CN110323470A - 燃料电池进氢调节装置及其应用的燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池进氢调节装置及其应用的燃料电池系统，燃料电池进氢调节装置包括比例阀、第一引射器、第二引射器、第一电磁三通阀和第二电磁三通阀，第一电磁三通阀设有第一输入端、第一输出端和第二输出端，第二电磁三通阀设有第二输入端、第三输出端和第四输出端，进氢口接头与第一输入端通过比例阀连接，第一输出端、第二输出端与第一引射器、第二引射器的高压流体入口连接，第二输入端与回氢口接头连接，第三输出端、第四输出端与第一引射器、第二引射器的引流入口连接，第一引射器、第二引射器的高压喷射口汇合后与出氢口接头相连；燃料电池进氢调节装置满足低功率、高功率的不同引射要求，进氢调节和氢气循环功能简单可靠。
Description
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池进氢调节装置及其应用的燃料电池系统。
背景技术：
随着我国国民经济的持续增长，人民生活水平的不断提高，汽车已经成为人们出行的必备工具，随着我国多个城市雾霾化的增加，让人们意识到发展新能源已经刻不容缓，新能源汽车被认为是能源转型的重要环节，而质子交换膜燃料电池汽车被认为目前新能源汽车产电量最为成熟的代表。它是以氢气与空气中的氧气发生化学反应产生电能，从而推动汽车前进。燃料电池汽车基本不产生二氧化碳，作为新一代新能源汽车，具有结构简单、对大气没有污染、节能高效等一系列优点。系统的优化及关键零部件的设计与开发能够让燃料电池动力系统寿命更长久，尾排氢气量更少，尾排氢气量可能危害人的生命健康。
现有的燃料电池系统中，对燃料电池电堆的氢气输入绝大部分采用隔膜式氢气循环泵，这种隔膜式氢气循环泵可将燃料电池电堆反应剩余的气体循环到电堆进气端。该种泵为主动增压式，结构复杂，成本高，耗能高，维护不方便。也有部分氢燃料电池采用引射器作为氢气循环装置，引射器不需要额外增加功耗，但是集成度低、适用范围小，生产制造工艺性差，使用效果并不理想。
现有的燃料电池系统中也有采用单引射器+截止阀组合控制的结构，但并不理想，功能过于简单，不能同时适合高功率和低功率的需求，适用范围小。
发明内容：
本发明的目的是提供一种燃料电池进氢调节装置及其应用的燃料电池系统，能解决现有燃料电池进氢装置采用单引射器导致不能同时适合高功率和低功率的需求，适用范围小的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
本发明的第一个目的是提供一种燃料电池进氢调节装置，包括比例阀、电磁阀、引射器进氢口接头、出氢口接头和回氢口接头，其特征在于：所述引射器包括第一引射器和第二引射器，所述电磁阀包括第一电磁三通阀和第二电磁三通阀，第一电磁三通阀设有第一输入端、第一输出端和第二输出端，第二电磁三通阀设有第二输入端、第三输出端和第四输出端，比例阀一端与进氢口接头连接，比例阀另一端与第一电磁三通阀的第一输入端连接，第一电磁三通阀的第一输出端和第二输出端分别与第一引射器的第一高压流体入口和第二引射器的第二高压流体入口连接，第二电磁三通阀的第二输入端与回氢口接头连接，第二电磁三通阀的第三输出端和第四输出端分别与第一引射器的第一引流入口和第二引射器的第二引流入口连接，第一引射器的第一高压喷射口和第二引射器的第二高压喷射口汇合后与出氢口接头相连。
所述的第一引射器和第二引射器安装在集块里面挖出的通道内，集块设有高压氢气入口、氢气供气出口和氢气循环入口，所述进氢口接头安装在高压氢气入口，所述出氢口接头安装在氢气供气出口，所述回氢口接头安装在氢气循环入口。
上述所述比例阀、第一电磁三通阀和第二电磁三通阀安装在集块的顶部，集块的底部安装有加热板。
上述所述集块和加热板安装在支架。
