CN107634245A - 一种氢燃料电池汽车压力能驱动氢气循环泵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于氢燃料电池汽车的压力能驱动氢气循环泵装置，包括：膨胀‑压缩一体机(7)，所述膨胀‑压缩一体机(7)包括氢膨胀机(1)和氢气泵(4)。高压氢气进入膨胀机(1)降压，同时对外输出膨胀功W，此膨胀功W直接驱动氢气泵(4)；燃料电池(3)中未反应完全的氢气在氢气泵(4)的驱动下循环再利用；本发明提出膨胀‑压缩一体机(7)利用高压氢气所储存的压力能驱动氢气循环泵，克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和润滑油污染问题，同时回收利用了高压氢气的压力能，提高了燃料电池汽车整车能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及氢能源车用能量回收装置，特别涉及一种氢燃料电池汽车压力能驱动氢气循环泵装置。
背景技术
在PEMFC中，保持质子交换膜的水平衡对电堆的寿命有重要意义。一方面，水含量过低会产生干膜现象，妨碍质子的传输；另一方面，水含量过高会产生水淹现象，阻碍多孔介质中气体的扩散，导致电堆输出电压降低。此外，从阴极侧穿透到阳极的杂质气体不断累积，也会对电堆的性能造成影响。
针对以上堵水和气体渗透的问题，通常采用排氢的方法，将电堆内部生成的水和累积的杂质气体排出。排氢频率太低，容易导致堵水和杂质气体累积，从而导致电堆性能下降；排氢频率太高，则既浪费了氢气，又带来潜在危险。为保证PEMFC稳定高效运行，同时提高氢气利用率，通常采用氢气循环的方法，即氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离装置将液态水分离，再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对新鲜氢气进行加湿。
目前主要的氢气循环模式有单级引射器、双级引射器并联、单级循环泵、引射器和循环泵并联等，在此基础上通过优化引射器结构和控制策略等方法来提高循环效果。
一方面，引射器虽然无运动部件且可靠性高，但其工作范围较窄，无法在小流量下起到循环的效果。另一方面，氢气循环泵消耗电堆功率，且含有许多机械部件，伴随有震动和噪声，并包含有轴承、润滑油等，耐久性和结构复杂性并不满足要求。
为此，本发明提供一种氢燃料电池汽车压力能驱动氢气循环泵装置，利用膨胀机系统回收高压氢气的压力能，由膨胀机直接驱动氢气循环泵装置，克服传统电机驱动油润滑和氢气泄露问题，提高能源利用率。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种氢燃料电池汽车压力能驱动氢气循环泵装置，克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和润滑油污染问题，回收利用了高压氢气的压力能，提高燃料电池整车能量利用率。
本发明提供一种适用于氢燃料电池汽车的压力能驱动氢气循环泵装置，包括：膨胀-压缩一体机(7)，所述膨胀-压缩一体机(7)包括氢膨胀机(1)和氢气泵(4)。高压氢气进入膨胀机(1)降压，同时对外输出膨胀功W，此膨胀功W直接驱动氢气泵(4)；燃料电池(3)中未反应完全的氢气在氢气泵(4) 的驱动下循环再利用；本发明提出膨胀-压缩一体机(7)采用高压氢气所储存的压力能驱动氢气循环泵，克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和润滑油污染问题，同时回收利用了高压氢气的压力能，提高了燃料电池汽车整车能量利用率。
所述膨胀-压缩一体机，其特征在于：所述膨胀-压缩一体机可以为涡旋式膨胀-压缩一体机。膨胀机起到降低氢气压力的作用，同时回收了高压氢气的压力能，对外做功直接驱动氢气循环泵，弥补了传统节流阀降压的能量浪费，克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和油润滑难题，提高能量利用效率。
所述的膨胀-压缩一体机，其特征在于：所述膨胀-压缩一体机还可以为轴流式膨胀机驱动轴流式氢气泵或往复式膨胀机驱动往复式氢气泵，实现膨胀机与氢气泵的高效耦合和结构一体化，提高效率。
所述的膨胀机可以为一级、两级或三级膨胀，可根据客户的不同需求及选择不同设计型式，应用范围广，能确保上述压力能回收方法的可靠实施，有效提高能量利用率。
附图说明
图1为一种氢燃料电池汽车压力能驱动氢气循环泵装置。
图2为膨胀机驱动氢气循环泵与引射器并联流程图。
图3为膨胀机与减压阀并联驱动氢气循环泵与引射器并联流程图。
图4为膨胀机与减压阀串联驱动氢气循环泵流程图。
具体实施方案
以下实施案例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下面结合附图和实施案例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。实施案例1
如图2所示，一种适用于氢燃料电池汽车膨胀机驱动氢气循环泵与引射器并联装置，包括：氢气处理装置(2)、燃料电池(3)、引射器(5)和涡旋式膨胀-压缩一体机(7)，所述膨胀-压缩一体机(7)包括涡旋式膨胀机(1)和涡旋式氢气泵(4)。此案例采用一级膨胀系统，高压氢气流入涡旋式膨胀机(1) 降压；低压氢气经过氢气处理装置(2)达到合适的温度和压力，最终流入燃料电池(3)进行电化学反应。
