CN111740131B - 一种燃料电池回氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池回氢系统，包括至少两个串联的引射器。本发明提供的燃料电池回氢系统工作的过程中，相邻两个引射器中，在上游的引射器处于引射状态时，由于下游的引射器的孔径较大，此时下游的引射器处于通路状态，作为连通管路使用；随着送至上游的引射器的氢气量的变化，上游的引射器的进口的压力将会发生变化，在该引射器的进口的压力达到对应的预设切换压力时，上游的引射器将会由引射状态切换至通路状态，下游的引射器由通路状态切换至引射状态。本发明能够根据送至引射器的进口的压力变化自动切换引射器的工作状态，以实现射流压力和引射流量的平稳过渡。

Description

一种燃料电池回氢系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池回氢系统。

背景技术

为了保证燃料电池的电堆中的氢气与空气的有效反应，因此通常为电堆提供过量的氢气，未反应的氢气将会通过电堆出口排出。为了提高氢气的利用率，一般会将电堆出口排出的氢气再次送入电堆中，以实现氢气的回收利用。

目前的燃料电池回氢系统，在电堆的进氢口设置两个并联设置的进氢管路，每个进氢管路上设置一个引射器、一个比例阀和一个压力传感器，电堆出口排出的未反应的氢气经过水气分离器分离后可以通过排氢阀排出，也可以引入到对应的引射器中进行再次利用。通过压力传感器监测每个引射器的出口压力，同时配合比例阀调节对应引射器的引射流量，以满足引射流量和引射压力的平稳过渡以及对引射流量和引射压力的要求。

但上述燃料电池回氢系统具有结构复杂、控制系统复杂以及成本高的缺陷，因此，亟需一种燃料电池回氢系统以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池回氢系统，能够简化燃料电池回氢系统的结构和控制方法，降低成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池回氢系统，包括设有进氢口和出氢口的电堆，还包括至少两个串联设置的引射器，位于最下游的所述引射器的出口与所述进氢口连通，所述出氢口至少与位于最上游的所述引射器的进口连通；

所述引射器具有引射状态和通路状态，使所述引射器由所述引射状态切换至所述通路状态时，所述引射器进口的最小压力为预设切换压力；

相邻两个所述引射器中，上游的所述引射器的预设切换压力小于下游的所述引射器的预设切换压力，且上游的所述引射器的喷嘴的孔径小于下游的所述引射器的喷嘴的孔径。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，所述引射器包括：

外壳，其上设有与其内腔连通的进口和出口，所述内腔内壁设有第一限位面，所述外壳上设有连通所述出口和所述出氢口的引射通道；及设于所述内腔内的：

喷嘴，其位于所述引射通道的上游且能够使所述进口和所述出口始终连通的喷射通道；

导向限位件，相对于所述外壳固定，其上设有与所述出口连通的流通孔，所述喷嘴的一端穿过所述导向限位件，另一端限位于所述导向限位件和所述第一限位面之间；

弹性件，所述喷嘴能够在所述进口的压力和所述弹性件的共同作用下在所述内腔中轴向移动，以控制所述进口选择性地与所述流通孔连通或断开。

作为上述的引射器的一种优选技术方案，还包括一端连接于所述外壳且另一端从所述进口插入所述内腔中的底座，所述第一限位面设于所述底座上。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，所述出氢口与每个所述引射器的连通管路上均设有单向开关阀。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，所述出氢口设有水气分离器，所述水气分离器的气体出口与所述引射器的进口连通。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，还包括氢气储罐，所述氢气储罐与位于上游的所述引射器的进口连通。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，所述氢气储罐与位于最上游的所述引射器的进口的连通管路上设有减压阀。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，所述氢气储罐与位于最上游的所述引射器的进口的连通管路上设有喷射器。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，位于最下游的所述引射器的出口与所述进氢口的连通管路上设有泄压阀。

作为上述的燃料电池回氢系统的一种优选技术方案，所述进氢口设有第一压力检测单元。

本发明的有益效果：本发明提供的燃料电池回氢系统工作的过程中，相邻两个引射器中，在上游的引射器处于引射状态时，由于下游的引射器的喷嘴孔径较大，此时下游的引射器处于通路状态，作为连通管路使用；随着送至上游的引射器的氢气量的变化，上游的引射器的进口的压力将会发生变化，在该引射器的进口的压力达到对应的预设切换压力时，上游的引射器将会由引射状态切换至通路状态，下游的引射器由通路状态切换至引射状态。上述燃料电池回氢系统能够根据送至引射器的进口的压力变化自动切换引射器的工作状态，本发明提供的燃料电池回氢系统的结构简单，易控制，大大地降低了燃料电池回氢系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的燃料电池回氢系统的原理图；

