CN111082101A - 燃料电池氢气循环系统 - Google Patents

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毛正松
王兵杰
叶遥立
杨升
夏景霖
王福
陆永卷
欧阳石坤
覃敏航
陈军荣
黄曲
陆浩
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Abstract

本发明公开了一种燃料电池氢气循环系统，包括：喷射器、引射器、燃料电池电堆以及水气分离装置。喷射器具有第一进气口和第一出气口。引射器具有第二进气口和第二出气口，且第二进气口与喷射器的第一出气口相连通。燃料电池电堆具有第三进气口和第三出气口，且第三进气口与引射器的第二出气口相连通。水气分离装置具有第四进气口和第四出气口，且第四进气口与燃料电池电堆的第三出气口相连通，第四出气口与喷射器的第一出气口相连通。其中，新鲜的氢气依次通过第一进气口、第一出气口、第二进气口、第二出气口、第三进气口进入燃料电池电堆并进行反应。借此，本发明的燃料电池氢气循环系统，提高了氢气循环效率。

Description

燃料电池氢气循环系统
技术领域
本发明是关于燃料电池技术领域，特别是关于一种燃料电池氢气循环系统。
背景技术
现有的燃料电池系统的空压机进气管路连接方案分为：
1、氢气循环泵方案：该方为带循环泵的燃料电池阳极氢气压强与流量自调节方法，实现燃料电池阳极氢气压强与流量自调节。燃料电池阳极氢气供应系统由高压氢气瓶、流量控制阀、供气歧管、回流歧管、氢气循环泵、压强控制器和流量控制器组成，其中压强控制器通过控制流量控制阀的驱动电压来控制流量控制阀的输出流量，进而调节燃料电池阳极压强，压强控制器输入燃料电池电流值、阳极压强测量值和阳极压强期望值，输出流量控制阀控制电压；流量控制器通过控制氢气循环泵的驱动电压来调节氢气循环泵的输出流量，流量控制器输入燃料电池电流值、氢气循环泵实际流量和氢气循环泵期望流量，输出氢气循环泵驱动电压。
但是氢气循环泵方案具有如下缺点：氢气循环泵压缩腔内有运动部件，同时又要考虑到其齿轮室的润滑，压力巨变的情况下，油液可能会渗漏到压缩腔里，造成氢气污染；另外，循环泵会将尾气中的水分一起循环回来，一方面轴易锈蚀，寒冷情况下，会结冰，无法启动，影响系统的正常运行；由于其自身存在机械运动部件，需要消耗一定的能耗，从而降低了燃料电池系统整体的效率。
2、多引射器以及电磁阀方案：此方案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。
但是多引射器以及电磁阀方案具有如下缺点：
该方案采用多个引射器以及电磁阀，整体结构复杂，可靠性存在一定问题，不便于后期的维护，成本加大；由于方案的复杂性，同时也增加了系统的控制难度。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池氢气循环系统，其可以提高氢气循环效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池氢气循环系统，包括：喷射器、引射器、燃料电池电堆以及水气分离装置。喷射器具有第一进气口和第一出气口。引射器具有第二进气口和第二出气口，且第二进气口与喷射器的第一出气口相连通。燃料电池电堆具有第三进气口和第三出气口，且第三进气口与引射器的第二出气口相连通。水气分离装置具有第四进气口和第四出气口，且第四进气口与燃料电池电堆的第三出气口相连通，第四出气口与喷射器的第一出气口相连通。其中，新鲜的氢气依次通过第一进气口、第一出气口、第二进气口、第二出气口、第三进气口进入燃料电池电堆并进行反应，且没有反应的氢气依次通过第三出气口、第四进气口及第四出气口进入第二出气口并与新鲜的氢气进行混合，混合后的氢气再依次通过第二进气口、第二出气口及第三进气口进入燃料电池电堆进行反应，从而形成循环系统。
在本发明的一实施方式中，喷射器与引射器为一体结构设计。
在本发明的一实施方式中，喷射器的数量为一个，且引射器的数量为一个。
在本发明的一实施方式中，喷射器与燃料电池电堆电性连接，且燃料电池电堆用以给喷射器电压输入，从而打开喷射器的第一进气口及第一出气口。
在本发明的一实施方式中，燃料电池氢气循环系统还包括氢气瓶，用以向喷射器提供新鲜的氢气。
与现有技术相比，根据本发明的燃料电池氢气循环系统，提高了氢气循环效率及燃料电池系统的整体效率，降低了氢气循环系统能耗，由于仅使用了一个喷射器及一个引射器，从而还提高了燃料电池氢气循环系统的稳定性和可靠性，且整体结构简单，便于后期维护。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的燃料电池氢气循环系统的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-喷射器，11-第一进气口，2-引射器，21-第二出气口，3-燃料电池电堆，31-第三进气口，32-第三出气口，4-水气分离装置，41-第四进气口，42-第四出气口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明一实施方式的燃料电池氢气循环系统的结构示意图，如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种燃料电池氢气循环系统，包括：喷射器1、引射器2、燃料电池电堆3以及水气分离装置4。