CN113540514B - 用于燃料电池系统的氢气循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于燃料电池系统的氢气循环装置，包括依次连接的电机、氢气循环泵和引射器，其中：所述氢气循环泵的进口与所述引射器的第一进口通过第一管道连通，所述氢气循环泵的出口与所述引射器的第三进口通过第二管道连通，所述第一管道能够通过第三管道与电堆阳极出口连通，所述第一管道上设有能够控制氢气流向的第一阀门，所述第二管道上设有第二阀门，所述引射器的第二进口用于与氢气罐连通，所述引射器的出口用于与电堆阳极进口连通。本发明提供的用于燃料电池系统的氢气循环装置，旨在实现简化氢气循环泵和引射器在燃料电池系统内的连接管路。

Description

用于燃料电池系统的氢气循环装置
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，更具体地说，是涉及一种用于燃料电池系统的氢气循环装置。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。氢燃料电池反应后，排出的气体中含有大量的氢气，这些氢气若直接排放到大气中，一方面是容易造成能源的浪费，另一方面是容易对环境造成污染。因此，常用氢气循环泵将电堆阳极出口的含有氢气的混合气体输送到电堆阳极进口处，以此提高氢气利用率。
但氢气循环泵为电机驱动，在整个系统中产生寄生功耗。因此在大功率情况下采用引射器回收电堆中未反应的氢气。但现有的氢气循环泵和引射器通常分别与燃料电池系统连接，连接管路复杂，集成度低，造成系统占地面积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料电池系统的氢气循环装置，旨在实现能够简化氢气循环泵和引射器在燃料电池系统内的连接管路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于燃料电池系统的氢气循环装置，包括依次连接的电机、氢气循环泵和引射器，其中：
所述氢气循环泵的进口与所述引射器的第一进口通过第一管道连通，所述氢气循环泵的出口与所述引射器的第三进口通过第二管道连通，所述第一管道能够通过第三管道与电堆阳极出口连通，所述第一管道和所述第三管道的连通处设有第一阀门，所述第一阀门用于控制所述电堆阳极出口与所述氢气循环泵或所述引射器连通，所述第二管道上设有第二阀门，所述引射器的第二进口用于与氢气罐连通，所述引射器的出口用于与电堆阳极进口连通。
在一种可能的实现方式中，所述氢气循环泵的底部具有排水口。
在一种可能的实现方式中，所述氢气循环泵为罗茨式循环泵，具有2-8片罗茨叶片。
在一种可能的实现方式中，所述氢气循环泵和所述引射器的外部罩设有壳体。
在一种可能的实现方式中，所述用于燃料电池系统的氢气循环装置还包括安装组件，所述安装组件分别连接于所述电机和所述壳体，具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述电机和所述壳体相对固定。
在一种可能的实现方式中，所述安装组件包括：
第一安装座，连接于所述电机，且具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述电机相对固定；
调节盘，位于所述壳体和所述电机之间，所述调节盘具有能够使所述电机的输出轴贯穿并与所述氢气循环泵内的齿轮连接的通孔，所述调节盘具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述电机和所述壳体相对固定；以及
第二安装座，连接于所述壳体，且具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述壳体相对固定。
在一种可能的实现方式中，所述调节盘设有多个第一调节孔和多个第二调节孔，多个所述第一调节孔呈环形阵列分布，多个所述第二调节孔呈环形阵列分布，所述第一调节孔能够与所述电机通过第一连接件连接，所述第二调节孔能够与述齿轮箱通过第二连接件连接。
在一种可能的实现方式中，所述第一调节孔和所述第二调节孔分布于同一圆周面。
在一种可能的实现方式中，所述第一调节孔和所述第二调节孔沿所述通孔的周向交替设置。
在一种可能的实现方式中，所述第一调节孔为圆形孔，所述第二调节孔为弧形孔或圆形孔。