上述所述第一高压喷射口和第二高压喷射口通过设置在集块内的连接管道相连通，所述氢气供气出口设置在连接管道中部。
上述所述集块的顶部上还安装有泄压阀，连接管道还连通泄压阀。
上述所述连接回氢口接头的管道设置一个分叉管道，管道和分叉管道位于集块外，分叉管道的一端设置排气口，排气口连接吹扫阀。
上述所述比例阀与第一输入端之间设有第一压力传感器，上述所述氢气供气出口处设有第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器安装在集块的顶部。
本发明的第二个目的是提供一种燃料电池系统，包括燃料电池系统控制器、高压氢气罐、燃料电池电堆和燃料电池进氢调节装置，其特征在于：所述燃料电池进氢调节装置为上述所述的燃料电池进氢调节装置，所述进氢口接头与高压氢气罐连接，出氢口接头与燃料电池电堆的氢气入口连接，回氢口接头与燃料电池电堆的氢气出口连接，燃料电池系统控制器控制比例阀、第一电磁三通阀和第二电磁三通阀开启或者关闭。
上述所述回氢口接头与氢气出口之间还连接有燃料电池进氢调节装置的第三压力传感器。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
1)燃料电池进氢调节装置包括比例阀、电磁阀、引射器进氢口接头、出氢口接头和回氢口接头，其特征在于：所述引射器包括第一引射器和第二引射器，所述电磁阀包括第一电磁三通阀和第二电磁三通阀，第一电磁三通阀设有第一输入端、第一输出端和第二输出端，第二电磁三通阀设有第二输入端、第三输出端和第四输出端，比例阀一端与进氢口接头连接，比例阀另一端与第一电磁三通阀的第一输入端连接，第一电磁三通阀的第一输出端和第二输出端分别与第一引射器的第一高压流体入口和第二引射器的第二高压流体入口连接，第二电磁三通阀的第二输入端与回氢口接头连接，第二电磁三通阀的第三输出端和第四输出端分别与第一引射器的第一引流入口和第二引射器的第二引流入口连接，第一引射器的第一高压喷射口和第二引射器的第二高压喷射口汇合后与出氢口接头相连；本发明采用双引射器+双电磁三通阀的巧妙布局，使燃料电池进氢调节装置同时满足低功率、高功率的不同引射要求，进氢调节及回氢调节同时进行，使进氢调节和氢气循环功能简单可靠,结构简单合理，适用范围广。
2)本发明的其它优点在实施例部分展开详细描述。
附图说明：
图1是本发明实施例一提供的燃料电池进氢调节装置的立体图；
图2是本发明的燃料电池进氢调节装置另一角度的立体图；
图3是本发明的燃料电池进氢调节装置的侧视图；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是本发明的燃料电池进氢调节装置的爆炸图；
图6是本发明的燃料电池进氢调节装置的结构示意图；
图7是本发明的燃料电池进氢调节装置中的第二引射器的立体图；
图8是本发明的燃料电池进氢调节装置中的第二引射器的分解图；
图9是本发明的燃料电池进氢调节装置的第二引射器的喷咀分解图；
图10是本发明燃料电池进氢调节装置的第二引射器的混合室分解图；
图11是本发明燃料电池进氢调节装置的第二引射器的引射套分解图；
图12是本发明燃料电池进氢调节装置的第二引射器的侧视图；
图13是图12的B-B剖视图；
图14是本发明实施例二提供的燃料电池系统的连接示意图；
图15是燃料电池系统的控制示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一：
