用于燃料电池系统的压力调节器技术方案

一种用于燃料电池系统的压力调节器可包括：壳体，具有引入气体的入口端、气体通过其被排放的出口端、以及通过出口端连接到外部的调节压力室；在壳体中上下移动的活塞，具有穿透壳体的内部的主流动路径以及在壳体的调节压力室中施加气体压力的压力作用部分，并且压力作用部分在活塞上下移动时通过主流动路径选择性地在壳体的入口端和调节压力室之间连通；以及弹簧，设置在壳体中以将活塞的压力作用部分弹性地支撑在调节压力室的相对侧上。

Pressure regulator for fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池系统的压力调节器
本专利技术涉及一种用于燃料电池系统的压力调节器，并且更具体地，涉及一种调节高压氢气的压力的用于燃料电池系统的压力调节器。
技术介绍
该部分中的陈述仅仅提供与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。燃料电池是一种通过燃料气体与氧化剂气体发生电化学反应而将燃料的化学能转化为电能的发电机，并且广泛用作工业、家庭和汽车的电源，并且也可用于向小型电力/电子设备和便携式设备供电。具有高功率密度的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)主要用作车辆的燃料电池，并且已被用作向驱动车辆的马达和各种电力设备供电的电源(电力电源)。这种聚合物电解质膜燃料电池使用氢气作为燃料气体，并使用氧气或空气中含有的氧气作为氧化剂气体。燃料电池包括通过使燃料气体与氧化剂气体反应产生电能的单元电池，并且单元电池通常以堆叠形式使用，其中多个单元电池通过彼此串联连接而堆叠和组装，以满足输出需求水平。由于甚至用于汽车的燃料电池需要高功率，因此以堆叠形式堆叠数百个单独产生电能的单元电池以满足要求。另一方面，用于使用车辆中的燃料电池产生电能的燃料电池系统包括其中堆叠有单元电池的燃料电池堆、用于将作为燃料气体的氢气供应到燃料电池堆的燃料供应系统、用于将作为电化学反应所需的氧化剂气体的空气供应到燃料电池堆的空气供应系统、以及用于将燃料电池堆的反应热排放到系统外部以控制燃料电池堆的工作温度的冷却系统。用于车辆的典型燃料电池系统采用在高压下压缩氢气并且将压缩氢气储存在用于储存氢气的压力容器中的方法，并且因此燃料供应系统包括能够在高压下储存氢气的压力容器。此外，为了增加氢气储存能力，存在连续增加储存在压力容器(即氢气罐)中的氢气的压力的趋势。目前，通常应用能够以最大容许工作压力(MAWP)将氢气加压至875巴的高压氢气罐。因此，提供压力调节器以降低氢气的压力并且将压力供应到燃料电池堆。在这里，压力调节器是在对于燃料电池系统的一定压力水平(约5至20巴)下调节燃料供应系统中储存在高压氢气罐中的氢气的压力的部件。在近来燃料电池车辆的大规模生产的情况下，随着需要增加车辆输出，所使用的氢气的量增加。因此，对能够稳定地供应高流量氢气并且具有优异的耐久性和长寿命的压力调节器的需求日益增加。如果在压力调节器中发生诸如内部泄漏的故障，则超过适当水平的高压氢气可能被施加到燃料电池系统，导致系统损坏并且从车辆起跳(startoff)。另外，由于安全阀操作以将氢气排放到外部，因此存在安全事故的风险，并且因此期望用于车辆的安全性和耐久性更优异的高压调节器。涉及用于燃料电池系统的高压调节器的现有技术文献可包括美国专利7,828,009号(2010年11月9日)和韩国专利10-1808712号(2017年12月7日)。其中，美国专利7,828,009号中公开的调节器的缺点在于，其不仅具有复杂的构造和结构，而且由于需要精确加工许多部件，因此成本高，操作稳定性和耐久性差。具体地，我们已经发现调节器具有这样的结构，其中活塞在壳体和出口端之间往复运动，或者因为壳体和出口端通过螺纹件耦接到彼此，从而导致操作稳定性差，所以在维护同一轴时存在问题。此外，由于施加高压的入口部分的面积相对大于施加压力的活塞部分的面积，因此排放压力(出口压力)的变化宽度根据调节器的入口压力而增加，并且由于在高压部分和调节压力室之间施加滑动气密结构，当调节器长时间操作时，调节器的耐久性降低(由于滑动气密部分的磨损而发生内部泄漏)。在韩国专利10-1808712号中公开的高压调节器的情况下，应用平衡孔，使得调节器的入口压力不影响排放压力，但是我们已经发现滑动气密结构需要应用于平衡孔部分，使得当调节器长时间操作时，调节器的耐久性降低(由于滑动气密部分的磨损而发生内部泄漏)。此外，我们已经发现，由于调节器具有其中轴穿过内部流动路径(孔口)的结构，因此需要增加孔口的尺寸以确保流动路径的横截面积，使得当未施加平衡孔时，调节器受入口压力的影响。