图2是本发明实施例提供的处于引射状态的引射器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的处于通路状态的引射器的结构示意图。

图中：

11、外壳；111、出口；112、内腔；113、引射通道；12、喷嘴；121、喷射通道；13、导向限位件；131、流通孔；14、弹性件；15、底座；151、第一孔；152、第二孔；153、第一限位面；154、台阶面；

2、氢气储罐；3、减压阀；4、进气开关阀；5、喷射器；6、第一引射器；7、第二引射器；8、泄压阀；9、第一压力检测单元；10、电堆；20、水气分离器；30、排水阀；40、排气阀；50、单向开关阀。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池回氢系统，该燃料电池回氢系统包括电堆10和引射器，其中，电堆10上设有进氢口和出氢口，引射器的出口111与进氢口连通，出氢气口与引射器的进口连通。引射器将氢气通过进氢口送入电堆10内，出氢口将电堆10内多余的氢气排出，再次通过引射器送至电堆10内，实现氢气回收利用。

本实施例中，引射器设有至少两个，至少两个引射器串联设置，位于最下游的引射器的出口111与进氢口连通，出氢口至少与位于最上游的引射器的进口连通。

本实施例中，引射器具有通路状态和引射状态，引射器处于引射状态时，引射器具有引射功能；引射器处于通路状态，引射器失去引射功能，作为通路使用。使引射器由引射状态切换至通路状态时，引射器进口的最小压力为预设切换压力；相邻两个引射器中，上游的引射器的预设切换压力小于下游的引射器的预设切换压力，且上游的引射器的喷嘴12的孔径小于下游的引射器的喷嘴12的孔径。

在上述燃料电池回氢系统工作的过程中，相邻两个引射器中，在上游的引射器处于引射状态时，由于下游的引射器的孔径较大，此时下游的引射器处于通路状态，作为连通管路使用；随着送至上游的引射器的氢气量的变化，上游的引射器的进口的压力将会发生变化，在该引射器的进口的压力达到对应的预设切换压力时，上游的引射器将会由引射状态切换至通路状态，下游的引射器将会由通路状态切换至引射状态。上述燃料电池回氢系统能够根据送至引射器的进口的压力变化自动切换工作状态。

本实施例提供的燃料电池回氢系统的结构简单，易控制，大大地降低了燃料电池回氢系统的成本。

为了实现引射状态和通路状态的切换，如图2和图3所示，本实施例提供的引射器包括外壳11及设于外壳11内的喷嘴12、导向限位件13和弹性件14，其中，外壳11上设有进口、出口111、连通进口和出口111的内腔112及连通出口111和出氢口的引射通道113，内腔112的内壁设有面朝出口111的第一限位面153。具体地，进口设有底座15，底座15的一端连接于外壳11，另一端从进口插入内腔112中。本实施例中，底座15的一端从进氢口伸出外壳11且设有翻边，翻边抵接于外壳11的轴向端面。需要说明的是，翻边与外壳11通过紧固件连接，此时需在翻边与外壳11之间夹设密封件如密封圈等。翻边与外壳11的连接方式并不仅限于上述方式，还可以采用粘贴、卡接等方式，在此不再具体限定。

底座15上设有沿氢气流通方向依次连通的第一孔151、第二孔152和第三孔，其中，第二孔152的孔径小于第三孔的孔径，第二孔152和第三孔之间形成上述第一限位面153，以对喷嘴12进行限位。第二孔152的孔径小于第一孔151的孔径，第二孔152和第一孔151之间形成有台阶面154，在氢气通过连通孔时，将会施加作用力于台阶面154，以将翻边抵接于外壳11的轴向端面，提高了底座15和外壳11连接的稳定性。

上述导向限位件13相对于外壳11固定，具体地，导向限位件13可以通过螺纹连接或卡接等方式连接于底座15。导向限位件13上设有安装孔，安装孔的内壁形成有第二限位面，喷嘴12的外壁形成有第三限位面，喷嘴12的一端穿过安装孔，并使喷嘴12的另一端限位于第二限位面和第一限位面153之间。

