利用加壓儲存的氫氣的空氣供應(yīng)裝置及空氣供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種空氣壓縮裝置，其包括：氣缸，其包括被分離帶分隔的氫氣室及空氣室；活塞，其能夠相對于所述分離帶移動；氫氣吸入部，其向氣缸的氫氣室供應(yīng)氫氣；氫氣排出部，其排出氫氣室內(nèi)的氫氣；空氣吸入部，其向所述空氣室供應(yīng)空氣；以及空氣排出部，其排出所述空氣室內(nèi)的空氣。本發(fā)明不另外使用電機及葉輪，使用減壓裝置減壓之前的壓縮的氫氣，因此在產(chǎn)品的輕量化、工程的簡單化及能源效率方面均有益。并且，由于沒有使用電機及葉輪所帶來的噪音及震動，因此對產(chǎn)品自身的穩(wěn)定性及環(huán)境均有益。
【專利說明】利用加壓儲存的氫氣的空氣供應(yīng)裝置及空氣供應(yīng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣供應(yīng)裝置和空氣供應(yīng)系統(tǒng)，尤其涉及利用加壓儲存的氫氣的空氣壓縮供應(yīng)裝置和空氣供應(yīng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著油價的飆升，消費者對環(huán)境的關(guān)注度上升，需要開發(fā)能夠代替內(nèi)燃機汽車的燃料效率高、使用環(huán)保能源的汽車。為了滿足這種需求，很多汽車公司都在開發(fā)著采用替代能源的汽車。
[0003]這些采用替代能源的汽車中，以氫氣為燃料，燃料化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物只有氧氣和水的燃料電池汽車，被認為是最有實效的替代方案。這種燃料電池汽車是一種利用電力轉(zhuǎn)動電動機，以驅(qū)動的電動汽車。
[0004]如圖1及圖2為顯示適用本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0005]如圖1所示，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)大體包括:氫氣供應(yīng)系統(tǒng)30、空氣供應(yīng)系統(tǒng)20、熱氣及水管理系統(tǒng)40、排氣系統(tǒng)17及燃料處理驅(qū)動部(Fuel processing driver) 7,其中燃料處理驅(qū)動部通過控制各種閥和氫氣再循環(huán)鼓風(fēng)機9，以在非正常情況下采取安全動作。
[0006]其中，空氣供應(yīng)系統(tǒng)20向燃料電池的堆(stack) 10供應(yīng)空氣，用于與氫氣反應(yīng)。
[0007]尤其，所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)20由空氣壓縮機I及串聯(lián)于所述空氣壓縮機I的空氣加濕器2構(gòu)成，使所述空氣壓縮機I的空氣通過所述空氣加濕器2，供應(yīng)至所述堆(stack) 10。
[0008]并且，其中熱氣及水管理系統(tǒng)40的作用是保持向燃料電池的堆(stack) 10供應(yīng)的冷卻水的均衡，使所述堆(Stack)IO的熱保持適當(dāng)?shù)臏囟取?br> [0009]進一步說明熱氣及水管理系統(tǒng)40，其具備冷卻水泵12，以循環(huán)堆(stack) 10的冷卻水；以及溫度調(diào)節(jié)器13，其調(diào)節(jié)來自所述冷卻水泵12的冷卻水的溫度。并且，冷卻裝置14連接于所述溫度調(diào)節(jié)器13，對冷卻水進行冷卻。并且，三向閥15連接于所述冷卻裝置14或溫度調(diào)節(jié)器13，根據(jù)循環(huán)于堆(stack) 10的冷卻水的溫度變更流路。并且，離子過濾器16連接于所述三向閥15,去除向堆(stack) 10供應(yīng)的冷卻水中的離子。
[0010]另外，氫氣供應(yīng)系統(tǒng)30向所述堆(stack) 10供應(yīng)氫氣。
[0011]在氫氣供應(yīng)系統(tǒng)30，儲存氫氣的罐，即氫氣氣缸3連接減壓裝置4，對高壓壓縮的氫氣減壓。并且，所述減壓裝置4連接氫氣切斷閥5，用于在非正常情況時切斷氫氣供應(yīng)。并且，所述氫氣切斷閥5連接氫氣供應(yīng)閥6，使得能夠控制調(diào)節(jié)供應(yīng)于堆(stack) 10的氫氣的壓力。并且，具備噴射器8，其混合通過所述氫氣供應(yīng)閥6供應(yīng)的氫氣和經(jīng)再循環(huán)的氫氣，并供應(yīng)給堆(stack) 10。并且，具備氫氣再循環(huán)鼓風(fēng)機9，其連接于氫氣加濕器11，將剩余的燃料再循環(huán)給所述噴射器8，其中所述氫氣加濕器11連接于堆(stack) 10，以加濕從所述堆(stack) 10排出并再循環(huán)的氫氣。