本发明提供的用于燃料电池系统的氢气循环装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明用于燃料电池系统的氢气循环装置在燃料电池低功率运行时，第一阀门控制氢气由电堆阳极出口向氢气循环泵流通，然后沿第二管道由引射器的第三进口进入引射器，并由引射器的出口排出后由电堆阳极进口进入电堆阳极内；在燃料电池高功率运行时，第一阀门控制氢气由电堆阳极出口向引射器内流通，氢气罐也向引射器内注入氢气，然后由引射器的出口排出并重新进入电堆阳极内，第二阀门关闭避免氢气回流入氢气循环泵。本装置能够根据燃料电池的运行功率自由切换氢气循环泵和引射器的使用，操作方便且不产生额外功率，减少了能耗，同时连接结构简单，不会占用过多的场地。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的用于燃料电池系统的氢气循环装置的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的用于燃料电池系统的氢气循环装置的剖视图；
图3为本发明实施例三采用的调节盘的主视图；
图4为沿图3中A-A线的剖视结构图；
图5为本发明实施例四采用的调节盘的主视图；
图6为本发明实施例五所采用的第一安装座的结构示意图。
图中：1、电机；2、氢气循环泵；3、引射器；4、氢气罐；5、电堆阳极；6、第一阀门；7、第二阀门；8、第三管道；9、壳体；10、第一管道；11、第二管道；12、第一安装座；1201、第二固定孔；1202、第一固定孔；1203、第一固定板；1204、第二固定板；13、调节盘；1301、安装孔；1302、通孔；1303、第一调节孔；1304、第二调节孔；1305、连接部；14、第二安装座；1401、第三固定板；1402、第四固定板；1403、第四固定孔。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的用于燃料电池系统的氢气循环装置进行说明。用于燃料电池系统的氢气循环装置，包括依次连接的电机1、氢气循环泵2和引射器3，其中：
氢气循环泵2的进口与引射器3的第一进口通过第一管道10连通，氢气循环泵2的出口与引射器3的第三进口通过第二管道11连通，第一管道10能够通过第三管道8与电堆阳极5出口连通，第一管道10和第三管道8的连通处设有第一阀门6，第一阀门6用于控制电堆阳极5出口与氢气循环泵2或引射器3连通，第二管道11上设有第二阀门7，引射器3的第二进口用于与氢气罐4连通，引射器3的出口用于与电堆阳极5进口连通。
本发明提供的用于燃料电池系统的氢气循环装置，与现有技术相比，与现有技术相比，本发明用于燃料电池系统的氢气循环装置在燃料电池低功率运行时，第一阀门6控制混合气体由电堆阳极5出口向氢气循环泵2流通，然后沿第二管道11由引射器3的第三进口进入引射器3，并由引射器3的出口排出后由电堆阳极5进口进入电堆阳极5内；在燃料电池高功率运行时，第一阀门6控制混合气体由电堆阳极5出口向引射器3内流通，氢气罐4也向引射器3内注入氢气，然后由引射器3的出口排出并重新进入电堆阳极5内，第二阀门7关闭避免混合气体和氢气回流入氢气循环泵2。本装置能够根据燃料电池的运行功率在氢气循环泵2和引射器3之间自由切换，操作方便且不产生额外功率，减少了能耗，同时连接结构简单，不会占用过多的场地。
在一些实施例中，图中未示出，氢气循环泵2的底部具有排水口。
混合气体中含有氢气和水蒸气，也含有部分液态水，在低温环境下水蒸气和液态水容易出现冰冻现象，从而造成氢气循环泵2的转子和壳体9冻结，排水口能够保证壳体9内的水蒸气和液体水能够及时被排出，避免出现冰冻现象。
在一些实施例中，图中未示出，氢气循环泵2为罗茨式循环泵，具有2-8片罗茨叶片。
罗茨式循环泵内具有两个相反方向同步旋转的叶形转子，氢气循环泵2冻结后，影响其正常使用，罗茨式循环泵可以通过调节电机1的输出扭矩实现破冰。
在一些实施例中，请参阅图1，氢气循环泵2和引射器3的外部罩设有壳体9。
壳体9能够保护氢气循环泵2和引射器3不受外部干扰，保护其连接结构的稳定性，同时壳体9使氢气循环泵2和引射器3成为整体结构，方便安装和移动。
在一些实施例中，请参阅图2，用于燃料电池系统的氢气循环装置还包括安装组件，安装组件分别连接于电机1和壳体9，具有在垂直于电机1的输出轴的平面内转动的自由度，并能与电机1和壳体9相对固定。