弹性件14套设于喷嘴12外，弹性件14的一端抵接于第二限位面，另一端抵接于第三限位面。

喷嘴12位于引射通道113的上游且能够使进口和出口111始终连通。具体地，喷嘴12上设有使进口和出口111始终连通的喷射通道121，喷嘴12上设有与出口111连通的流通孔131，喷嘴12能够在进口的压力和弹性件14的共同作用下在内腔112中轴向移动，以控制进口选择性地与流通孔131连通以使引射器处于通路状态或断开以使引射器处于引射状态。无论引射器处于任何状态下，喷射通道121始终处于连通状态。优选地，流通孔131设有多个，多个流通孔131沿限位件的周向分布。

为了使喷嘴12能够在进口的压力作用下在内腔112内向出氢口所在侧移动，本实施例中，喷射通道121的内径小于第二孔152的孔径，使喷嘴12的一端的至少部分端面正对第二孔152。

喷嘴12设于流道内，喷嘴12上设有连通进口和出口111的喷射通道121；喷嘴12能够在进口的压力和弹性件14的共同作用下使喷射通道121连通的同时，选择性地使流道连通或断开。

在引射器的进口的压力较小时，弹性件14施加作用力于喷嘴12使喷嘴12的一端抵接于第一限位面153，流通孔131与进口断开，此时引射器处于引射状态，送至引射器的氢气通过进口和喷射通道121喷射至内腔112中，使喷射通道121的出口形成负压，继而使出氢口排出的氢气通过引射通道113吸入内腔112中。在引射器的进口压力增大至对应的极限压力时，喷嘴12将会向出氢口所在侧移动，以使流通孔131与进口连通，此时引射器处于通路状态，送至引射器的氢气通过进口、内腔112和出口111这一路径流通的同时，还通过进口、内腔112和出口111这一路径流通，此时引射器失去引射功能。

进一步地，出氢口与每个引射器的连通管路上均设有单向开关阀50，以避免引射器的进口的氢气导流至水气分离器20，同时将残余氢气通过对应单向开关阀50送至对应的引射器的进口。具体将残余氢气送至哪个引射器的进口，取决于哪个引射器当前具有引射功能，将残余氢气送至具有引射功能的引射器的进口。

进一步地，由于电堆10的出氢口排出的氢气中含有水汽，为了避免水汽对氢气的再利用造成影响，本实施例在出氢口设置水气分离器20，水气分离器20的气体出口与引射器的进口连通。水气分离器20的水出口设有排水阀30，可以打开排水阀30将分离出的水汽排出。

水汽分离器的气体出口还连接有排气阀40，排气阀40通过排气管路与水气分离器20的气体出口连通，引射器的进口与排气管路连通。在不需要对氢气进行回收利用时，可以打开排气阀40将氢气排出。

进一步地，上述燃料电池回氢系统还包括氢气储罐2，氢气储罐2与位于上游的引射器的进口连通，通过氢气储罐2为电堆10工作所需的氢气。氢气储罐2的出气口设有进气开关阀4，以控制氢气储罐2何时为电堆10提供氢气。

氢气储罐2与位于最上游的引射器的进口的连通管路上设有减压阀3，通过减压阀3对即将送至引射器的氢气进行减压，以将氢气的压力降低至要求的压力。优选地，减压阀3设于进气开关阀4的上游。

进一步地，氢气储罐2与位于最上游的引射器的进口的连通管路上设有喷射器5，用于将氢气储罐2提供的氢气喷射至引射器。

进一步地，位于最下游的引射器的出口111与进氢口的连通管路上设有泄压阀8，以对即将送至进氢口的氢气进行泄压，保证送至进氢口的氢气压力满足要求。

进一步地，进氢口设有第一压力检测单元9，如压力传感器，用于检测进氢口的压力，以对电堆10工作过程中进氢口的压力进行实时监测，以便于调节氢气储罐2提供的氢气量。

本实施例燃料电池回氢系统包括两个引射器为例，将位于上游的引射器记为第一引射器6，将位于下游的引射器记为第二引射器7，下面对上述燃料电池回氢系统的工作原理进行简要描述。

在氢气储罐2中的氢气经过减压阀3减压后，由喷射器5将氢气喷射至位于第一引射器6。在第一引射器6的进口的压力小于对应的预设切换压力时，第一引射器6处于引射状态，此时第二引射器7不具有引射功能。在氢气流量逐渐增大时，第一引射器6的进口的压力逐渐增大，使第一引射器6逐渐失去引射功能，而第二引射器7将逐渐具有引射功能，经过第一引射器6和第二引射器7的氢气经过泄压阀8降压后送至电堆10中。

