專利名稱：燃料電池、燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃料電池的供氣壓力穩(wěn)定控制方法及裝置，以及基于此方法及裝置的一種燃料電池。
背景技術(shù)：
目前化石燃料作為主要能源既是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生活的重要物質(zhì)前提，又是主要污染源。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源的需求量還在不斷增加，而化石能源作為不可再生資源正在逐漸枯竭，而且還在加重環(huán)境的污染。因此應(yīng)該尋找一種新的、清潔的、可持續(xù)發(fā)展的能源。在這種背景下，以氫作為載體的能源系統(tǒng)引起了人們的廣泛關(guān)注。
燃料電池(Fuel Cell)是一種高效零排放的化學(xué)能一電能轉(zhuǎn)化裝置，被認(rèn)為是繼蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之后的第三代動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池是將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電裝置，它是由燃料、氧化劑和電解質(zhì)構(gòu)成的。與常規(guī)化學(xué)電源一樣，電極提供電子移動(dòng)場所，在陽極催化燃料(如氫)進(jìn)行氧化過程，在陰極上進(jìn)行還原過程，導(dǎo)電離子在電解質(zhì)內(nèi)遷移，電子通過外電路做功并構(gòu)成總回路。但是，燃料電池工作方式與常規(guī)化學(xué)電池有本質(zhì)不同，它的燃料和氧化劑并不儲(chǔ)存在電池內(nèi)，而是由外部提供，即燃料電池不是電能存儲(chǔ)裝置而是發(fā)電裝置。它是目前各類發(fā)電設(shè)備中效率最高的一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，效率可達(dá)60% 80%，還具有潔凈、無污染、無傳動(dòng)部件、起動(dòng)快、噪聲低、模塊結(jié)構(gòu)、積木性強(qiáng)、裝置可大可小，非常靈活和比功率高等特點(diǎn)。各類燃料電池中，氫燃料電池最有發(fā)展前途。氫燃料電池陽極所需的燃料氫，可直接用純氫或通過化石能源制氫、生物質(zhì)制氫等方法制取?，F(xiàn)有儲(chǔ)氫裝置一般可分為液化儲(chǔ)氫鋼瓶、壓縮儲(chǔ)氫鋼瓶、吸附儲(chǔ)氫裝置、金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置等類型?，F(xiàn)階段，直接采用液化儲(chǔ)氫鋼瓶或壓縮儲(chǔ)氫鋼瓶提供純氫的氫燃料電池已較為成熟。而通過吸附儲(chǔ)氫裝置、金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置、化石能源制氫裝置、生物質(zhì)制氫裝置等方法提供氫氣的氫燃料電池，雖然具有更廣泛的應(yīng)用前景，但由于還存在一些尚未得到很好解決的問題，制約了它的應(yīng)用和發(fā)展。與采用液化儲(chǔ)氫鋼瓶或壓縮儲(chǔ)氫鋼瓶能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)供氣速度不同，在采用吸附儲(chǔ)氫裝置、金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置、化石能源制氫裝置、生物質(zhì)制氫裝置等氣體發(fā)生裝置提供氫氣時(shí)往往涉及到復(fù)雜的物理變化、化學(xué)反應(yīng)或生物過程，所以無法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供氣速度，由于用電負(fù)荷的波動(dòng)會(huì)使燃料電池的耗氣速度發(fā)生變化，則燃料電池的供氣壓力就會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，而供氣壓力波動(dòng)會(huì)惡化質(zhì)子交換膜的工作環(huán)境，大大縮短其使用壽命，甚至出現(xiàn)更嚴(yán)重的情形如果供氣壓力下降到允許范圍以下，將導(dǎo)致電池電壓迅速下降，甚至內(nèi)部短路，質(zhì)子交換膜熔穿等事故。因此，對(duì)于采用吸附儲(chǔ)氫裝置、金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置、化石能源制氫裝置、生物質(zhì)制氫裝置等氣體發(fā)生裝置提供氫氣的燃料電池而言，研制燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制方法和裝置以及基于該方法和裝置的燃料電池，對(duì)改善燃料電池的工作狀態(tài)并顯著延長其使用壽命具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先所要解決的技術(shù)問題是提供一種燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制方法，方法簡單、響應(yīng)迅速且本質(zhì)安全。