如图1至图7所示，本实施例提供的是一种燃料电池进氢调节装置，包括比例阀2、电磁阀、引射器进氢口接头111、出氢口接头121和回氢口接头141，其特征在于：所述引射器包括第一引射器41和第二引射器42，所述电磁阀包括第一电磁三通阀31和第二电磁三通阀32，第一电磁三通阀31设有第一输入端311、第一输出端312和第二输出端313，第二电磁三通阀32设有第二输入端321、第三输出端322和第四输出端323，比例阀2一端与进氢口接头111连接，比例阀2另一端与第一电磁三通阀31的第一输入端311连接，第一电磁三通阀31的第一输出端312和第二输出端313分别与第一引射器41的第一高压流体入口411和第二引射器42的第二高压流体入口421连接，第二电磁三通阀32的第二输入端321与回氢口接头141连接，第二电磁三通阀32的第三输出端322和第四输出端323分别与第一引射器41的第一引流入口412和第二引射器42的第二引流入口422连接，第一引射器41的第一高压喷射口413和第二引射器42的第二高压喷射口423汇合后与出氢口接头121相连。利用引射原理把新氢气作为动力源引射燃料电池未反应完的氢气回到燃料电池的氢气入口，替代氢气循环泵的作用，双引射器的设计，使燃料电池进氢调节装置同时满足低功率、高功率的不同引射要求，进氢调节及回氢调节同时进行，使进氢调节和氢气循环功能简单可靠。
所述的第一引射器41和第二引射器42安装在集块10里面挖出的通道内，集块10设有高压氢气入口11、氢气供气出口12和氢气循环入口14，所述进氢口接头111安装在高压氢气入口11，所述出氢口接头121安装在氢气供气出口12，所述回氢口接头141安装在氢气循环入口14。通过集块10使燃料电池进氢调节装置一体化设计，结构简单紧凑，节省了安装空间；生产、组装生产效率高，集成度高，成本低。
上述所述比例阀2、第一电磁三通阀31和第二电磁三通阀32安装在集块10的顶部，集块10的底部安装有加热板71。布局合理，加热板71用于燃料电池冷启动系统氢气路的加热，保证燃料电池进氢调节装置在低温状态下正常工作。
上述所述集块10和加热板71安装在支架72。支架72加强了燃料电池进氢调节装置的抗振动能力，安装方便。
上述所述第一高压喷射口413和第二高压喷射口423通过设置在集块10内的连接管道13相连通，所述氢气供气出口12设置在连接管道13中部，结构就凑，简化管路布线。
上述所述集块10的顶部上还安装有泄压阀5，连接管道13还连通泄压阀5。泄压阀5保证燃料电池进氢调节装置的使用安全。
上述所述连接回氢口接头141的管道142设置一个分叉管道143，管道142和分叉管道143位于集块10外，分叉管道143的一端设置排气口15，排气口15连接吹扫阀。结构简单，安装方便。
上述所述第一电磁三通阀31和第二电磁三通阀32为两位三通阀，使连接管路更加简单合理，降低成本。
上述所述比例阀2与第一输入端311之间设有第一压力传感器61。所述氢气供气出口12处设有第二压力传感器62。第一压力传感器61和第二压力传感器62用于检测氢气路的压力，反馈压力信号给控制器以调节比例阀2的大小，加强了燃料电池进氢调节装置的内部安全监控。第一压力传感器61和第二压力传感器62安装在集块10的顶部
如图7至图13所示，第一引射器41和第二引射器42的结构是相同的，喷嘴1a、混合室2a、引射套3a、内密封圈4a和紧固螺钉5a，所述的引射套3a是圆筒体，引射套3a中间形成圆形的空腔31a，喷嘴1a和混合室2a分别套装在引射套3a的两端；混合室2a与引射套3a之间用内密封圈4a密封，喷嘴1a与引射套3a之间用内密封圈4a密封，紧固螺钉5a将喷嘴1a、混合室2a安装固定在引射套3a上，在引射套3a中部的壁面上开有缺口作为第二引流入口422，喷嘴1a中间设置第一流道11a作为做功高压流体的通道，喷嘴1a一端设置第二高压流体入口421，喷嘴1a另一端是高压喷射口13a，混合室2a设置混合段流道21a和扩张段流道22a，高压喷射口13a喷射出来的做功高压流体与第二引流入口422流入的被引流流体在混合段流道21a混合，并经过扩张段流道22a后由第二高压喷射口423引射出去，该结构可采用标准化、系列化设计，零件结构设计加工精度高、互换性好，制造成本低，以引射套不变的情况下，组合更换喷嘴和混合室，可以满足不同的性能需求，整个引射器的外轮阔是圆柱状，容易与整个氢气回路其他零件一体化集成，体积占用小。