[0012]并且，包括燃料處理驅(qū)動器7，其控制所述氫氣供應(yīng)閥6、氫氣再循環(huán)鼓風(fēng)機9及排氣系統(tǒng)17，在非正常情況下采取安全動作。[0013]旨在向這種堆(stack)持續(xù)供應(yīng)空氣的空氣壓縮機1，為了堆(stack)中的反應(yīng)充分，將空氣加壓至0.3bar左右，或通過加壓系統(tǒng)加壓至0.6bar左右并供應(yīng)，利用連接于電力驅(qū)動電機的葉輪，吸入/空氣壓縮后供應(yīng)給堆(stack)。
[0014]圖3a及3b顯示用作空氣壓縮機的一般形態(tài)的渦輪鼓風(fēng)機200及其構(gòu)成要素，即葉輪210。
[0015]這種空氣壓縮機，其問題點是具有包括葉輪210在內(nèi)的眾多構(gòu)成部件，導(dǎo)致了系統(tǒng)復(fù)雜化及非經(jīng)濟性；高速旋轉(zhuǎn)的葉輪210由于質(zhì)量不均衡且旋轉(zhuǎn)不對稱，軸承的影響等，引起極大噪音和震動，從而導(dǎo)致了駕駛員噪音震動(NVH, noise, vibration, harshness)感性品質(zhì)的下降；由于適用了使用高電壓的電機，因此導(dǎo)致了電力消耗，并且需要用于控制壓縮機的電機速度的控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]技術(shù)問題
[0017]本發(fā)明旨在解決如上所述問題，提供一種利用減壓裝置減壓之前的加壓儲存的氫氣的新型空氣供應(yīng)裝置及其空氣供應(yīng)系統(tǒng)。
[0018]技術(shù)方案
[0019]本發(fā)明提供一種空氣壓縮裝置，其包括:氣缸，其具有被分離帶分隔的氫氣室及空氣室；活塞，其能夠相對于所述分離帶移動；氫氣吸入部，其向氣缸的氫氣室供應(yīng)氫氣；氫氣排出部，其排出氫氣室內(nèi)的氫氣；空氣吸入部，其向所述空氣室供應(yīng)空氣；以及空氣排出部，其排出所述空氣室內(nèi)的空氣。
[0020]另外，根據(jù)本發(fā)明，氫氣吸入部上可以附加連接氫氣供應(yīng)閥。
[0021]另外，根據(jù)本發(fā)明，供應(yīng)至氫氣供應(yīng)閥的高壓氫氣，由減壓裝置減壓之前的氫氣氣缸供應(yīng)。
[0022]另外，根據(jù)本發(fā)明，所述活塞可以具備兩側(cè)表面，兩側(cè)表面通過彈簧連接，兩側(cè)表面在分離帶停止動作。
[0023]另外，所述空氣吸入部上可以設(shè)置有防逆流閥。
[0024]另外，所述防逆流閥可以采用止逆閥。
[0025]另外，所述空氣排出部上可以設(shè)置唇形密封圈。
[0026]另外，所述空氣排出部的唇形密封圈，在空氣室的空氣達到預(yù)定程度以上的壓力時，可以使空氣通過。
[0027]本發(fā)明提供一種空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其包括:所述權(quán)利要求1的空氣壓縮裝置。其中，所述空氣壓縮裝置的空氣排出部與空氣儲存室(64)相連。
[0028]技術(shù)效果
[0029]本發(fā)明不另外使用電機及葉輪，使用減壓裝置減壓之前的壓縮的氫氣，因此在產(chǎn)品的輕量化、工程的簡單化及能源效率方面均有益。
[0030]并且，由于沒有使用電機及葉輪所帶來的噪音及震動，因此對產(chǎn)品自身的穩(wěn)定性及環(huán)境均有益。
【專利附圖】

【附圖說明】[0031]圖1為顯示適用本發(fā)明的燃料電池的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖2為顯示現(xiàn)有的燃料電池的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)的具體框圖；
[0033]圖3a及圖3b顯示通常使用的渦輪鼓風(fēng)機及其附件葉輪(impeller)的縱向剖視圖及立體圖；
[0034]圖4及圖5為顯示本發(fā)明的空氣壓縮裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖6為顯示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的工作流程圖；
