CN113067013A - 一种燃料电池***的供氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池***的供氢装置，属于燃料电池技术领域。燃料电池***的供氢装置包括装置本体和开设于所述装置本体上的供氢通道，所述供氢通道的输入端连接外部的储氢容器，所述供氢通道的输出端连接燃料电池电堆；所述供氢装置还包括在所述供氢通道上并联设置的：直喷比例阀；第一引射器，所述第一引射器的入口端设置有第一开关阀，所述第一开关阀用于控制所述第一引射器的开合；第二引射器，所述第二引射器的前端设置有第二开关阀，所述第二开关阀用于控制所述第二引射器的开合。本发明提供的燃料电池***的供氢装置能够在燃料电池全功率范围内确保氢气的供应稳定。

Description

一种燃料电池***的供氢装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池***的供氢装置。

背景技术

燃料电池的氢气供应大多采用氢气循环泵或者引射器形式，氢气循环泵的循环比可变，具有良好的循环效果，但是氢气循环泵需要消耗额外功率，进而对燃料电池***的***效率产生影响。引射器无需消耗额外的功率，但是受制于引射器的结构限制，其仅在一定功率范围的工况下才具有较大引射比，在其它功率范围的工况下，引射器的引射比并不能满足要求，进而导致氢气压力不稳，无法稳定供应至燃料电池。

因此，亟待提供一种燃料电池***的供氢装置解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池***的供氢装置，能够保证在燃料电池***的全功率范围内，都能尽可能确保氢气供应的流量和压力稳定。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种燃料电池***的供氢装置，包括装置本体和开设于所述装置本体上的供氢通道，所述供氢通道的输入端连接外部的储氢容器，所述供氢通道的输出端连接燃料电池电堆；所述供氢装置还包括在所述供氢通道上并联设置的：

直喷比例阀；

第一引射器，所述第一引射器的入口端设置有第一开关阀，所述第一开关阀用于控制所述第一引射器的开合；

第二引射器，所述第二引射器的前端设置有第二开关阀，所述第二开关阀用于控制所述第二引射器的开合。

可选地，所述第一引射器被配置为适用于功率范围为0-50KW的燃料电池***工况中；所述第二引射器被配置为适用于功率范围为70-100KW的燃料电池***工况中。

可选地，所述供氢通道的输出端设置有中空的混合件，所述混合件同时与所述直喷比例阀的出气口、所述第一引射器的出口端和所述第二引射器的出口端相连通；所述混合件上开设有第一排氢接口，所述燃料电池电堆连接所述第一排氢接口。

可选地，所述供氢通道上还设置有泄压阀；所述泄压阀设于所述直喷比例阀之后。

可选地，所述装置本体上还设置有回氢通道，所述回氢通道的输入端连接所述燃料电池电堆，所述回氢通道的输出端连接所述第一引射器和所述第二引射器。

可选地，所述回氢通道上设置有第一单向阀和第二单向阀，分别用于控制氢气由所述燃料电池电堆到所述第一引射器和所述第二引射器的单向流动。

可选地，所述回氢通道上还设有水汽分离组件，所述燃料电池电堆输出的氢气经由所述水汽分离组件后进入所述第一引射器和/或所述第二引射器。

可选地，所述回氢通道上设置有排氢阀。

可选地，所述供氢通道的输入端处设置有第一压力传感器。

可选地，所述供氢通道的输出端处设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器位于所述泄压阀之后。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明在供氢通道上并联设置直喷比例阀、第一引射器和第二引射器，通过三者的联合控制实现氢气稳定的供给；首先，第一引射器和第二引射器分别通过不同的开关阀进行控制，既可以择其一进行使用，也可以同时使用，确保在燃料电池***的全功率范围内，都能尽可能确保氢气供应的流量和压力稳定；其次，直喷比例阀能够根据引射器中气压与流量的变化，适应性地进行开启，以补偿引射器的压力或流量波动，最终实现氢气的稳定供应。