喷嘴1a包括第一圆筒部14a和与第一圆筒部14a相连接的喷射部15a，第一圆筒部14a的外表面与引射套3a的内表面配合嵌套，在第一圆筒部14a的外表面与引射套3a的内表面之间设置内密封圈4a进行密封，密封效果好，装配精度高。
第一圆筒部14a的一端设置第一法兰翻边16a，在第一法兰翻边16a上设置若干第一安装孔17a，在引射套3a的前端面30a上设置若干个第一螺孔33a，第一安装孔17a与第一螺孔33a位置对应，紧固螺钉5a穿过第一安装孔17a旋进第一螺孔33a将喷嘴1a安装在引射套3a上，安装结构简单，装配精度高。
喷射部15a是一个圆锥体，所述引射套3a的缺口32a位于喷射部15a的中部的一侧，结构布置合理。
第一圆筒部14a的外表面设置至少一条第一环形凹槽141a，所述第一环形凹槽141a内安装有内密封圈4a，密封效果好。
混合室2a包括第二圆筒部23a，所述第二圆筒体23a的两端分别开设有混合段入口232a和扩张段出口233a，在第二圆筒部23a的外表面与引射套3a的内表面之间设置内密封圈4a进行密封，密封效果好。
所述第二圆筒部23a的一端设置有第二法兰翻边24a，所述第二法兰翻边24a上设置若干第二安装孔25a，所述引射套3a的后端面300a上设置多干第二螺孔34a，所述第二安装孔25a与第二螺孔34a位置对应，通过紧固螺钉5a穿过第二安装孔25a旋进第二螺孔34a将混合室2a安装在引射套3a上，安装结构简单，装配精度高。
所述第二圆筒部23a的外表面上设置至少一条第二环形凹槽231a，所述第二环形凹槽231a内安装有内密封圈4a，密封效果好，装配精度高。
所述第一法兰翻边16a的直径D1和第二法兰翻边24a的直径D2均小于或等于引射套3a的直径D3，所述喷嘴1a、混合室2a与引射套3a之间形成圆筒体，结构简单，整体安装占用空间小，容易与整个氢气回路其他零件一体化集成。
所述引射套3a的外表面两端分别设有若干第三环形凹槽35a和第四环形凹槽36a，所述引射套3a的缺口位于第三环形凹槽35a和第四环形凹槽36a之间，所述第三环形凹槽35a和第四环形凹槽36a内均安装有外密封圈6a，密封效果好。外密封圈6a与集块10里面挖出的通道内壁密封配合。密封效果好，安装方便，外密封圈6a和内密封圈4a都是O型密封圈。
实施例二：
如图14、图15所示，本实施例提供的是一种燃料电池系统，包括燃料电池系统控制器81、高压氢气罐82、燃料电池电堆83和燃料电池进氢调节装置1，其特征在于：所述燃料电池进氢调节装置1为实施例一所述的燃料电池进氢调节装置，所述进氢口接头111与高压氢气罐82连接，出氢口接头121与燃料电池电堆83的氢气入口831连接，回氢口接头141与燃料电池电堆83的氢气出口832连接，燃料电池系统控制器81控制比例阀2、第一电磁三通阀31和第二电磁三通阀32开启或者关闭。通过对燃料电池进氢调节装置的改良，使燃料电池系统结构更简单、体积更小、使用更安全。
上述所述回氢口接头141与氢气出口832之间还连接有燃料电池进氢调节装置1的第三压力传感器63。
以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种燃料电池进氢调节装置，包括比例阀(2)、电磁阀、引射器进氢口接头(111)、出氢口接头(121)和回氢口接头(141)，其特征在于：所述引射器包括第一引射器(41)和第二引射器(42)，所述电磁阀包括第一电磁三通阀(31)和第二电磁三通阀(32)，第一电磁三通阀(31)设有第一输入端(311)、第一输出端(312)和第二输出端(313)，第二电磁三通阀(32)设有第二输入端(321)、第三输出端(322)和第四输出端(323)，比例阀(2)一端与进氢口接头(111)连接，比例阀(2)另一端与第一电磁三通阀(31)的第一输入端