涡旋式膨胀-压缩一体机(7)实现涡旋式膨胀机(1)与涡旋式氢气泵(4) 的耦合。当小流量时，燃料电池(3)中未反应完全的氢气经过涡旋式氢气泵(4) 循环再利用；涡旋式膨胀机(1)实现高压氢气降压的同时，对外输出膨胀功W，此膨胀功W直接驱动涡旋式氢气泵(4)，克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和润滑油污染问题，将高压氢气的压力能回收利用，提高燃料电池汽车整车能量利用率。
当大流量时，燃料电池(3)中未反应完全的氢气经过引射器(5)循环再利用。膨胀功输送其他耗功设备。
实施案例2
如图3所示，一种氢燃料电池汽车膨胀机与减压阀并联驱动氢气循环泵与引射器并联装置，包括：氢气处理装置(2)、燃料电池(3)、减压阀(6)、引射器(5)和轴流式膨胀-压缩一体机(7)，所述轴流式膨胀-压缩一体机(7)包括轴流式膨胀机(1)和轴流式氢气泵(4)。此案例采用一级膨胀机系统，轴流式膨胀机(1)与减压阀(6)并联，轴流式氢气泵(4)与引射器(5)并联。
当燃料电池汽车大功率运行时，高压氢气流经减压阀(6)降压；低压氢气经过氢气处理装置(2)达到合适的温度和压力，最终流入燃料电池(3)进行电化学反应；燃料电池(3)中未反应完全的氢气经过引射器(5)循环再利用。轴流式膨胀-压缩一体机(7)此时不运行。
当燃料电池汽车小功率运行时，轴流式膨胀-压缩一体机(7)实现轴流式膨胀机(1)与轴流式氢气循环泵(4)的耦合。高压氢气流经轴流式膨胀机(1) 降压；低压氢气经过氢气处理装置(2)达到合适的温度和压力，最终流入燃料电池(3)进行电化学反应；燃料电池(3)中未反应完全的氢气经过轴流式氢气泵(4)循环再利用；轴流式膨胀机(1)实现氢气降压的同时，对外输出膨胀功 W，此膨胀功W驱动轴流式氢气循环泵(4)，克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和润滑油污染问题，将高压氢气罐内的压力能回收利用，提高能量利用率。减压阀(6)与引射器(5)此时不运行。
实施案例3
如图4所示，一种氢燃料电池汽车膨胀机与减压阀串联驱动氢气循环泵装置，包括：氢气处理装置(2)、燃料电池(3)、减压阀(6)和往复式膨胀- 压缩一体机(7)，所述往复式膨胀-压缩一体机(7)包括往复式膨胀机(1)和往复式氢气循环泵(4)。此案例采用一级膨胀机系统，往复式膨胀机(1)与减压阀(6)串联。
高压氢气先经过减压阀(6)压力大幅度降低，再流入往复式膨胀机(1) 降压；低压氢气经过氢气处理装置(2)达到合适的温度和压力，最终流入燃料电池(3)进行电化学反应；燃料电池(3)中未反应完全的氢气经过往复式氢气泵(4)循环再利用；往复式膨胀-压缩一体机(7)实现往复式膨胀机(1)与往复式氢气循环泵(4)的耦合，往复式膨胀机(1)实现氢气降压的同时，对外输出膨胀功W，此膨胀功W直接驱动往复式氢气泵(4)，将高压氢气罐内的压力能回收利用，提高能量利用率。
Claims (3)
1.本发明提供一种适用于氢燃料电池汽车的压力能驱动氢气循环泵装置，包括：膨胀-压缩一体机(7)，所述膨胀-压缩一体机(7)包括氢膨胀机(1)和氢气泵(4)。高压氢气进入膨胀机(1)降压，同时对外输出膨胀功W，此膨胀功W直接驱动氢气泵(4)；燃料电池(3)中未反应完全的氢气在氢气泵(4)的驱动下循环再利用；本发明提出膨胀-压缩一体机(7)利用高压氢气所储存的压力能驱动氢气循环泵，克服了传统电机驱动氢气循环泵泄露和润滑油污染问题，同时回收利用了高压氢气的压力能，提高了燃料电池汽车整车能量利用率。
2.根据权利要求1所述的膨胀-压缩一体机，其特征在于：所述膨胀-压缩一体机可以为涡旋式膨胀-压缩一体机。
3.根据权利要求1所述的膨胀-压缩一体机，其特征在于：所述膨胀-压缩一体机还可以为轴流式膨胀机驱动轴流式氢气泵或往复式膨胀机驱动往复式氢气泵。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108832157A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-16 | 武汉理工大学 | 一种质子交换膜燃料电池氢气回收装置 |
| CN110649287A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种燃料电池发动机系统及其供气系统和一种控制方法 |
| CN111342082A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-06-26 | 江苏大学 | 一种用于燃料电池系统的氢气循环系统 |
| CN113054219A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-29 | 湖北文理学院 | 氢氧燃料电池系统 |
| CN113690465A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-23 | 北京理工大学 | 一种适用于氢燃料电池汽车的氢气再循环装置 |
| CN114284525A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-05 | 上海重塑能源科技有限公司 | 一种燃料电池用氢气循环系统及其供氢控制方法 |