附图说明

图1为本发明实施例中燃料电池***的供氢装置的结构原理图；

图2为本发明实施例中燃料电池***的供氢装置的正视图；

图3为本发明实施例中燃料电池***的供氢装置的俯视图；

图4为图2中A-A的剖视图；

图5为图3中B-B的剖视图；

图6为图3中C-C的剖视图；

图7为图3中D-D的剖视图；

图8为图2中E-E的剖视图；

图9为图2中F-F的剖视图。

附图标记：

100、装置本体；101、供氢通道；102、回氢通道；103、第一进氢接口；104、第一排氢接口；105、第二进氢接口；106、第二排氢接口；200、储氢容器；300、燃料电池电堆；

11、直喷比例阀；12、第一引射器；13、第二引射器；14、第一开关阀；15、第二开关阀；16、混合件；17、泄压阀；18、第一单向阀；19、第二单向阀；20、水汽分离组件；21、排水阀；22、排氢阀；23、第一压力传感器；24、第二压力传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-9所示，本实施例公开了一种燃料电池***的供氢装置，主要用于实现燃料电池***的氢气供应。具体地，供氢装置包括装置本体100和开设于装置本体100上的供氢通道101，供氢通道101的输入端连接外部的储氢容器200，供氢通道101的输出端连接燃料电池电堆300，以使储氢容器200中的氢气由供氢通道101输送至燃料电池电堆300完成反应。进一步地，供氢装置还包括在供氢通道101上并联设置的直喷比例阀11、第一引射器12和第二引射器13；参考图6和图7，直喷比例阀11的进气口连接供氢通道101的输入端，直喷比例阀11的出气口连接供氢通道101的输出端；参考图1、3和8，第一引射器12的入口端设置有第一开关阀14，第一开关阀14用于控制第一引射器12的开合；第二引射器13的前端设置有第二开关阀15，第二开关阀15用于控制第二引射器13的开合。

具体实施时，首先，第一引射器12和第二引射器13通过各自的开关阀进行工作状态的控制，既可以择其一进行使用，也可以同时使用，使得在燃料电池***的全功率范围内，都能确保氢气供应的流量和压力稳定；其次，直喷比例阀11根据引射器中气压与流量的变化，适应性地进行开启，并进行开度的调节，以补偿引射器的压力或流量波动，既能保证氢气的进堆流量，还能保证氢气的压力稳定。即本发明在供氢通道101上设置并联的直喷比例阀11、第一引射器12和第二引射器13，通过三者的联合控制实现氢气稳定的供给，提升了供氢装置的使用性能。

本实施例中，可选地，第一引射器12适用于功率范围为0-50KW的燃料电池***工况中，第二引射器13适用于功率范围为70-100KW的燃料电池***工况中；不同的引射器由于自身结构的不同，其所适用的燃料电池***的功率范围也不同，而根据燃料电池***的功率范围选取适宜的引射器有助于实现引射器较大的引射比，保证引射器发挥出最佳的性能。具体实施时，在燃料电池***为0-50KW的小功率工况下，第一开关阀14打开，第二开关阀15关闭，由第一引射器12进行氢气供给。在燃料电池***为70-100KW的大功率工况下，第一开关阀14关闭，第二开关阀15打开，由第二引射器13进行氢气供给。在燃料电池***的功率为50-70KW的工况下，进行两个引射器的联合调节：具体地，先打开第一开关阀14，保证第一引射器12的引射比达到最大，但此时只依靠第一引射器12不能满足氢气流量压力，因此打开第二开关阀15并逐渐增大第二开关阀15的开度，由第一引射器12和第二引射器13同时进行氢气供给，保证两个引射器的流量之和满足燃料电池电堆300的流量需求，随着燃料电池***的功率的增大，当增大到70KW及以上时，关闭第一开关阀14，仅由第二引射器13进行氢气供给，保证了整个供氢装置在全功率工况范围内都能确保氢气流量和压力的稳定。

