CN103390761A - 具有集成歧管块的燃料电池用氢供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于燃料电池的氢供应系统，其具有集成歧管块，在该集成歧管块中集成并模块化有供氢部件。具体而言，氢供应管线、氢排放管线和氢再循环管线形成于在燃料电池组的多个组模块外侧安装的歧管块中。因此，包括用于供应和排放氢的部件以及用于再循环氢的部件的氢供应系统的部件整体地安装在氢供应管线、氢排放管线和氢再循环管线的预定位置，以使歧管块与氢供应系统的部件模块化。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有集成歧管块（manifold block）的燃料电池用氢供应系统。更具体地，本发明涉及一种用于燃料电池的氢供应系统，其具有集成歧管块，在该集成歧管块中集成并模块化有供氢部件。
背景技术
安装在燃料电池车辆中的典型燃料电池系统包括：燃料电池组，用于通过电化学反应产生电；氢供应系统，用于将氢作为燃料供应到燃料电池组；氧（空气）供应系统，用于供应含氧空气作为燃料电池组中电化学反应所需的氧化剂；热管理系统（TMS），用于将反应热从燃料电池组中去除到燃料电池系统的外部，控制燃料电池组的工作温度并执行水管理功能；以及系统控制器，用于控制燃料电池系统的整体工作。
如图4所示，配置成使燃料电池反应所需的氢和空气以及冷却剂分别均匀分配的歧管块30安装在整体构成燃料电池组10的组模块11、12、13和14的外侧。更具体而言，氢供应和排放管线、空气供应和排放管线、以及冷却剂供应和排放管线（未示出）以复杂的方式布置在歧管块30中，其中反应气体和冷却剂经由以上管线供应到组模块11、12、13和14。此处，将参照图2和图3对与歧管块单独连接的常规氢供应系统的构造和运转进行描述。
首先，氢供应管线21从氢罐连接至歧管块，以将氢供应到构成燃料电池组10的各个组模块11、12、13和14中。此外，氢供应阀22、喷射器23和减压阀24从氢供应管线21的前端（即，在氢罐侧）顺序地安装到其后端（即，在歧管块侧）。
氢供应阀22用于允许或阻止从氢罐的氢供应，喷射器23用于将通过氢供应阀22的充足氢供应至预定水平并将氢供应到歧管块30，而减压阀34用于将供应到歧管块30的氢的压力调节至预定水平。
此外，氢排放管线25与歧管块30连接，使得在氢被供应到构成燃料电池组10的组模块11、12、13和14之后，剩余氢和冷凝水可经其排出。另外，用于排放冷凝水的脱水器26和用于将一部分通过脱水器26的氢排放到外部的放气阀27顺序地安装在氢排放管线25上。
具体而言，氢再循环管线28从放气阀27经过再循环风机29延伸到喷射器23。再循环风机29吸入或鼓出通过放气阀27的氢。相应地，当来自燃料电池组10中反应的氢与冷凝水一起被排放到氢排放管线25时，冷凝水经由脱水器26被排放到外部，一部分氢经由放气阀27被排到外部，而剩余氢通过再循环风机29的抽吸而被供应到喷射器23中，并与氢罐的新鲜氢一起被再供应到燃料电池组10中。
用于常规氢供应系统的歧管块的构造具有以下缺点。
首先，其需要较大空间以在构成氢供应系统的部件（例如，氢供应阀、喷射器、减压阀、放气阀、再循环风机等）之间进行管道连接，这增加了燃料电池系统的总体积，因此很难将所有的部件以适当的布局安装在有限的体积空间比如发动机舱内。
第二，由于构成氢供应系统管道（即，传输管线）的氢供应管线和氢排放管线的增加的长度以及复杂的布置，在氢供应管线和氢排放管线中出现压力损耗，因此需要大量的能量用于供应和排放氢。
第三，由于氢供应管线和氢排放管线的长度和数量增加，氢可能从各个连接配件处泄漏的风险较高。