[0036]圖7為顯示本發(fā)明的并列式空氣壓縮裝置的一個實施例；
[0037]圖8為顯示本發(fā)明的直列式空氣壓縮裝置的一個實施例。
[0038]附圖標(biāo)記說明
[0039]51:氣缸52:分離帶
[0040]53:氫氣室54:空氣室
[0041]55:氫氣吸入部56:氫氣排出部
[0042]57:空氣吸入部 58:空氣排出部
[0043]59:活塞60:彈簧
[0044]61:氫氣供應(yīng)閥62:防逆流閥
[0045]63:唇形密封圈(lip seals) 64:空氣儲存室
[0046]100:空氣供應(yīng)裝置
【具體實施方式】
[0047]下面參照附圖，詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0048]在以下的說明及附圖中，實質(zhì)上相同的構(gòu)成要素分別以相同的符號代表，省略重復(fù)說明。另外，在說明本發(fā)明的過程中，當(dāng)判斷認為對相關(guān)公知功能或構(gòu)成的具體說明可能混淆本發(fā)明的要旨時，省略對其的詳細說明。
[0049]圖4及圖5為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖，氣缸51被分離帶52分隔成氫氣室53和空氣室54。
[0050]由于氫氣室53設(shè)置有氫氣吸入部55及氫氣排出部56，因此能夠吸入及排出氫氣；由于空氣室54也設(shè)置有空氣吸入部57及空氣排出部58，因此能夠吸入及排出空氣。
[0051]氣缸51的內(nèi)部設(shè)置有活塞59，活塞兩側(cè)末端的面59a、59b通過彈簧60連接。
[0052]所述活塞59的彈簧60穿過分離帶52而通過，活塞的兩側(cè)面59a、59b在分離帶52停止。
[0053]如上所述，活塞59的兩側(cè)面59a、59b設(shè)置得在分離帶52停止，因此被分隔為氫氣室53和空氣室54的領(lǐng)域。
[0054]氫氣吸入部55上設(shè)置有氫氣供應(yīng)閥61，因此能夠控制氫氣供應(yīng)閥61開/關(guān)(0N/OFF)，高壓的氫氣從氫氣供應(yīng)部被供應(yīng)至氣缸51。
[0055]這種高壓的氫氣可從圖2的減壓裝置4減壓之前的氫氣氣缸得到供應(yīng)。
[0056]氫氣供應(yīng)閥61打開時，高壓的氫氣供應(yīng)至氫氣室53，向活塞的一側(cè)面59a提供推力，此時通過彈簧60連接的活塞的剩余面59b空氣壓縮室54的空氣。
[0057]空氣室54的空氣排出部58設(shè)置有唇形密封圈(lip seals)63，因此在空氣室54的空氣達到預(yù)定程度以上的壓力(例如，0.8bar)時，空氣經(jīng)過空氣排出部58，向空氣儲存室64移動。
[0058]空氣儲存室64儲存壓縮的空氣，吸收壓力的波動，起到穩(wěn)定供應(yīng)空氣的儲備部的作用，并向燃料電池的堆(stack) 10供應(yīng)空氣。
[0059]并且，空氣吸入部54上設(shè)置有防逆流閥62，能夠防止空氣室54的空氣逆流，這種閥可選用止逆閥。
[0060]從氫氣吸入部55供應(yīng)的氫氣推動活塞59，然后通過氫氣排出部56，重新移動至燃料電池系統(tǒng)的氫氣供應(yīng)流路。
[0061]隨著壓縮的氫氣排出，氫氣室53的壓力下降，此時從空氣吸入部54向空氣室54吸入空氣；在氫氣供應(yīng)閥61重新打開時，重新進行以上的循環(huán)過程，從而空氣壓縮室54的空氣，通過空氣排出部58排出。
[0062]本發(fā)明的工作流程圖如圖6所示。
[0063]在步驟SI中燃料電池系統(tǒng)開始工作時，向燃料電池系統(tǒng)控制部S2確認所需的空氣供應(yīng)流量，并向氫氣供應(yīng)閥控制器S3發(fā)送所需的空氣供應(yīng)流量信息。
[0064]如果在步驟S4中所需空氣流量過少，那么在步驟S5中控制使得快速開/關(guān)(0N/OFF)氫氣供應(yīng)閥；如果所需空氣供應(yīng)流量過多，那么在步驟S6中控制使得快速開/關(guān)(0N/OFF)氫氣供應(yīng)閥。
[0065]如上所述，氫氣供應(yīng)閥開/關(guān)(0N/0FF)時，在步驟S7中通過本發(fā)明的空氣供應(yīng)裝置的氫氣吸入部55供應(yīng)壓縮的氫氣，在步驟S8中壓縮的氫氣通過壓縮活塞61，在步驟S9中空氣壓縮室54的空氣。
[0066]在步驟SlO中檢查壓縮的空氣是否達到基準(zhǔn)壓力，如果達到基準(zhǔn)壓力，則打開唇形密封圈63，在步驟S13中壓縮的空氣經(jīng)過空氣儲存室64，供應(yīng)給堆(stack) S14。