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端之間提供與它們連通的儲(chǔ)存氣體的緩沖室， 所述緩沖室的容積可以調(diào)節(jié)，當(dāng)緩沖室內(nèi)的氣體壓力出現(xiàn)變化時(shí)，緩沖室的容積立刻發(fā)生相應(yīng)變化，減小或阻止緩沖室內(nèi)的氣體壓力波動(dòng)，為前端氣體產(chǎn)量的調(diào)整爭取到時(shí)間，消除氣體發(fā)生裝置響應(yīng)延遲造成的時(shí)間上的調(diào)節(jié)死區(qū)。本發(fā)明所提供的方法是依據(jù)理想氣體定律實(shí)現(xiàn)快速壓力調(diào)節(jié)的。理想氣體定律，也稱理想氣體狀態(tài)方程，是描述理想氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方程。對(duì)于一定量的摩爾數(shù)為《的理想氣體，其狀態(tài)參量壓強(qiáng)八體積Z和絕對(duì)溫度Γ之間的函數(shù)關(guān)系為/Ψ= ΛΤ，其中是氣體常數(shù)。在壓強(qiáng)為幾個(gè)大氣壓以下時(shí)，各種實(shí)際氣體近似遵循理想氣體狀態(tài)方程，壓強(qiáng)越低，符合越好，在壓強(qiáng)趨于零的極限下，嚴(yán)格遵循。以燃料電池電堆的陽極氣體輸入端氣體壓力突然降低為例進(jìn)行簡要說明當(dāng)負(fù)載突然增大等原因引起氫氣消耗量增加，而同時(shí)由于氣體發(fā)生裝置的響應(yīng)存在延遲，導(dǎo)致送入緩沖室內(nèi)的氣體無法立刻同步增加，則會(huì)使緩沖室內(nèi)的氣體量即氣體摩爾數(shù)《減小，在溫度r變化不大的情況下，將使壓強(qiáng)與體積的乘積/V下降；此時(shí)，若體積r保持不變，則壓強(qiáng)/7下降；而若此時(shí)體積r能夠減小，就可減小或阻止壓強(qiáng)/7的下降，達(dá)到穩(wěn)定壓力的目的， 從而為增加氣體產(chǎn)量爭取了時(shí)間。本發(fā)明另一個(gè)所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用上述方法的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它包括設(shè)置在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端之間提供儲(chǔ)存氣體的緩沖室；緩沖室的主體采用活塞式結(jié)構(gòu)，由活塞和外殼共同構(gòu)成，在外殼的一端設(shè)有進(jìn)氣導(dǎo)管和出氣導(dǎo)管；所述進(jìn)氣導(dǎo)管與所述氣體發(fā)生裝置輸出端連接；所述出氣導(dǎo)管與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端連接。在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可同時(shí)采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案
它設(shè)有感知?dú)怏w壓力的壓力傳感器和控制器，壓力傳感器將緩沖室內(nèi)的氣體壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給所述控制器。具體地說，在控制器內(nèi)設(shè)定了一個(gè)合適的氣體壓力范圍，當(dāng)壓力傳感器檢測到的壓力值處于這一范圍之內(nèi)時(shí)，控制器不向伺服電機(jī)下達(dá)動(dòng)作指令；當(dāng)傳感器檢測到緩沖室內(nèi)的壓力值低于這一范圍，控制器即向伺服電機(jī)下達(dá)指令，伺服電機(jī)啟動(dòng)并向緩沖室容積縮小的方向驅(qū)動(dòng)活塞，緩解壓力的下降；相反，當(dāng)緩沖室內(nèi)壓力高于設(shè)定的溫度范圍時(shí)，控制器指令伺服電機(jī)向反向轉(zhuǎn)動(dòng)，向緩沖室容積增大的方向驅(qū)動(dòng)活塞，減緩壓力的增大。所述活塞在外殼內(nèi)的軸向運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；伺服電機(jī)接收控制器的指令進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)帶動(dòng)活塞向緩沖室縮小或增大的方向運(yùn)動(dòng)。在所述伺服電機(jī)和活塞之間設(shè)有齒輪減速機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)齒條，傳動(dòng)齒條與齒輪嚙合，齒條與活塞連接，齒輪減速機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)連接。減速器的作用有兩方面，一是降低伺服電機(jī)的輸出速度，避免活塞運(yùn)動(dòng)過猛，使緩沖室的容積調(diào)節(jié)過度導(dǎo)致壓力波動(dòng)更大，二是通過減速器降低速度來獲得更大的驅(qū)動(dòng)力，克服活塞與緩沖室壁的摩擦；傳動(dòng)齒條與齒輪配合將圓周運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞做軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖室容積的變化。