电堆10工作产生的残余氢气，将会在经过水气分离器20进行水气分离，分离出的氢气可以通过排气阀40排出，也可以再次送至具有引射功能的第一引射器6或第二引射器7的进口。

优选地，每个引射器的进口均设有第二压力检测单元，如压力传感器，用于实时监测对应引射器的进口的压力，以便于确定将水气分离器20分离出的氢气送至哪个引射器的进口，而后打开对应的单向开关阀50即可。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (8)

1.一种燃料电池回氢系统，包括设有进氢口和出氢口的电堆（10），其特征在于，还包括至少两个串联设置的引射器，位于最下游的所述引射器的出口（111）与所述进氢口连通，所述出氢口至少与位于最上游的所述引射器的进口连通；

所述引射器具有引射状态和通路状态，使所述引射器由所述引射状态切换至所述通路状态时，所述引射器进口的最小压力为预设切换压力；

相邻两个所述引射器中，上游的所述引射器的预设切换压力小于下游的所述引射器的预设切换压力，且上游的所述引射器的喷嘴（12）的孔径小于下游的所述引射器的喷嘴（12）的孔径；

还包括氢气储罐（2），所述氢气储罐（2）与位于最上游的所述引射器的进口连通；

所述引射器包括：

外壳（11），其上设有与其内腔（112）连通的进口和出口（111），所述内腔（112）内壁设有第一限位面（153），所述外壳（11）上设有连通所述出口（111）和所述出氢口的引射通道（113）；及设于所述内腔（112）内的：

喷嘴（12），其位于所述引射通道（113）的上游且能够使所述进口和所述出口（111）始终连通的喷射通道（121）；

导向限位件（13），相对于所述外壳（11）固定，其上设有与所述出口（111）连通的流通孔（131），所述喷嘴（12）的一端穿过所述导向限位件（13），另一端限位于所述导向限位件（13）和所述第一限位面（153）之间；

弹性件（14），所述喷嘴（12）能够在所述进口的压力和所述弹性件（14）的共同作用下在所述内腔（112）中轴向移动，以控制所述进口选择性地与所述流通孔（131）连通或断开；

所述出氢口与每个所述引射器的连通管路上均设有单向开关阀（50），通过对应的单向开关阀（50）使所述出氢口与具有引射功能的引射器的引射通道（113）连通；

每个引射器的进口均设有第二压力检测单元，用于实时监测对应引射器的进口的压力；

相邻两个引射器分别为第一引射器（6）和位于所述第一引射器（6）下游的第二引射器（7），在第一引射器（6）的进口的压力小于对应的预设切换压力时，第一引射器（6）处于引射状态，此时第二引射器（7）不具有引射功能；在氢气流量逐渐增大时，第一引射器（6）的进口的压力逐渐增大，使第一引射器 （6）逐渐失去引射功能，而第二引射器（7）将逐渐具有引射功能，经过第一引射器（6）和第二引射器（7）的氢气经过泄压阀（8）降压后送至电堆（10）中。

2.根据权利要求1所述的燃料电池回氢系统，其特征在于，还包括一端连接于所述外壳（11）且另一端从所述进口插入所述内腔（112）中的底座（15），所述第一限位面（153）设于所述底座（15）上。

3.根据权利要求1所述的燃料电池回氢系统，其特征在于，所述出氢口与每个所述引射器的连通管路上均设有单向开关阀（50）。

4.根据权利要求1所述的燃料电池回氢系统，其特征在于，所述出氢口设有水气分离器（20），所述水气分离器（20）的气体出口与所述引射器的进口连通。

5.根据权利要求1所述的燃料电池回氢系统，其特征在于，所述氢气储罐（2）与位于最上游的所述引射器的进口的连通管路上设有减压阀（3）。

6.根据权利要求1所述的燃料电池回氢系统，其特征在于，所述氢气储罐（2）与位于最上游的所述引射器的进口的连通管路上设有喷射器（5）。

7.根据权利要求1所述的燃料电池回氢系统，其特征在于，位于最下游的所述引射器的出口（111）与所述进氢口的连通管路上设有泄压阀（8）。

8.根据权利要求1所述的燃料电池回氢系统，其特征在于，所述进氢口设有第一压力检测单元（9）。

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