(311)连接，第一电磁三通阀(31)的第一输出端(312)和第二输出端(313)分别与第一引射器(41)的第一高压流体入口(411)和第二引射器(42)的第二高压流体入口(421)连接，第二电磁三通阀(32)的第二输入端(321)与回氢口接头(141)连接，第二电磁三通阀(32)的第三输出端(322)和第四输出端(323)分别与第一引射器(41)的第一引流入口(412)和第二引射器(42)的第二引流入口(422)连接，第一引射器(41)的第一高压喷射口(413)和第二引射器(42)的第二高压喷射口(423)汇合后与出氢口接头(121)相连。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：所述的第一引射器(41)和第二引射器(42)安装在集块(10)里面挖出的通道内，集块(10)设有高压氢气入口(11)、氢气供气出口(12)和氢气循环入口(14)，所述进氢口接头(111)安装在高压氢气入口(11)，所述出氢口接头(121)安装在氢气供气出口(12)，所述回氢口接头(141)安装在氢气循环入口(14)。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：所述比例阀(2)、第一电磁三通阀(31)和第二电磁三通阀(32)安装在集块(10)的顶部。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：集块(10)的底部安装有加热板(71)。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：所述集块(10)和加热板(71)安装在支架(72)。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：所述第一高压喷射口(413)和第二高压喷射口(423)通过设置在集块(10)内的连接管道(13)相连通，所述氢气供气出口(12)设置在连接管道(13)中部。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：所述集块(10)的顶部上还安装有泄压阀(5)，连接管道(13)还连通泄压阀(5)。
8.根据权利要求7所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：连接回氢口接头(141)的管道(142)设置一个分叉管道(143)，管道(142)和分叉管道(143)位于集块(10)外，分叉管道(143)的一端设置排气口(15)，排气口(15)连接吹扫阀。
9.根据权利要求8所述的一种燃料电池进氢调节装置，其特征在于：所述比例阀(2)与第一输入端(311)之间设有第一压力传感器(61)，所述氢气供气出口(12)处设有第二压力传感器(62)，第一压力传感器(61)和第二压力传感器(62)安装在集块(10)的顶部。
10.一种燃料电池系统，包括燃料电池系统控制器(81)、高压氢气罐(82)、燃料电池电堆(83)和燃料电池进氢调节装置(1)，其特征在于：所述燃料电池进氢调节装置(1)为权利要求1至9中任意一项所述的燃料电池进氢调节装置，所述进氢口接头(111)与高压氢气罐(82)连接，出氢口接头(121)与燃料电池电堆(83)的氢气入口(831)连接，回氢口接头(141)与燃料电池电堆(83)的氢气出口(832)连接，燃料电池系统控制器(81)控制比例阀(2)、第一电磁三通阀(31)和第二电磁三通阀(32)开启或者关闭。
11.根据权利要求10所述的一种燃料电池系统，其特征在于：所述回氢口接头(141)与氢气出口(832)之间还连接有燃料电池进氢调节装置(1)的第三压力传感器(63)。
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