以上在此背景技术部分公开的信息仅为加强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成国内本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种具有集成歧管块的燃料电池系统用氢供应系统，其通过使氢供应系统的部件在歧管块中模块化来降低燃料电池系统的总体积和重量，并通过使由氢供应管线长度降低所引起的氢供应管线中出现的压力损耗降低来改善燃料电池车辆的性能，其中该歧管块通过铝铸造而制得并且安装在燃料电池组的外侧。
一方面，本发明提供一种具有集成歧管块的燃料电池用氢供应系统，其特征在于，在安装于燃料电池组的组模块外侧的歧管块中形成氢供应管线、氢排放管线和氢再循环管线。包括用于供应和排放氢的部件以及用于再循环氢的部件的氢供应系统的部件整体地安装在氢供应管线、氢排放管线和氢再循环管线的预定位置，从而使歧管块和氢供应系统的部件模块化。
在一个示例性实施方式中，氢供应系统还可包括氢供应阀，该氢供应阀安装于在歧管块的上表面上形成的氢供应管线的进口处。氢供应系统还可包括再循环风机，该再循环风机安装在通过歧管块的上表面暴露出的氢再循环管线上。在歧管块中的氢供应管线与氢再循环管线之间可安装喷射器。在没有再循环风机29的情况下，氢排放管线25可与喷射器23直接连接。而且，脱水器和放气阀可与氢排放管线连接且各自安装在歧管块的下表面和第二侧。
在又一示例性实施方式中，氢供应系统还可包括控制器，该控制器位于歧管块附近以控制再循环风机和脱水器的操作并控制阀门的开关。
下面讨论本发明的其它方面和示例性实施方式。
附图说明
本发明的以上和其它特征将参考附图所图示的某些示例性实施方式予以详细描述，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的具有集成歧管块的燃料电池用氢供应系统的框图。
图2和3是示出常规的燃料电池用氢供应系统的示意图。
图4是示出燃料电池用歧管块的工作的示意图。
在附图中提及的附图标记包括对在下文中进一步讨论的以下元件的参照：
10：燃料电池组
11、12、13和14：组模块
20：氢供应系统
21：氢供应管线
22：氢供应阀
23：喷射器
24：减压阀
25：氢排放管线
26：脱水器
27：放气阀
28：氢再循环管线
29：再循环风机
30：歧管块
应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。
在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
下面讨论本发明的上述和其它特征。
如图1所示，本发明旨在提供一种用于燃料电池的氢供应系统20，其中氢供应系统20的各个部件安装在歧管块30中的适当位置，由此使歧管块30和氢供应系统20的部件模块化，其中歧管块30安装在燃料电池组10的外侧。为此，可通过铝铸造来制造歧管块30，并且氢供应管线21、氢排放管线25和氢再循环管线28任选地布置在歧管块30中。
优选地，氢供应管线21从歧管块30的顶部中心延伸至歧管块30的中心，进而延伸到歧管块30的第一侧，并与形成于各组模块的一侧的氢进口（未示出）连接。氢排放管线25与形成于各组模块的一侧的氢出口（未示出）连接并延伸到歧管块30的底部。氢再循环管线28从氢排放管线25延伸至氢供应管线21的喷射器的安装位置。
如此，包括用于供应和排放氢的部件以及用于再循环氢的部件的氢供应系统20的部件整体地安装于在歧管块30中形成的氢供应管线21、氢排放管线25和氢再循环管线28的预定位置。
在氢供应系统20的部件中，与氢罐连接以允许或阻止从氢罐供氢的氢供应阀22安装于在歧管块30的上表面上形成的氢供应管线21的进口处。而且，在氢供应系统20的部件中，将通过氢供应阀22的氢供应到各个组模块的喷射器23安装在歧管块30中的氢供应管线21和氢再循环管线28两者中。由此喷射器23接收来自再循环管线28和供应管线21二者的氢。
歧管块30中氢再循环管线28的一部分通过歧管块30的一侧的上表面暴露出，并且用于将氢从氢排放管线25供应到喷射器23的再循环风机29安装在暴露出的部分内。在没有再循环风机29的情况下，氢排放管线25可与喷射器23直接连接。此外，与歧管块30中的氢排放管线25连接以储存并排放从燃料电池组中排出的水以及未反应的氢的脱水器26，安装在歧管块30的下表面上。