| CN114883595A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-09 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种氢气循环系统及车辆 |
| CN115207397A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-10-18 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | 氢燃料电池与压缩空气储能联合运行系统及其控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07139829A (ja) * | 1993-11-17 | 1995-06-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 冷凍サイクル |
| JP2003217641A (ja) * | 2002-01-22 | 2003-07-31 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| CN101638792A (zh) * | 2008-07-29 | 2010-02-03 | 通用汽车环球科技运作公司 | 从高压水电解产生的气态氢和氧中回收压缩能量 |
-
2017
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07139829A (ja) * | 1993-11-17 | 1995-06-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 冷凍サイクル |
| JP2003217641A (ja) * | 2002-01-22 | 2003-07-31 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| CN101638792A (zh) * | 2008-07-29 | 2010-02-03 | 通用汽车环球科技运作公司 | 从高压水电解产生的气态氢和氧中回收压缩能量 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108832157A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-16 | 武汉理工大学 | 一种质子交换膜燃料电池氢气回收装置 |
| CN110649287A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种燃料电池发动机系统及其供气系统和一种控制方法 |
| CN110649287B (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-16 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种燃料电池发动机系统及其供气系统和一种控制方法 |
| CN111342082A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-06-26 | 江苏大学 | 一种用于燃料电池系统的氢气循环系统 |
| CN113054219A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-29 | 湖北文理学院 | 氢氧燃料电池系统 |
| CN113690465A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-23 | 北京理工大学 | 一种适用于氢燃料电池汽车的氢气再循环装置 |
| CN114284525A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-05 | 上海重塑能源科技有限公司 | 一种燃料电池用氢气循环系统及其供氢控制方法 |
| CN114284525B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-11-14 | 上海重塑能源科技有限公司 | 一种燃料电池用氢气循环系统及其供氢控制方法 |
| CN114883595A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-09 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种氢气循环系统及车辆 |
| CN115207397A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-10-18 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | 氢燃料电池与压缩空气储能联合运行系统及其控制方法 |
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