当安装面的角度发生改变时，氢气循环泵2的排水口可能无法保持位于底部，造成不能及时排水，采用安装组件分别与电机1和壳体9连接，能够在安装面的角度发生改变时与安装面稳定连接，但使电机1和壳体9保持角度不变，从而保证氢气循环泵2底部的排水口能够排水。
具体地，壳体9底部设有能够排水的开口。
在一些实施例中，请参阅图2至图6，安装组件包括第一安装座12、调节盘13和第二安装座14，第一安装座12连接于电机1，且具有在垂直于电机1的输出轴的平面内转动的自由度，并能与电机1相对固定；调节盘13位于壳体9和电机1之间，调节盘13具有能够使电机1的输出轴贯穿并与氢气循环泵2内的齿轮连接的通孔1302，调节盘13具有在垂直于电机1的输出轴的平面内转动的自由度，并能与电机1和壳体9相对固定；第二安装座14连接于壳体9，且具有在垂直于电机1的输出轴的平面内转动的自由度，并能与壳体9相对固定。
安装面的角度发生改变时，可以同时旋转第一安装座12、第二安装座14和调节盘13，使其能够固定于安装面，同时保证壳体9位置不变，氢气循环泵2的排水口始终位于底部。调节盘13可以与电机1固定连接，使电机1随第一安装座12和调节盘13同步旋转，也可以与电机1转动连接，在调节盘13调整至指定位置时再将电机1与调节盘13固定，使电机1始终保持位置不变。
在安装面的角度发生变化时，无需整体旋转壳体9，通过调节第一安装座12、第二安装座14和调节盘13的角度使其能够与安装面固定连接，使壳体9始终保持原有状态，以保证排水口位于氢气循环泵2底部，方便排出冷凝水。本装置结构简单，能够适用于不同角度的安装面，保证排水口始终位于氢气循环泵2的下部，方便将氢气循环泵2内的冷凝水及时排出，增加了氢气循环泵2的使用寿命。
在一些实施例中，请参阅图3至图5，调节盘13设有多个第一调节孔1303和多个第二调节孔1304，多个第一调节孔1303呈环形阵列分布，多个第二调节孔1304呈环形阵列分布，第一调节孔1303能够与电机1通过第一连接件连接，第二调节孔1304能够与述齿轮箱通过第二连接件连接。
本实施例中第一调节孔1303和第二调节孔1304分别与电机1和壳体9连接，需要调节安装角度时，松开第一连接件和第二连接件，在调节盘13转动至合适位置后再将第一连接件和第二连接件分别与电机1和壳体9连接，保证电机1和壳体9位置保持不变，或壳体9位置不变，电机1随调节盘13转动，从而使排水口能够有效排水。多个第一调节孔1303和多个第二调节孔1304分别位于同一圆周面，使旋转后的第一调节孔1303和第二调节孔1304还能够与电机1或齿轮箱上相对的连接孔相对应，方便连接。
在一些实施例中，请参阅图3至5图，第一调节孔1303和第二调节孔1304分布于同一圆周面。
第一调节孔1303和第二调节孔1304在同一圆周面，方便加工第一调节孔1303和第二调节孔1304，也方便将调节盘13与电机1和齿轮箱连接，降低了加工和安装的成本。
在一些实施例中，请参阅图3至图4，第一调节孔1303和第二调节孔1304沿通孔1302的周向交替设置。
交替设置的第一调节孔1303和第二调节孔1304能够使调节盘13上各处强度均匀，在受力时各处受力均匀，避免局部损坏。同时，能够增加与电机1和齿轮箱连接的稳定性。
在一些实施例中，请参阅图3至图5，第一调节孔1303为圆形孔，第二调节孔1304为弧形孔或圆形孔。
当第二调节孔1304为弧形孔时，电机1与调节盘13相对静止，安装面的角度改变后使电机1与调节盘13同步旋转，第二连接件能够在第二调节孔1304内滑动，当调节盘13旋转至合适位置后，将第二连接件与壳体9锁紧。当第二调节孔1304为圆形孔时，电机1可以随调节盘13一起旋转，也可以在调节盘13旋转时静止不动。第一调节孔1303设置为圆形能够更加牢固的与电机1连接，在电机1工作时保持整体的稳定性，无论第二调节孔1304的形状如何，都能够使氢气循环泵2和引射器3正常稳定的工作。
可选的，第一调节孔1303和第二调节孔1304分别至少设置有三个。
可选的，可以根据调节盘13的旋转角度调整第二调节孔1304的设置个数和夹角。
在一些实施例中，请参阅图3至图5，第一调节孔1303和第二调节孔1304均为沉孔。
沉孔能够使第一连接件和第二连接件不必凸出于调节盘13，避免影响电机1的正常工作。
在一些实施例中，请参阅图3至图5，调节盘13上具有能够与安装面连接的连接部1305，连接部1305设有能够通过第三连接件与安装面连接的安装孔1301。