喷射器1，具有第一进气口11和第一出气口。引射器2，具有第二进气口和第二出气口21，且第二进气口与喷射器1的第一出气口相连通。燃料电池电堆3，具有第三进气口31和第三出气口32，且第三进气口31与引射器2的第二出气口21相连通。以及水气分离装置4，具有第四进气口41和第四出气口42，且第四进气口41与燃料电池电堆3的第三出气口32相连通，第四出气口42与喷射器1的第一出气口相连通。其中，新鲜的氢气依次通过第一进气口11、第一出气口、第二进气口、第二出气口21、第三进气口31进入燃料电池电堆3并进行反应，且没有反应的氢气依次通过第三出气口32、第四进气口41及第四出气口42进入第二出气口21并与新鲜的氢气进行混合，混合后的氢气再依次通过第二进气口、第二出气口21及第三进气口31进入燃料电池电堆3进行反应，从而形成循环系统。也就是说，新鲜的氢气进入燃料电池电堆3后会与燃料电池电堆3进行反应，而没有反应的氢气通过水气分离装置4以后会回到喷射器1的第一出气口处，与正常从第一出气口喷射出的新鲜的氢气进行混合，混合后的氢气通过引射器2进入燃料电池电堆3进行反应。
在本发明的一实施方式中，喷射器1与引射器2为一体结构设计，也就是说喷射器1与引射器2的外部可具有外壳，而外壳的下部具有一个输气口，用以供水气分离装置4将没有反应的氢气输送到喷射器1的第一出气口处。并且喷射器1的第一出气口采用特殊的结构设计，使得氢气在第一出气口处产生虹吸现象，从而将没有反应(也可以是反应后)的氢气再循环回来(通过水气分离装置4后的氢气)。
在本发明的一实施方式中，喷射器1的数量为一个，且引射器2的数量为一个，从而使得系统整体结构简单，便于后期维护，其提高了整体系统的稳定性及可靠性。喷射器1与燃料电池电堆3电性连接，且燃料电池电堆3用以给喷射器1电压输入，从而打开喷射器1的第一进气口11及第一出气口。燃料电池氢气循环系统还包括氢气瓶，用以向喷射器1提供新鲜的氢气。
在实际应用中，本发明的燃料电池氢气循环系统，采用氢气喷射器1+引射器2的设计方案，通过机械设计，将氢气喷射器1及引射器2集成在一起进行一体化设计。在燃料电池系统工作过程中，给喷射器1的喷气阀电压输入(即喷射器1的第一进气口11和第一出气口)，阀门开启，从储氢瓶输入的氢气进入喷气阀并以一定流量流速喷出，并进入引射器2，在喷气阀出口(第一出气口)采用特殊的结构设计，使得氢气在喷气阀喷嘴出口处(第一出气口处)产生虹吸现象，并将反应后的氢气再循环回来(通过水气分离装置4后的氢气)，混合气体在前端混合管混合(即第一出气口与第二进气口之间进行混合)，减压后喷出随后进入燃料电池电堆3。
总之，本发明的燃料电池氢气循环系统，提高了氢气循环效率及燃料电池系统的整体效率，降低了氢气循环系统能耗，由于仅使用了一个喷射器及一个引射器，从而还提高了燃料电池氢气循环系统的稳定性和可靠性，且整体结构简单，便于后期维护。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种燃料电池氢气循环系统，其特征在于，包括：
喷射器，具有第一进气口和第一出气口；
引射器，具有第二进气口和第二出气口，且所述第二进气口与所述喷射器的第一出气口相连通；
燃料电池电堆，具有第三进气口和第三出气口，且所述第三进气口与所述引射器的第二出气口相连通；以及
水气分离装置，具有第四进气口和第四出气口，且所述第四进气口与所述燃料电池电堆的第三出气口相连通，所述第四出气口与所述喷射器的所述第一出气口相连通；
其中，新鲜的氢气依次通过所述第一进气口、所述第一出气口、所述第二进气口、所述第二出气口、所述第三进气口进入所述燃料电池电堆并进行反应，且没有反应的所述氢气依次通过所述第三出气口、所述第四进气口及所述第四出气口进入所述第二出气口并与新鲜的所述氢气进行混合，混合后的所述氢气再依次通过所述第二进气口、所述第二出气口及所述第三进气口进入所述燃料电池电堆进行反应，从而形成循环系统。
2.如权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述喷射器与所述引射器为一体结构设计。
3.如权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述喷射器的数量为一个，且所述引射器的数量为一个。
4.如权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述喷射器与所述燃料电池电堆电性连接，且所述燃料电池电堆用以给所述喷射器电压输入，从而打开所述喷射器的所述第一进气口及所述第一出气口。
5.如权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，还包括氢气瓶，用以向所述喷射器提供新鲜的所述氢气。
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