相应地，将对燃料电池用氢供应系统的工作流程进行描述，其中歧管块和氢供应系统的部件按上述方式模块化。
首先，当打开与氢罐连接的氢供应阀22时，氢被供应到氢供应管线21中并流向喷射器23。然后，喷射器23将来自氢供应阀22的氢供应到各个组模块，使得组模块通过电化学反应产生电。随后，组模块中通过电化学反应产生的水与未反应的氢一起经由氢排放管线25而通过脱水器26，其中脱水器26包括具有预定截面（例如，1,600至4,000mm2）的冷凝室。脱水器通过氢再循环管线28与再循环风机直接连接。反应产生的水被排放到底部并储存在脱水器26中。当水在脱水器26中上升至预定水平时，脱水器26底部的排放阀打开，由此水被排放到外部。
相应地，可以在氢排放管线25上安装放气阀27，该氢排放管线25从脱水器26的上表面的一侧进一步延伸，且氢再循环管线28与脱水器26的上表面的顶部连接。因此，当放气阀27打开时一部分未反应的氢被排放到外部，而当放气阀27关闭时剩余的未反应氢流入到氢再循环管线28中。从氢排放管线流到氢再循环管线28的氢通过再循环风机29的运转而连续不断地被引入到再循环管线28中并经其再循环到喷射器23。然后，氢与流经氢供应阀22的新鲜氢混合并被再供应到组模块中。
如上所述，本发明提供以下效果。
由于通过将氢供应系统中的喷射器、放气阀、减压阀、再循环风机等安装在歧管块中适当的位置而使歧管块与氢供应系统的部件模块化，因而可以降低燃料电池系统的总体积和重量，并消除歧管块中的死体积。具体而言，由于氢供应系统的各个部件都模块化于歧管块中，连接各个部件的氢供应管线、氢排放管线以及氢再循环管线的长度减小，这可以使流经氢供应管线的氢的能量损耗和压力损耗降低。而且，可以省略与歧管块单独连接的氢供应系统的管道，并省略用于管道连接的配件，从而改进组装效率。
已经参考其示例性实施方式对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员应当理解，可以在不偏离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同方式限定。
Claims (8)
1.一种具有集成歧管块的燃料电池用氢供应系统，包括：
形成于歧管块中的氢供应管线、氢排放管线、和氢再循环管线，所述歧管块安装在燃料电池组的多个组模块的外侧，其中包括用于供应和排放氢的部件以及用于再循环氢的部件的所述氢供应系统的部件整体地安装在所述氢供应管线、所述氢排放管线和所述氢再循环管线的预定位置，以使所述歧管块与所述氢供应系统的部件模块化。
2.如权利要求1所述的氢供应系统，还包括氢供应阀，所述氢供应阀安装于在所述歧管块的上表面上形成的所述氢供应管线的进口处。
3.如权利要求1所述的氢供应系统，还包括再循环风机，所述再循环风机安装在通过所述歧管块的上表面暴露出的所述氢再循环管线上。
4.如权利要求1所述的氢供应系统，还包括喷射器，所述喷射器安装在所述歧管块中的所述氢供应管线与所述氢再循环管线之间。
5.如权利要求1所述的氢供应系统，其中所述氢再循环管线与所述喷射器直接连接。
6.如权利要求1所述的氢供应系统，还包括减压阀，所述减压阀安装于在所述歧管块的上表面上形成的所述氢供应管线的进口处。
7.如权利要求1所述的氢供应系统，还包括脱水器和放气阀，所述脱水器和所述放气阀与所述氢排放管线连接并且各自安装在所述歧管块的下表面和第二侧。
8.如权利要求1所述的氢供应系统，还包括控制器，其位于所述歧管块附近以控制所述再循环风机和所述脱水器的操作并控制阀门的开关。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20131113 |
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