通过第三连接件穿过安装孔1301将调节盘13与安装面连接，方便拆卸，提高了安装效率。
可选的，第三连接件为螺纹构件。
在一些实施例中，请参阅图6，第一安装座12包括能够与电机1连接的第一固定板1203和与安装面连接的第二固定板1204，第一固定板1203和第二固定板1204呈夹角设置；第二安装座14包括能够与壳体9连接的第三固定板1401和与安装面连接的第四固定板1402，第三固定板1401和第四固定板1402呈夹角设置。
第一固定板1203能够与电机1贴合，第二固定板1204能够与安装面贴合，第三固定板1401能够与壳体9贴合，第四固定板1402能够与安装面贴合，使固定后的壳体9更加稳定。
在一些实施例中，请参阅图6，第一固定板1203开设有第一固定孔1202，第二固定板1204开设有第二固定孔1201；第三固定板1401开设有第三固定孔，第四固定板1402开设有第四固定孔1403。
通过螺纹连接件穿过第一固定孔1202将第一固定板1203与电机1连接，再通过另一个螺纹连接件穿过第二固定孔1201将第二固定板1204与安装面连接；通过螺纹连接件穿过第三固定孔将第三固定板1401与壳体9连接，再通过另一个螺纹连接件穿过第四固定孔1403将第四固定板1402与安装面连接，安装方便，提高了安装效率，而且连接后的电机1和壳体9能够稳定的固定在安装面上，保证电机1、氢气循环泵2和引射器3工作的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于燃料电池系统的氢气循环装置，其特征在于，包括依次连接的电机、氢气循环泵和引射器，其中：
所述氢气循环泵的进口与所述引射器的第一进口通过第一管道连通，所述氢气循环泵的出口与所述引射器的第三进口通过第二管道连通，所述第一管道能够通过第三管道与电堆阳极出口连通，所述第一管道和所述第三管道的连通处设第一阀门，所述第一阀门用于控制所述电堆阳极出口与所述氢气循环泵或所述引射器连通，所述第二管道上设有第二阀门，所述引射器的第二进口用于与氢气罐连通，所述引射器的出口用于与电堆阳极进口连通；
所述氢气循环泵和所述引射器的外部罩设有壳体；
所述氢气循环泵的底部具有排水口；
还包括安装组件，所述安装组件分别连接于所述电机和所述壳体，所述安装组件具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述电机和所述壳体相对固定，所述安装组件能够在安装面的角度发生改变时与所述安装面稳定连接，使所述电机和所述壳体保持角度不变，从而保证所述氢气循环泵底部的所述排水口能够排水。
2.如权利要求1所述的用于燃料电池系统的氢气循环装置，其特征在于，所述氢气循环泵为罗茨式循环泵，具有2-8片罗茨叶片。
3.如权利要求1所述的用于燃料电池系统的氢气循环装置，其特征在于，所述安装组件包括：
第一安装座，连接于所述电机，且具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述电机相对固定；
调节盘，位于所述壳体和所述电机之间，所述调节盘具有能够使所述电机的输出轴贯穿并与所述氢气循环泵内的齿轮连接的通孔，所述调节盘具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述电机和所述壳体相对固定；以及
第二安装座，连接于所述壳体，且具有在垂直于所述电机的输出轴的平面内转动的自由度，并能与所述壳体相对固定。
4.如权利要求3所述的用于燃料电池系统的氢气循环装置，其特征在于，所述调节盘设有多个第一调节孔和多个第二调节孔，多个所述第一调节孔呈环形阵列分布，多个所述第二调节孔呈环形阵列分布，所述第一调节孔能够与所述电机通过第一连接件连接，所述第二调节孔能够与述齿轮箱通过第二连接件连接。
5.如权利要求4所述的用于燃料电池系统的氢气循环装置，其特征在于，所述第一调节孔和所述第二调节孔分布于同一圆周面。
6.如权利要求4所述的用于燃料电池系统的氢气循环装置，其特征在于，所述第一调节孔和所述第二调节孔沿所述通孔的周向交替设置。
7.如权利要求4所述的用于燃料电池系统的氢气循环装置，其特征在于，所述第一调节孔为圆形孔，所述第二调节孔为弧形孔或圆形孔。
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