本实施例中，参考图1，在供氢通道101的输入端与输出端之间并列设置三条分通道，分别为第一分通道、第二分通道和第三分通道，直喷比例阀11、第一引射器12和第二引射器13分别位于第一分通道、第二分通道和第三分通道上，进而实现了三者的并联设置，三个分通道连接于供氢通道101的同一输入端和同一输出端，即直喷比例阀11、第一引射器12和第二引射器13内的氢气均由供氢通道101的同一输入端进行输入，并统一输出至供氢通道101的同一输出端。具体地，参考图2、图6和图7，装置本体100在供氢通道101的输入端和输出端处分别设置第一进氢接口103和第一排氢接口104，外部的储氢容器200与第一进氢接口103相连，燃料电池电堆300连接第一排氢接口104。

参考图2-4和图7，供氢通道101的输出端设置有中空的混合件16，该混合件16同时与直喷比例阀11的出气口、第一引射器12的出口端和第二引射器13的出口端相连通，进而使三个分通道的氢气在混合件16中进行充分混合匀化后再进行输出，保证氢气的稳定供给。进一步地，混合件16上设有上述的第一排氢接口104，混合后的氢气由第一排氢接口104顺利进入燃料电池电堆300。

参考图1，在供氢通道101上还设置有泄压阀17，泄压阀17设于供氢通道101的输出端处，避免进堆氢气压力过大发生危险，能够保证燃料电池电堆300及燃料电池***的安全。本实施例中，参考图1和图7，泄压阀17设于第一分通道上的直喷比例阀11之后；当然在一些其他的实施例中，泄压阀17的设置位置也可以设置在供氢通道101的输出端附近的其他位置，只要在氢气进入燃料电池电堆300之前即可。为了方便燃料电池***的氢气压力控制，参考图1、图2和图6，在供氢通道101的输入端处还设置有第一压力传感器23，用于检测初始进入供氢通道101的氢气压力。进一步地，参考图1、图2和图7，在供氢通道101的输出端处设置有第二压力传感器24，用于检测进入燃料电池电堆300的氢气压力，确保气压满足燃料电池电堆300的使用要求，具体实施时，第一压力传感器23和第二压力传感器24能够传递压力信号至燃料电池***的控制单元，控制单元再传递控制信号至直喷比例阀11，控制其开合状态，以补偿引射器的氢气压力波动和流量波动。本实施例中，第二压力传感器24设于第一分通道上，且位于泄压阀17之后。

参考图1，在供氢装置上还设置有回氢通道102，回氢通道102的输入端连接燃料电池电堆300，回氢通道102的输出端连接第一引射器12和第二引射器13，进而得以将燃料电池电堆300中的氢气重新输送至引射器处，实现氢气的循环利用。具体实施时，为了实现循环氢气进入到两个引射器，回氢通道102上引出两个支路，分别为第一回氢支路和第二回氢支路，第一回氢支路连通第一引射器12，第二回氢支路连通第二引射器13。进一步地，参考图1和图9，第一回氢支路上设置第一单向阀18，第二回氢支路上设置第二单向阀19，分别用于控制氢气由燃料电池电堆300到第一引射器12和第二引射器13的单向流动，防止其中一个引射器单独工作时，气体通过另一个引射器发生回流，导致供氢装置无法正常工作。

进一步地，参考图2和图3，装置本体100上还设置有第二进氢接口105和第二排氢接口106，回氢通道102上的氢气通过第二进氢接口105重新流入装置本体100内，并进一步进入引射器；回氢通道102上的氢气还可以通过第二排氢接口106输出至外界。在装置本体100上还设置有排氢阀22，排氢阀22设于第二排氢接口106处，用于控制回氢通道102上氢气的排出。由于燃料电池电堆300中输出的氢气可能会携带杂质，因此需要设置排氢阀22将这部分带有杂质的氢气排出，以保证进行循环的氢气的纯度，保证燃料电池电堆300的正常使用。当排氢阀22开启排氢操作时，为了避免燃料电池电堆300的阳极侧压力波动，本实施例所提供的供氢装置可以通过开启直喷比例阀11进行压力补偿，充分保证燃料电池电堆300阳极侧的压力稳定，提升燃料电池电堆300的性能。