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本公开的背景的理解，因此其可包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于燃料电池系统的压力调节器，该压力调节器可根据入口压力受出口压力的影响较小，具有简单的构造和结构以及优异的耐久性和操作稳定性，并且稳定地供应高流量氢气。在一个方面，本公开提供了一种用于燃料电池系统的压力调节器，该压力调节器包括：壳体，具有引入气体的入口端、压力受控的气体通过其被排放的出口端、以及通过出口端连接到外部的调节压力室；在壳体中上下移动的活塞，具有穿透壳体的内部的主流动路径以及在壳体的调节压力室中施加气体压力的压力作用部分，并且压力作用部分在活塞上下移动时通过主流动路径选择性地在壳体的入口端和调节压力室之间连通；以及弹簧，设置在壳体中以将活塞的压力作用部分弹性地支撑在调节压力室的相对侧上。因此，根据本公开的用于燃料电池系统的压力调节器可根据入口压力受到出口压力的较小影响，可具有简单的构造和结构以及优异的耐久性和操作稳定性，并且可稳定地供应高流量氢气。也就是说，可使相对于气体流动路径中的高压施加区域施加介质压力和大气压力之间的压差的压力作用部分的面积最大化，以便由于没有平衡孔的入口压力最小化或减少引起的排放压力(出口压力)的影响，从而提高由压力调节器调节的排放压力的精度。此外，没有高压滑动气密部分，使得即使在调节器长时间操作时也不会发生氢气泄漏，并且通过立柱可防止活塞的旋转，使得可最小化或减小由于活塞的闭合部分和支座的孔洞之间的匹配失效导致的气体泄漏。此外，由于根据本公开的压力调节器可容易地制造和组装部件以缩短制造时间，并且可以低成本批量生产。具体地，可通过改变弹簧从壳体内部到壳体外部的安装位置(并且具体地，通过将弹簧和支撑弹簧的支撑构件定位在壳体外部的死体积中)，而减小压力调节器的整个高度和尺寸并且减小壳体和活塞的高度和尺寸，这是增加压力调节器成本的最大因素。此外，由于弹簧设置在壳体外部，因此与现有技术相比，壳体内部的容积减小，使得在制造壳体时可减少待加工的部分，并且壳体的外部部分可通过诸如铸造和锻造的方法简单地模制，从而降低成本。此外，由于弹簧、弹簧座、支撑构件等设置在壳体外部并且在组装覆盖件之前暴露于外部，因此可容易地执行这些部件的安装和组装操作，从而提高了生产力。此外，可仅通过旋转支撑构件将弹簧的力适当地调节到期望的水平。以下讨论本公开的上述和其他特征部。根据本文提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。附图说明为了可很好地理解本公开，现在将参考附图描述以举例方式给出的其各种形式，其中：图1和图2是示出根据本公开的一种形式的压力调节器的内部构造的剖视图，并且是分别示出操作状态的图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池系统的压力调节器，包括：/n壳体，包括：入口端，气体被引入所述入口端；出口端，气体通过所述出口端被排放；及调节压力室，通过所述出口端连接到外部；/n活塞，在所述壳体中上下移动，并且包括：主流动路径，穿透所述壳体的内部；及压力作用部分，在所述壳体的所述调节压力室中施加气体压力，并且所述压力作用部分在所述活塞上下移动时通过所述主流动路径在所述壳体的所述调节压力室与所述入口端之间选择性地连通；以及/n弹簧，设置在所述壳体中并且被构造成将所述活塞的所述压力作用部分弹性地支撑在所述调节压力室的相对侧上。/n