[0067]壓縮的空氣未達到基準(zhǔn)壓力時，唇形密封圈63為關(guān)閉狀態(tài)，在步驟Sll中活塞膨脹，從而在步驟S12中空氣被吸入，重新移動至步驟S7供應(yīng)氫氣的步驟。
[0068]如上所述，本發(fā)明通過開閉氫氣供應(yīng)閥61供應(yīng)氫氣，高壓的氫氣對活塞施加力，活塞通過彈簧的力做往復(fù)運動。
[0069]所述氫氣供應(yīng)閥61受氫氣供應(yīng)閥控制器的控制,其中氫氣供應(yīng)閥61接收燃料電池系統(tǒng)控制部的指令?？諝夤?yīng)流量作為主要控制因子，從現(xiàn)有的空氣鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速(rpm)控制，變更為通過控制氫氣供應(yīng)閥的開/關(guān)(0N/0FF)速度控制氫氣供應(yīng)流量。
[0070]本發(fā)明的空氣壓縮裝置100如圖7及圖8所示，能夠以相同形態(tài)，由多個壓縮裝置構(gòu)成。
[0071]圖7所述的空氣壓縮裝置，并列構(gòu)成個別的氫氣供應(yīng)線及空氣壓縮裝置，向各空氣壓縮裝置的氫氣室供應(yīng)空氣壓縮，并且設(shè)定成個別氫氣供應(yīng)線的供應(yīng)壓力相同，空氣壓縮出口側(cè)的壓力也相同。
[0072]并且，本發(fā)明的空氣壓縮裝置如圖8所示，還能夠構(gòu)成為同一形態(tài)直列型多段壓縮裝置，其利用空氣壓縮裝置100的氫氣排出部56側(cè)的氣體。
[0073]通過一個氫氣供應(yīng)線55供應(yīng)的氫氣，通過一段空氣壓縮裝置經(jīng)過壓縮一段的壓縮后，利用排出的氫氣進行二段壓縮。
[0074]以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種空氣壓縮裝置，其特征在于，包括: 氣缸(51)，其具有被分離帶(52)分隔的氫氣室(53)及空氣室(54)； 活塞(59)，其能夠相對于所述分離帶(52)移動； 氫氣吸入部(55)，其向氣缸的氫氣室(53)供應(yīng)氫氣； 氫氣排出部(56)，其排出氫氣室(53)內(nèi)的氫氣； 空氣吸入部(57)，其向所述空氣室(54)供應(yīng)空氣；以及 空氣排出部(58)，其排出所述空氣室(54)內(nèi)的空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣壓縮裝置，其特征在于: 氫氣吸入部(55)上附加連接氫氣供應(yīng)閥(61)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣壓縮裝置，其特征在于: 供應(yīng)至氫氣供應(yīng)閥(61)的高壓氫氣，由減壓裝置(4)減壓之前的氫氣氣缸供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣壓縮裝置，其特征在于: 所述活塞(59)具備兩側(cè)表面(59a、59b)，兩側(cè)表面(59a、59b)通過彈簧(60)連接，兩側(cè)表面(59a、59b)在分離帶(52)停止動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣壓縮裝置，其特征在于: 所述空氣吸入部(57)上設(shè)置有防逆流閥(62)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣壓縮裝置，其特征在于: 所述防逆流閥(62)采用止逆閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣壓縮裝置，其特征在于: 所述空氣排出部(58)上設(shè)置唇形密封圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空氣壓縮裝置，其特征在于: 所述空氣排出部(58)的唇形密封圈(63)，在空氣室(54)的空氣達到預(yù)定程度以上的壓力時，使空氣通過。
9.一種空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 所述權(quán)利要求1的空氣壓縮裝置， 其中，所述空氣壓縮裝置的空氣排出部(58)與空氣儲存室(64)相連。
【文檔編號】H01M8/22GK103904346SQ201310485579
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】孫基碩 申請人:現(xiàn)代摩比斯株式會社