CN103579650B - 燃料电池车辆的整体阀门装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池车辆的整体阀门装置。根据本发明一实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置包括：吸收块，其与燃料电池堆的燃料极出口端连接，用以储存水且排出含有杂质的氢气；氢气排气管线，其形成于吸收块上；水排出管线，其形成于吸收块上；以及阀门，其连接形成在吸收块的氢气排气管线及水排出管线成为整体，从而同时开闭氢气排气管线及水排出管线。

Description

燃料电池车辆的整体阀门装置
技术领域
本发明涉及阀门装置，尤其涉及一种将燃料电池车辆的氢气的排气和水的排出合并为一体的燃料电池车辆的整体阀门装置。
背景技术
燃料电池车辆的主能源来源于称作燃料电池堆(fuelcellstack)的发电装置，所述燃料电池堆的原理为空气中的氧气与从外部供应的氢气发生化学反应，从而产生能量。
图1为显示现有燃料电池车辆的氢气供应系统10的简要示意图。
参照图1，储存在氢气罐11中的氢气通过氢气供应装置12（FuelProcessingSystem，FPS）向燃料电池堆13供应。并且，虽然在图1中未图示，但还设置空气供应装置（AirProcessingSystem，APS），其供应包含在燃料电池堆13的电化学反应中作为氧化剂的氧气的空气。
所述氢气供应装置12包括高压/低压调压器、氢气供应阀门等，所述空气供应装置包括空气鼓风机、加湿器等。关于氢气供应装置12及空气供应装置的结构为公知内容，因此省略具体说明。
在燃料电池堆13中，随着堆(stack)的运转供应到负极（空气极/氢气极）的空气中的氮气以及从负极生成的生成水通过电解质膜向正极一侧移动。燃料电池堆13的构造为公知内容，因此省略具体说明。
在此，所述氮气降低氢气的分压，从而使堆(stack)的性能降低，并且所述生成水阻挡流路，从而妨碍氢气的移动，因此周期性地，通过正极（燃料极）的排出（purging）能够确保燃料电池堆13的稳定性能。
为此，如图1所示的现有的燃料电池车辆的氢气供应系统10设置与燃料电池堆13连接的氢气排气装置14及水排出装置15。在氢气排气装置14中，配备第一阀门16，可向外部排出氢气，在水排出装置15中，配备第二阀门17，可向外部排出水。另外，所述氢气供应系统10构成得使在燃料电池堆13中未反应的氢气不向大气排出，而是通过鼓风机18再循环，重新流入燃料电池堆13。
然而，如上所述的现有的燃料电池车辆的氢气供应系统10中，氢气排气装置14和水排出装置15分别配备阀门16和阀门17，因此每个氢气供应系统10至少要配备两个阀门。因此存在不但会增加整体系统配置费用，而且增加管道通路的复杂性，尤其还需要用于另外分别控制各阀门的控制系统的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种将燃料电池车辆的氢气的排放和水的排出合并为一体的整体阀门装置。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种燃料电池车辆的整体阀门装置，包括：吸收块，其与燃料电池堆的燃料极出口端连接，用以储存水且排出含有杂质的氢气；氢气排气管线，其形成于所述吸收块上；水排出管线，其形成于所述吸收块上；以及阀门，其连接于所述氢气排气管线及水排出管线成为整体，同时开闭所述氢气排气管线及水排出管线。
根据本发明的另一方面，可以提供一种燃料电池车辆的整体阀门装置，包括：吸收块，其与燃料电池堆的燃料极出口端连接，用以储存水且排出含有杂质的氢气；排出管线，其形成于所述吸收块上，同时排出所述水和氢气；以及阀门，其连接于所述排出管线成为整体，开闭所述排出管线。
在此，所述阀门可以为电磁阀，在所述吸收块内部可以设置有用于测量所述吸收块的水吸收量的传感器。
根据本发明的另一方面，可以提供一种燃料电池车辆的整体阀门装置，包括：氢气排气管线，其与燃料电池堆的燃料极出口端连接，排出含有杂质的氢气；阀门，其形成于所述氢气排气管线上，开闭所述氢气排气管线；以及水吸收块，其一侧与所述燃料电池堆的燃料极出口端连接，将水储存在内部，另一侧与所述氢气排气管线连接。其中，因所述氢气排气管线中所述氢气排气时降低的内部压力，而储存在所述水吸收块内部的所述水向所述氢气排气管线移动，从而从所述氢气排气管线同时排出所述氢气和水。
在此，所述阀门可以为电磁阀，在所述水吸收块内部可以设置有用于测量所述水吸收块的水吸收量的传感器。
技术效果
根据本发明的实施例，通过用于燃料电池车辆的氢气排气的阀门和用于水排出的阀门构成为整体，从而能够降低整体系统配置费用，且减少零部件数量。
并且，通过用于氢气排气的阀门和用于水排出的阀门构成为整体，从而无需多个控制系统，能够实现轻量化及成本的降低。
附图说明
图1为显示现有燃料电池车辆的氢气供应系统的简要示意图；
图2为显示根据本发明一实施例的燃料电池车辆的氢气供应系统的简要示意图；
图3为显示根据本发明的第一实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置的简要示意图；
图4为显示根据本发明的第二实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置的简要示意图；
图5为显示根据本发明的第三实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置的简要示意图。
附图标记说明
10：氢气供应系统11：氢气罐
12：氢气供应装置13：燃料电池堆
14：氢气排气装置15：水排出装置
16：第一阀门17：第二阀门
18：鼓风机100、200、300：整体阀门装置
110：氢气罐120：氢气供应装置
130：燃料电池堆(fuelcellstack)210：吸收块
111：氢气排气管线112：水排出管线
113、212、311：阀门114、213、313：传感器
211：排出管线310：氢气排气管线
312：水吸收块
具体实施方式
以下，将参照附图，具体说明本发明的实施例。
图2为显示根据本发明一实施例的燃料电池车辆的氢气供应系统的简略示意图。
参照图2，储存在氢气罐110中的氢气通过氢气供装置120向燃料电池堆130供应。并且，虽然在图2中未图示，但还设置空气供应装置（未图示），其供应包含在燃料电池堆130的电化学反应中作为氧化剂的氧气的空气。关于氢气供应装置120、燃料电池堆130及空气供应装置的技术已经公知了，因此省略具体说明。
另外，所述氢气供应系统可以构成得使在燃料电池堆130中未反应的氢气不向外部排出，而是通过鼓风机140再循环，重新流入燃料电池堆130。
在此，在本发明的实施例中，一个特征为在燃料电池堆130的燃料极出口端上构成整体阀门装置A。在现有燃料电池车辆的氢气供应系统（参照图1）中，在燃料电池堆上分别连接有氢气排气装置及水排出装置，因此采用使氢气和水分别排出的结构，然而，根据本发明的实施例，在燃料电池堆130上连接整体阀门装置A，采用使所述氢气和水从一个装置排出的结构，从而具有可以达到整体系统配置费用降低、轻量化以及成本降低等的优势。
以下将具体说明本发明的实施例。以下将要说明的实施例是以在图2中说明的燃料电池车辆的氢气供应系统中的整体阀门装置A为中心说明的，其余结构与图2中的说明一致或相似，因此省略说明。
图3为简略显示根据本发明的第一实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置100（以下，简称为阀门装置）的示意图。
参照图3，阀门装置100包括：与燃料电池堆的燃料极出口端连接的吸收块210、形成在吸收块210的氢气排气管线111和水排出管线112以及连接氢气排气管线111及水排出管线112成为整体的阀门113。
吸收块210为储存从燃料电池堆的燃料极出口端排出的水S，并且排出含有杂质的氢气H而设置。具体而言，氢气H供应至燃料电池堆的燃料极（未图示）后，未反应的氢气H向所述燃料极的出口端排出，此时，包含在未反应氢气中的水S将凭借重力储存在吸收块210中。
吸收块210上可以形成用于排出氢气H的第一排出口（未图示）和用于排出水S的第二排出口（未图示），并且吸收块210的内部可以设置测量吸收块210的水吸收量的传感器114。这样的传感器114可以是水位测量传感器。另外，除了测量水吸收量的传感器114，还可以设置另外的压力传感器。
在吸收块210上，朝向外部分别形成氢气排气管线111和水排出管线112。例如，可以在吸收块210的外部面配置并结合氢气排气管线111和水排出管线112。一方面，在此强调本说明书中，氢气H的排出是指通过设置有现有氢气排气装置等的排出结构进行排出(purging)。
在此，阀门113连接于氢气排气管线111和水排出管线112成为整体。即，阀门113设置得同时开闭氢气排气管线111和水排出管线112。
例如，阀门113设置得包住氢气排气管线111和水排出管线112的整体，进一步地，可以在氢气排气管线111的内部和水排出管线112的内部分别设置用于开闭氢气排气管线111和水排出管线112的阀门膜（未图示）。在此，所述两个的阀门膜构成得通过外部控制装置（未图示）可以同时开闭。
一方面，阀门113的种类不做限定，为进行自动控制可以使用电磁阀(solenoidvalve)。在使用所述电磁阀的情况下，可以另外设置用于所述电磁阀的开/关控制的控制部（未图示）。
关于如上所述构成的阀门装置100的运转，说明如下。
吸收块210吸收并储存水S和氢气H。氢气H通过形成在吸收块210的氢气排气管线111排气，水S通过形成在吸收块210的水排出管线112排出。在此，阀门113连接氢气排气管线111及水排出管线112成为整体，因此，若在阀门113打开的状态下，则通过氢气排气管线111排出氢气H，通过水排出管线112排出水S。在此，所述氢气H/水S的排出是同时进行的。相反，若在阀门113关闭的状态下，则同时阻断所述氢气H/水S的排出。因此，在氢气排气时可同时进行水排出。
图4为简略显示根据本发明的第二实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置200（以下简称为阀门装置）的示意图。
参照图4，阀门装置200包括与燃料电池堆的燃料极出口端连接的吸收块210、形成在吸收块210的排出管线211及与排出管线211连接成整体的阀门212。
吸收块210与前述的第一实施例中的吸收块210（参照图3）一致或相似，因此省略重复说明。在吸收块210中，形成有用于排出氢气和水的单一的排出口（未图示），并且在吸收块210的内部可以设置有至少一个以上的测量吸收块210的水吸收量或测量压力等的传感器213。
在吸收块210上，朝向外部形成有排出管线211。排出管线211的功能是同时排出吸收块210内部吸收的氢气H和水S。
阀门212连接排出管线211成为整体，且设置得开闭排出管线211。阀门212的种类不做限定，为进行自动控制，可以使用电磁阀。使用所述电磁阀的情况下，可以另外设置用于所述电磁阀的开/关控制的控制部（未图示）。
关于如上所述构成的阀门装置200的运转，说明如下。
吸收块210吸收并储存水S和氢气H。在此，若在阀门212打开的状态下，则通过排出管线211排出氢气H和水S。由于氢气H比水S的比重小，因此在排出管线211的上部氢气H相对较多，在排出管线211的下部水S相对较多。相反，若在阀门212关闭的状态下，则同时阻断氢气H/水S的排出。如此，在一个排出管线211中可同时进行氢气H/水S的排出。
图5为简略显示根据本发明的第三实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置300（以下称为阀门装置）的示意图。
参照图5，阀门装置300包括与燃料电池堆的燃料极出口端连接的氢气排气管线310、形成于氢气排气管线310上并开闭氢气排气管线310的阀门311以及一侧与所述燃料电池堆的燃料极出口端连接且另一侧与氢气排气管线310连接的水吸收块312。
氢气排气管线310与燃料电池堆的燃料极出口端连接，行使排出含有杂质的氢气的功能。在本说明书中，氢气H通过氢气排气管线310排出是指通过现有氢气排气装置中的排出结构进行氢气排出(purging)。
阀门311形成于氢气排气管线310上，设置得开闭氢气排气管线310。阀门311的种类不做限定，为进行自动控制，可以使用电磁阀。使用所述电磁阀的情况下，可以另外设置用于所述电磁阀的开/关控制的控制部（未图示）。
水吸收块312设置得一侧与所述燃料电池堆的燃料极出口端连接，将水储存到内部，另一侧与氢气排气管线310连接。
在水吸收块312的内部可以设置至少一个以上的测量水吸收块312的水吸收量或测量压力等的传感器313。
关于如上所述构成的阀门装置300的运转，说明如下。
若在形成于氢气排气管线310上的阀门311打开的状态下，则氢气H由氢气排气管线310排出。此时，氢气排气管线310由于氢气H的排出，内部压力逐渐降低。若氢气排气管线310的内部压力降低，则储存在与氢气排气管线310连接的水吸收块312内部的水S会由于压力差向氢气排气管线310流动。因此，在氢气排气管线310中，氢气H排气的同时可进行水S排出。相反，若在阀门311关闭的状态下，则氢气H排气中断，水S也不能向氢气排气管线310流动，因此氢气H/水S的排出同时被阻断。
如上所述的本发明的实施例，用于燃料电池车辆的氢气排气的阀门和用于水排出的阀门构成为整体，从而能够降低整体系统配置费用，且减少零部件数量。并且，用于氢气排气的阀门和用于水排出的阀门构成为整体，从而无需多个控制系统，能够实现轻量化及成本的降低。
另外，本发明还可以追加提供包含根据本发明的实施例的燃料电池车辆的整体阀门装置的燃料电池车辆的氢气供应系统。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种燃料电池车辆的整体阀门装置，包括：
吸收块，其与燃料电池堆的燃料极出口端连接，用以储存水且排出含有杂质的氢气；
氢气排气管线，其形成于所述吸收块上；
水排出管线，其形成于所述吸收块上；以及
阀门，其连接于所述氢气排气管线及水排出管线成为整体，同时开闭所述氢气排气管线及水排出管线,
其中，在所述吸收块内部设置有用于测量所述吸收块的水吸收量的传感器。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆的整体阀门装置，其特征在于：
所述阀门为电磁阀。
3.一种燃料电池车辆的氢气供应系统，包括：
根据权利要求1所述的燃料电池车辆的整体阀门装置。
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