【技术特征摘要】
20180918 KR 10-2018-01111831.一种用于燃料电池系统的压力调节器，包括：
壳体，包括：入口端，气体被引入所述入口端；出口端，气体通过所述出口端被排放；及调节压力室，通过所述出口端连接到外部；
活塞，在所述壳体中上下移动，并且包括：主流动路径，穿透所述壳体的内部；及压力作用部分，在所述壳体的所述调节压力室中施加气体压力，并且所述压力作用部分在所述活塞上下移动时通过所述主流动路径在所述壳体的所述调节压力室与所述入口端之间选择性地连通；以及
弹簧，设置在所述壳体中并且被构造成将所述活塞的所述压力作用部分弹性地支撑在所述调节压力室的相对侧上。


2.根据权利要求1所述的压力调节器，还包括：
立柱，由所述弹簧弹性地设置并且耦接到所述活塞的所述压力作用部分，所述立柱被构造成在所述弹簧与所述活塞的所述压力作用部分之间传递力。


3.根据权利要求2所述的压力调节器，还包括：
弹簧座，设置在所述弹簧与所述立柱之间。


4.根据权利要求2所述的压力调节器，其中，所述弹簧定位在所述壳体的外部，所述立柱在所述立柱由所述弹簧弹性支撑的状态下穿透所述壳体，以耦接到所述活塞的所述压力作用部分。


5.根据权利要求4所述的压力调节器，其中，所述壳体设置有沿圆周方向设置的多个通孔，并且在每个立柱插入所述多个通孔中的每个通孔中的状态下，插入的立柱中的每个立柱插置在弹簧座与所述活塞的所述压力作用部分之间。


6.根据权利要求2所述的压力调节器，其中，所述活塞的所述压力作用部分设置有耦接凹槽，并且所述立柱插入所述耦接凹槽中并且耦接到所述耦接凹槽。


7.根据权利要求1所述的压力调节器，其中，所述活塞还包括
封闭部分，被构造成当所述活塞上下移动时打开和封闭连接到所述入口端的孔洞，
其中，当所述封闭部分打开所述孔洞时，所述主流动路径通过所述壳体内的所述孔洞与所述入口端连通。


8.根据权利要求7所述的压力调节器，其中，所述活塞设置有出口孔，并且所述活塞的所述主流动路径通过所述出口孔与所述壳体的所述调节压力室连通。


9.根据权利要求1所述的压力调节器，其中，所述活塞包括轴部分，并且所述主流动路径穿透所述轴部分的内部，其中，所述轴部分与所述压力作用部分一体形成，所述压力作用部分具有从所述轴部分径向延伸的盘形状。


10.根据权利要求9所述的压力调节器，其中，所述壳体包括：
第一柱状部分，具有所述调节压力室；以及
第二柱状部分，具有的内径相对小于所述第一柱状部分的内径并且设置有所述入口端，
其中，当所述活塞在所述活塞的所述压力作用部分定位在所述第一柱状部分中的状态下上下移动时，所述压力作用部分的圆周表面沿所述第一柱状部分的内圆周表面滑动，并且
其中，当所述活塞上下移动时，所述活塞的所述轴部分沿所述第二柱状部分的内圆周表面滑动。


11.根据权利要求10所述的压力调节器，其中，所述活塞的所述轴部分包括：
第一轴部分，从所述压力作用部分向上延伸并且定位在所述第一柱状部分的内部空间中；以及
第二轴部分，从所述压力作用部分沿与所述第一轴部分相反的方向延伸并插入所述第二柱状部分中，所述第二轴部分被构造成沿所述第二柱状部分的内圆周表面滑动。


12.根据权利要求11所述的压力调节器，其中，所述活塞的所述主流动路径沿所述轴部分的轴向方向穿透所述第一轴部分和所述第二轴部分的内部，
所述主流动路径通过设置在所述第一轴部分上的出口孔与所述第一柱状部分的内部空间中的所述调节压力室连通，
所述活塞的所述第二轴部分设置有封闭部分，所述封闭部分在所述活塞上下移动时打开和封闭连接到所述入口端的孔洞，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑世权，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR