雙作用汽缸的左端低壓氣室7。其他參照例1。
實(shí)施例3圖4是本發(fā)明的一種設(shè)計原理示意圖。
從高壓氣源經(jīng)過減壓的氣體1，通過4口2位閥2進(jìn)入波紋管5。波紋管5與波紋管7的相臨端通過連接套固定在一起，兩管的另外端頭固定在泵體上，保持兩個波紋管的總長度不變。波紋管5的截面積小于波紋管73的截面積。設(shè)計波紋管5的截面積與高壓氣源氣壓之積，大于波紋管7的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積，并且差值超過波紋管抵抗變形的彈性力，同時波紋管5的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積，小于波紋管7的截面積與燃料電池回流氣壓之積，并且差值超過波紋管抵抗變形的彈性力。波紋管5將波紋管7的氣體擠壓，推入低壓緩沖罐10。設(shè)計波紋管8和波紋管6也是如此。
同時，波紋管6的氣體通過4口2位閥2進(jìn)入低壓緩沖罐10，與來自波紋管7的兩種氣體在此混合，作為供應(yīng)氣體進(jìn)入燃料電池的氣體入口11。燃料電池的回流濕氣體9經(jīng)過閥4，進(jìn)入波紋管8。其他參照例1。
實(shí)施例4圖5是本發(fā)明的一種設(shè)計原理示意圖。
雙作用低壓汽缸的兩端低壓氣室7和低壓氣室8分別連接有單作用高壓汽缸的高壓氣室5和6。從高壓氣源經(jīng)過減壓的氣體1，通過4口2位閥2進(jìn)入高壓汽缸的高壓氣室5。另外一只高壓汽缸的高壓氣室6通過3口2位閥3，進(jìn)入雙作用低壓汽缸的同側(cè)低壓氣室8，并在此混合，通過4口2位閥4進(jìn)入緩沖罐10，壓入燃料電池的氣體入口11。其它與以上實(shí)施例相似。
權(quán)利要求
1.一種氣體供應(yīng)回流泵送裝置，包括多位控制閥、緩沖罐和氣體管路，其特征在于還包括一個由單缸異徑雙作用汽缸和/或異徑波紋管組件構(gòu)成的泵體，其中裝有一只帶軸的活塞，泵體內(nèi)腔與軸頸和活塞分別構(gòu)成了兩端的高壓氣室(5、6)和中間的低壓氣室(7、8)，高壓氣室和低壓氣室上開有氣孔(35、36)和(37、38)，所述氣孔通過兩只多位控制閥分別與高壓氣源、緩沖罐和/或燃料電池回流氣源相連接；在高壓氣源和/或多位控制閥的換向驅(qū)動下，帶軸活塞作右向和/或左向軸向移動，從而使通過氣孔連接的外界氣體與之對應(yīng)的氣室產(chǎn)生流動，保證高壓氣室(5)繼續(xù)進(jìn)入新的高壓氣體，低壓氣室(7)吸入來自燃料電池的回流氣體；高壓氣室(6)向其連接的緩沖罐釋放氣體并降低壓力，低壓氣室(8)的氣體向緩沖罐移動并與高壓氣室(6)釋放的氣體在緩沖罐中混合；混合后的氣體通過氣體入口(11)進(jìn)入燃料電池中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體供應(yīng)回流泵送裝置，其特征在于所述的波紋管組件包括彈簧箱、聯(lián)接法蘭和聯(lián)接套管，聯(lián)接套上還開有連接氣體管路的氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體供應(yīng)回流泵送裝置，其特征在于所述的緩沖罐可以是固定體積的和/或具有平衡作用的汽缸、波紋管和/或彈性氣囊。
4.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述氣體供應(yīng)回流泵送裝置的方法，其特征在于使所述泵送裝置連續(xù)運(yùn)行的工藝條件是所述的高壓汽缸和/或波紋管的截面積與高壓氣源氣壓之積大于低壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積，并且高壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池進(jìn)口氣壓之積小于低壓汽缸和/或波紋管的截面積與燃料電池出口氣壓之積，且其差值應(yīng)超過汽缸磨擦阻力和/或波紋管抵抗變形的彈性力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體供應(yīng)回流泵送裝置，主要用于燃料電池的氣體供應(yīng)和回流。其結(jié)構(gòu)包括多位控制閥、緩沖罐和氣體管路，其特征在于還包括一個由單缸異徑雙作用汽缸和/或異徑波紋管組件構(gòu)成的泵體，其中裝有一只帶軸的活塞，泵體內(nèi)腔與軸頸和活塞分別構(gòu)成了兩端的高壓氣室和中間的低壓氣室，高壓氣室和低壓氣室上開有氣孔，各氣孔通過多位控制閥分別與高壓氣源、緩沖罐和/或燃料電池回流氣源相連接；在高壓氣源和/或多位控制閥的換向驅(qū)動下，吸入燃料電池的回流氣，并將已降壓氣源氣體與回流氣體混合后壓入燃料電池。該泵能通過控制閥的換向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，適應(yīng)燃料電池的氣體消耗變化，同時完成氣體的混合加濕。
文檔編號F04D25/00GK101017904SQ20071001054
公開日2007年8月15日 申請日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者高世萍 申請人:大連輕工業(yè)學(xué)院