参考图1、2和7，回氢通道102上还设置有水汽分离组件20，由燃料电池电堆300输出的氢气经由水汽分离组件20后再进入第一引射器12和第二引射器13，避免引射器及燃料电池电堆300发生水堵现象。水汽分离组件20包括水汽分离本体和排水阀21，水汽分离本体用于分离液态水和气体，装置本体100上设置有排水口，排水阀21设于排水口处，用于将分离出的液态水排出。

上述供氢装置的各类阀体、水汽分离组件20及压力传感器均是集成于装置本体100上的，使整个供氢装置成为零部件高度集中的模块，大大减少了氢气泄漏点，也缩短了氢气供给路径，尽可能降低了氢气循环中的阻力损失，提升了整个供氢装置的性能，保证了氢气的稳定供应。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种燃料电池***的供氢装置，其特征在于，包括装置本体(100)和开设于所述装置本体(100)上的供氢通道(101)，所述供氢通道(101)的输入端连接外部的储氢容器(200)，所述供氢通道(101)的输出端连接燃料电池电堆(300)；所述供氢装置还包括在所述供氢通道(101)上并联设置的：

直喷比例阀(11)；

第一引射器(12)，所述第一引射器(12)的入口端设置有第一开关阀(14)，所述第一开关阀(14)用于控制所述第一引射器(12)的开合；

第二引射器(13)，所述第二引射器(13)的前端设置有第二开关阀(15)，所述第二开关阀(15)用于控制所述第二引射器(13)的开合。

2.根据权利要求1所述的供氢装置，其特征在于，所述第一引射器(12)被配置为适用于功率范围为0-50KW的燃料电池***工况中；所述第二引射器(13)被配置为适用于功率范围为70-100KW的燃料电池***工况中。

3.根据权利要求1所述的供氢装置，其特征在于，所述供氢通道(101)的输出端设置有中空的混合件(16)，所述混合件(16)同时与所述直喷比例阀(11)的出气口、所述第一引射器(12)的出口端和所述第二引射器(13)的出口端相连通；所述混合件(16)上开设有第一排氢接口(104)，所述燃料电池电堆(300)连接所述第一排氢接口(104)。

4.根据权利要求1所述的供氢装置，其特征在于，所述供氢通道(101)上还设置有泄压阀(17)；所述泄压阀(17)设于所述直喷比例阀(11)之后。

5.根据权利要求1所述的供氢装置，其特征在于，所述装置本体(100)上还设置有回氢通道(102)，所述回氢通道(102)的输入端连接所述燃料电池电堆(300)，所述回氢通道(102)的输出端连接所述第一引射器(12)和所述第二引射器(13)。

6.根据权利要求5所述的供氢装置，其特征在于，所述回氢通道(102)上设置有第一单向阀(18)和第二单向阀(19)，分别用于控制氢气由所述燃料电池电堆(300)到所述第一引射器(12)和所述第二引射器(13)的单向流动。

7.根据权利要求5所述的供氢装置，其特征在于，所述回氢通道(102)上还设有水汽分离组件(20)，所述燃料电池电堆(300)输出的氢气经由所述水汽分离组件(20)后进入所述第一引射器(12)和/或所述第二引射器(13)。

8.根据权利要求5所述的供氢装置，其特征在于，所述回氢通道(102)上设置有排氢阀(22)。

9.根据权利要求1所述的供氢装置，其特征在于，所述供氢通道(101)的输入端处设置有第一压力传感器(23)。

10.根据权利要求4所述的供氢装置，其特征在于，所述供氢通道(101)的输出端处设置有第二压力传感器(24)，所述第二压力传感器(24)位于所述泄压阀(17)之后。

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