本發(fā)明利用密封油實(shí)現(xiàn)所述活塞和外殼之間的密封與潤滑。本發(fā)明設(shè)有油加壓器和輸油導(dǎo)管；所述油加壓器包括油囊和加壓彈簧及加壓板， 使密封油獲得壓力；所述輸油導(dǎo)管為可彎曲軟管，用于將密封油輸送至所述活塞內(nèi)。所述活塞內(nèi)部設(shè)有密封油油腔和徑向孔道，活塞接觸表面設(shè)有環(huán)形油槽；油腔接收所述輸油導(dǎo)管輸送來的密封油，并通過所述徑向孔道將油送至接觸表面的環(huán)形油槽，使得密封油與外殼的內(nèi)壁接觸，同時(shí)起到潤滑與油封的作用。本發(fā)明所提供的氣體壓力穩(wěn)定控制裝置結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、本質(zhì)安全、成本低廉、維護(hù)方便，是解決燃料電池氣體壓力波動(dòng)問題的較好方案。本發(fā)明再一個(gè)所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用上述方法的燃料電池，能夠減小供氣壓力波動(dòng)，提高電池的供電性能，延長電池的使用壽命。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它設(shè)有儲(chǔ)存氣體的緩沖室，所述緩沖室接在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端之間，所述緩沖室的容積可變；所述氣體發(fā)生裝置是化石能源制氫裝置或生物質(zhì)制氫裝置或吸附儲(chǔ)氫裝置或金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置；所述燃料電池設(shè)有感知?dú)怏w壓力的壓力傳感器、控制器、緩沖室體積變化的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，壓力傳感器將緩沖室內(nèi)的氣體壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給所述控制器；所述控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明所提供的燃料電池利用簡單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)迅速、本質(zhì)安全的供氣穩(wěn)壓作用，減小供氣壓力波動(dòng)，提高電池的供電性能，延長電池的使用壽命。
圖1為本發(fā)明所提供的燃料電池各部分連接示意圖2為本發(fā)明所提供燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置的結(jié)構(gòu)透視圖； 圖3為燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置剖視圖； 圖4為活塞的剖視圖。圖中標(biāo)號(hào)分別表示如下1、供氣壓力穩(wěn)定裝置，2、緩沖室，3、活塞，4、外殼，5、進(jìn)氣導(dǎo)管，6、出氣導(dǎo)管，7、壓力傳感器，8、壓力傳感器信號(hào)線，9、傳動(dòng)齒條，10、減速器，11、伺服電機(jī)，12、減速器輸入齒輪，13、減速器輸出齒輪，14、伺服電機(jī)輸出齒輪，15、控制器，16、 伺服電機(jī)安裝座，17密封油加壓器，18油囊，19、注油口，20、加壓彈簧及加壓板，21、輸油導(dǎo)管，22、活塞內(nèi)的油腔，23、活塞內(nèi)的徑向孔道，24、活塞接觸面上的環(huán)形油槽，100、氣體發(fā)生裝置，101、氣體發(fā)生裝置輸出端，102、燃料電池電堆，103、燃料電池電堆的陽極氣體輸入端。
具體實(shí)施例方式參照附圖。本發(fā)明所提供的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制方法，它在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端101與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端103之間提供與它們連通的儲(chǔ)存氣體的緩沖室2，所述緩沖室2的容積可以調(diào)節(jié)，當(dāng)緩沖室內(nèi)的氣體壓力出現(xiàn)變化時(shí)，緩沖室的容積立刻發(fā)生相應(yīng)變化，減小或阻止緩沖室2內(nèi)的氣體壓力波動(dòng)。本發(fā)明所提供的應(yīng)用上述方法的燃料電池，設(shè)有儲(chǔ)存氣體的緩沖室2，所述緩沖室接在燃料電池的氣體發(fā)生裝置100輸出端101與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端103之間，所述緩沖室2的容積可變；所述燃料電池設(shè)有感知?dú)怏w壓力的壓力傳感器7、控制器15、 緩沖室體積變化的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)11，壓力傳感器7將緩沖室2內(nèi)的氣體壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給所述控制器15 ；所述控制器15控制伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)11工作。本發(fā)明所提供的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定裝置位于氣體發(fā)生裝置100和燃料電池電堆102之間，分別與氣體發(fā)生裝置的輸出端101和燃料電池電堆的陽極氣體輸入端103 相連接，如圖1所示。1、主體設(shè)計(jì)
如圖所示，裝置主體采用圓筒形活塞 結(jié)構(gòu)，主要部件為活塞3和外殼4，所述活塞與所述外殼共同構(gòu)成所述緩沖室2，通過所述活塞的軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)緩沖室容積的變化。所述外殼右端邊緣設(shè)有進(jìn)氣導(dǎo)管5和出氣導(dǎo)管6，所述外殼右端內(nèi)側(cè)中間部位裝有感知壓力的傳感器7，所述壓力傳感器的信號(hào)由信號(hào)傳輸線8送至控制器15。所述活塞和外殼的材料優(yōu)選碳纖維樹脂復(fù)合材料，其次可選金屬(鋁或鋼)儲(chǔ)氫材料。碳纖維樹脂復(fù)合材料是目前性能最好的高壓儲(chǔ)氫材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐沖擊、抗暴、可監(jiān)控、易于成型加工、成本低，容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，其性能完全滿足本裝置的需要。從原理上講，所述活塞和外殼構(gòu)成的主體尺寸越大，緩沖室2的容積可變化幅度越大，則抑制壓力波動(dòng)的能力越強(qiáng)。但是實(shí)際使用中通常有一定的空間限制。因此在不超出使用場合空間限制的前提下，主體盡量設(shè)計(jì)的大一些。2、活塞的驅(qū)動(dòng)
為了實(shí)現(xiàn)所述緩沖室2的容積變化，所述活塞3需要在外殼4內(nèi)做軸向運(yùn)動(dòng)。本裝置中利用伺服電機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所述活塞的軸向運(yùn)動(dòng)。具體的，活塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)齒條9、齒輪減速器10、伺服電機(jī)11和伺服電機(jī)安裝座16。所述傳動(dòng)齒條與所述活塞3的左側(cè)面中心部位垂直剛性連接，所述伺服電機(jī)安裝在外殼上的安裝座16上，如圖所示；所述伺服電機(jī)通過固定在其轉(zhuǎn)軸上的輸出齒輪14將轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給與其嚙合的所述減速器的輸入齒輪12，在經(jīng)過所述減速器減速后由輸出齒輪13將力矩作用于所述傳動(dòng)齒條9，通過減速器輸出齒輪與所述傳動(dòng)齒條的配合，將圓周運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述活塞在所述外殼內(nèi)做軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)所述緩沖室容積的變化。這里加裝減速機(jī)構(gòu)的作用有兩方面一是降低伺服電機(jī)的輸出速度，避免活塞運(yùn)動(dòng)過猛，使緩沖室的容積調(diào)節(jié)過度導(dǎo)致壓力波動(dòng)更大；二是通過減速器降低速度來獲得更大的驅(qū)動(dòng)力，以便克服活塞運(yùn)動(dòng)中與外殼內(nèi)壁的摩擦。伺服電機(jī)和減速器的選取要根據(jù)具體情況確定。如果所述外殼和活塞較大，即緩沖室的最大容積較大，或允許壓力范圍比較寬，則可以降低對(duì)伺服電機(jī)和減速器的精度要求；而如果受到空間限制使得主體不能做得太大，或是允許壓力范圍較小，則需選用精度較高的伺服電機(jī)、齒輪減速器以及與減速器相配合的傳動(dòng)齒條。這里利用伺服電機(jī)與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相配合實(shí)現(xiàn)活塞驅(qū)動(dòng)的方案，是優(yōu)選實(shí)施方案。其他方法如利用液壓機(jī)構(gòu)等也可以實(shí)現(xiàn)活塞的軸向運(yùn)動(dòng)，這里不再詳述。3、密封與潤滑
本裝置通過改變緩沖室2的容積實(shí)現(xiàn)減小壓力波動(dòng)的功能，采用這種結(jié)構(gòu)就有兩個(gè)關(guān)鍵問題需要解決，即密封與潤滑。本裝置中采用密封油解決上述問題。具體的，潤滑與密封環(huán)節(jié)包括密封油加壓器17，輸油導(dǎo)管21，活塞內(nèi)的油腔22，活塞內(nèi)的徑向密封油孔道23，活塞接觸面上的環(huán)形油槽24;所述密封油加壓器包括油囊18和加壓彈簧與加壓板20。工作時(shí)所述加壓彈簧處于壓縮狀態(tài)，通過所述加壓板將壓力施加到所述油囊上，使油囊內(nèi)的密封油獲得壓力，密封油經(jīng)由可彎曲的軟質(zhì)輸油導(dǎo)管21進(jìn)入活塞內(nèi)部的油腔22，所述油囊中的壓力通過油的傳導(dǎo)作用進(jìn)入活塞內(nèi)的油腔，油腔內(nèi)的油在壓力作用下經(jīng)由所述徑向孔道23進(jìn)入活塞接觸面上的環(huán)形油槽24，進(jìn)而與外殼的內(nèi)壁接觸， 同時(shí)起到潤滑與油封的作用。由于本裝置中活塞與外殼緊密接觸，密封與潤滑所需油量很少，所以所述密封油徑向孔道23和所述環(huán)形油槽24都非常細(xì)微，這樣油囊18中的密封油消耗的也就很慢，但需要定期檢查油囊中的油量，如果油量已經(jīng)很少，需及時(shí)通過注油口 19加注密封油，保證裝置處于良好的密封和潤滑狀態(tài)。4、裝置工作過程描述
啟動(dòng)時(shí)所述裝置的活塞3處于外殼4的中間部位，氣體壓力穩(wěn)定時(shí)，活塞不動(dòng)作。當(dāng)負(fù)載等因素影響使得氣體壓力明顯變化時(shí)，例如壓力傳感器7檢測并發(fā)送至控制器15的壓力值低于控制器中設(shè)定的下限壓力值，控制器立即向所述伺服電機(jī)發(fā)出正轉(zhuǎn)指令(此處以伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，活塞向右運(yùn)動(dòng)為例，具體情況與選取的齒輪減速器有關(guān))，經(jīng)過減速器減速后， 運(yùn)動(dòng)速度下降，力矩增大，推動(dòng)活塞在外殼內(nèi)沿軸向逐漸向右運(yùn)動(dòng)，使緩沖室2的容積逐漸減小，抑制或緩解氣體壓力的下降。由于在檢測到氣體壓力下降時(shí)，氣體發(fā)生裝置也同時(shí)做出響應(yīng)，增大原料輸入量(如甲醇等液體化石能源)，經(jīng)過延時(shí)后氣體產(chǎn)量將會(huì)增加。所以在活塞逐漸運(yùn)動(dòng)至接近外殼右端時(shí)，氣體產(chǎn)量將開始緩慢增加，此時(shí)壓力傳感器發(fā)送給控制器的壓力信號(hào)開始出現(xiàn)上升的趨勢。這時(shí)控制器將指令伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)活塞緩慢向左運(yùn)動(dòng)，抑制氣體壓力的增大。最后在活塞回到外殼的中間部位附近時(shí)，氣體產(chǎn)量將趨于穩(wěn)定，伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)，活塞在外殼的中間位置附近停下。氣體壓力增大時(shí)的情況剛好與上述過程相反，在此不再贅述。上述具體實(shí)施方式
中，氣體發(fā)生裝置100可以是化石能源制氫裝置或生物質(zhì)制氫裝置，也可以是吸附儲(chǔ)氫裝置或金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置。其中吸附儲(chǔ)氫裝置包括基于碳納米材料、共電子紡絲納米結(jié)構(gòu)超細(xì)纖維材料或納米復(fù)合材料等新型材料的各類吸附儲(chǔ)氫裝置，其釋放氫氣過程往往涉及解吸等物理過程；而金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的釋放氫氣過程則涉及化學(xué)反應(yīng)過程；因此，兩者均無法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供氣速度。上述具體實(shí)施方式
用來解釋說明本發(fā)明，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制方法，其特征在于它在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端之間提供與它們連通的儲(chǔ)存氣體的緩沖室，所述緩沖室的容積可以調(diào)節(jié)，當(dāng)緩沖室內(nèi)的氣體壓力出現(xiàn)變化時(shí)，緩沖室的容積立刻發(fā)生相應(yīng)變化，減小或阻止緩沖室內(nèi)的氣體壓力波動(dòng)。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述方法的燃料電池，包括氣體發(fā)生裝置、燃料電池電堆，其特征在于所述燃料電池設(shè)有儲(chǔ)存氣體的緩沖室，所述緩沖室接在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端之間，所述緩沖室的容積可變；所述氣體發(fā)生裝置是化石能源制氫裝置或生物質(zhì)制氫裝置或吸附儲(chǔ)氫裝置或金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置；所述燃料電池設(shè)有感知?dú)怏w壓力的壓力傳感器、控制器、調(diào)節(jié)緩沖室容積的伺服電機(jī)，所述壓力傳感器將緩沖室內(nèi)的氣體壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給所述控制器；所述控制器控制所述伺服電機(jī)工作。
3.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置，其特征在于它包括設(shè)置在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端之間儲(chǔ)存氣體的緩沖室；緩沖室的主體采用活塞式結(jié)構(gòu)，由活塞和外殼共同構(gòu)成，外殼設(shè)有進(jìn)氣導(dǎo)管和出氣導(dǎo)管；所述進(jìn)氣導(dǎo)管與所述氣體發(fā)生裝置輸出端連接；所述出氣導(dǎo)管與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端連接。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置，其特征在于它設(shè)有感知?dú)怏w壓力的壓力傳感器和控制器，所述壓力傳感器將所述緩沖室內(nèi)的氣體壓力信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給所述控制器。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置，其特征在于所述活塞在所述外殼內(nèi)的軸向運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；所述伺服電機(jī)接收所述控制器的指令進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)所述活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)所述緩沖室的容積。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置，其特征在于在所述伺服電機(jī)和所述活塞之間設(shè)有減速器和傳動(dòng)齒條；所述伺服電機(jī)與所述減速器連接；所述減速器的減速器輸出齒輪與所述傳動(dòng)齒條嚙合；所述傳動(dòng)齒條與所述活塞連接。
7.如權(quán)利要求3所述的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定裝置，其特征在于它利用密封油實(shí)現(xiàn)所述活塞和所述外殼之間的密封與潤滑。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定裝置，其特征在于它設(shè)有密封油加壓器和輸油導(dǎo)管；所述密封油加壓器包括油囊和加壓彈簧及加壓板，使密封油獲得壓力；所述輸油導(dǎo)管為可彎曲軟管，用于將密封油輸送至所述活塞內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定裝置，其特征在于在所述活塞內(nèi)設(shè)有裝密封油的油腔和徑向孔道，所述活塞與所述外殼的接觸面設(shè)有環(huán)形油槽；所述油腔接收所述輸油導(dǎo)管輸送來的密封油，并通過所述徑向孔道將密封油送至所述環(huán)形油槽，使得密封油與所述外殼的內(nèi)壁接觸，實(shí)現(xiàn)密封與潤滑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制方法，它在燃料電池的氣體發(fā)生裝置輸出端與燃料電池電堆的陽極氣體輸入端之間提供與它們連通的儲(chǔ)存氣體的緩沖室，所述緩沖室的容積可以調(diào)節(jié)，當(dāng)緩沖室內(nèi)的氣體壓力出現(xiàn)變化時(shí)，緩沖室的容積立刻發(fā)生相應(yīng)變化，減小或阻止緩沖室內(nèi)的氣體壓力波動(dòng)，為前端氣體產(chǎn)量的調(diào)整爭取到時(shí)間，消除氣體發(fā)生裝置響應(yīng)延遲造成的時(shí)間上的調(diào)節(jié)死區(qū)。本發(fā)明還提供了基于上述方法的燃料電池以及實(shí)現(xiàn)上述方法的燃料電池供氣壓力穩(wěn)定控制裝置。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102255092SQ201110149220
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者盧建剛, 孫優(yōu)賢, 鄭劍鋒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)