CN113571738A - 一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池制造技术领域，具体公开了一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，包括氢气供气器、引射器、第一单向阀、第二单向阀和气液分离器；所述引射器进气口和出气口的两端分别与氢气供气器和燃料电池的阳极进气口连接；燃料电池的阳极出气口与所述气液分离器进口连接；所述燃料电池的阳极出气口与气液分离器之间连接有向气液分离器单向导通的所述第一单向阀；所述气液分离器的出气口与引射器连接，所述气液分离器的出气口与引射器之间连接有向引射器的进气口单向导通的所述第二单向阀；所述气液分离器的出液口与外界连通。上述装置，能够解决现有技术中在排出水的同时排出较多的氢气，造成氢气利用率低以及浪费的问题。

Description

一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置
技术领域
本发明属于燃料电池制造技术领域，尤其涉及一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置。
背景技术
随着目前环境和资源问题日益严峻，能源的可持续发展显得尤为重要。燃料电池能将燃料中的化学能不经燃烧转化为电能，转化效率高，排放污染小，氢燃料电池依靠氢气和氧气反应，将化学能转化为电能，生产的产物为水，所以运用的范围很广。
在燃料电池中，空冷型质子交换膜燃料电池由于其附属装置少，结构紧凑，成本低而广泛应用于小功率用电器、便携式电源和备用电源等场合。空冷型质子交换膜燃料电池主要包括：双极板、膜电极、气体扩散层、集流板、端板等。系统辅件设备包括供氢风扇、电池阀、控制器等。目前大多数空冷电堆氢气管路较为简单，为简化系统，阳极气体输入与氢气瓶减压阀相连，阳极气体出口直接采用电磁阀控制阳极出口周期性开关，实现间歇性排水(避免水淹)，同时排出部分氢气，这将引起氢气的利用率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，以解决现有技术中在排出水的同时排出较多的氢气，造成氢气利用率低以及浪费的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，包括氢气供气器、引射器、第一单向阀、第二单向阀和气液分离器；所述引射器进气口和出气口的两端分别与氢气供气器和燃料电池的阳极进气口连接；燃料电池的阳极出气口与所述气液分离器进口连接；所述燃料电池的阳极出气口与气液分离器之间连接有向气液分离器单向导通的所述第一单向阀；所述气液分离器的出气口与引射器连接，所述气液分离器的出气口与引射器之间连接有向引射器的进气口单向导通的所述第二单向阀；所述气液分离器的出液口与外界连通。
进一步，所述氢气供气器与引射器之间连接有减压阀。
进一步，所述引射器与燃料电池之间连接有压力表。
进一步，所述气液分离器的出液口连接有电磁阀。
进一步，所述引射器包括进气接头、一次喷射流组件、主腔体、二次回流组件和出气接头；所述进气接头与所述氢气供气器连接，所述一次喷射流组件的两端分别与进气接头与主腔体连接；所述一次喷射流组件用于增大氢气的流速和减小氢气的压力；所述二次回流组件的两端分别与主腔体和气液分离器连接。
进一步，所述主腔体内设有吸入腔、混合管和扩散管；所述混合管的两端分别与吸入腔和扩散管连接；所述吸入腔与一次喷射流组件连接，所述扩散管与出气接头连接。
进一步，所述吸入腔与一次喷射流组件连接的一侧设有第一螺纹孔，所述一次喷射流组件与第一螺纹孔螺纹连接；所述扩散管与出气接头连接的一侧设有第二螺纹孔，所述第二螺纹孔与出气接头螺纹连接。
进一步，所述氢气供气器与引射器通过第一管道连接，所述引射器与燃料电池通过第二管道连接，所述燃料电池与气液分离器通过第三管道连接，所述气液分离器的出气口与引射器的二次回流组件通过第四管道连接；所述气液分离器的出液口通过第五管道与外界连通。
进一步，所述主腔体内还设有第三螺纹孔，所述二次回流组件与第三螺纹孔螺纹连接。
进一步，所述一次喷射流组件上设有外螺纹，所述进气接头上设有内螺纹，所述一次喷射流组件与进气接头螺纹连接。
本技术方案的工作原理在于：来自氢气供气器的氢气经过第一管道上的减压阀获得燃料电池所需氢气压力，然后氢气依次通过引射器的进气接头、一次喷射流组件、吸入腔、混合管、扩散管和出气接头，然后通过第二管道进入燃料电池系统的阳极进气口进行供气，多余的气体和水分经过第三管道上的第一单向阀进入气液分离器，气液分离后分为两个支路，一个支路为氢气经过气液分离器的出气口后，通过第四管道上的第二单向阀进入到引射器的二次回流组件，然后流入到引流器的吸入腔内，用于氢气的供应。另一个支路为将多余的水分和极少量的氢气通过第五管道上的电磁阀后排向大气中。
本技术方案的有益效果在于：①提出的引射器结构能够有效提高空冷型燃料电池阳极氢气的利用率，同时结构简单，不会增加原有供气系统的功耗；引射器主腔体、一次喷射流组件和二次回流组件进行模块化设计，有利于不同供气压力，负压等的实现，且减少整个引射器的制造加工难度。②在空冷型燃料电池系统回路中引入引射器后，燃料电池阳极出口电磁阀的开关周期有了很大的提高，从而有效地提升了氢气利用率。③第一单向阀和第二单向阀能够避免气体回流以及外部气体进入引射器中。④将引射器用于阳极气体的循环，既能避免采用循环泵使得系统变得复杂，同时也能减少附加装置的额外功耗。⑤本技术方案中，一次喷射流组件的两侧能够与进气接头和吸入腔螺纹连接，出气接头与扩散管螺纹连接，二次回流组件与主腔体螺纹连接，形成模块化设计，采用螺纹连接，能够对各组件进行更换(例如更换不用内孔直径的一次喷射流组件)，从而能够满足不同的工艺要求。
附图说明
图1为本发明一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置的工作原理图；
图2为图1中引射器的立体图；
图3为引射器的俯视图；
图4为引射器的主视剖视图；
图5为图2中主腔体的立体图；
图6为主腔体的俯视图；
图7为主腔体的主视剖视图；
图8为电磁阀的电流-时间的周期性变化图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：氢气供气器1、引射器2、燃料电池3、气液分离器4、减压阀5、压力表6、第一单向阀7、第二单向阀8、电磁阀9、第一管道10、第二管道11、第三管道12、第四管道13、第五管道14、进气接头15、一次喷射流组件16、主腔体17、出气接头18、二次回流组件19、吸入腔20、混合管21、扩散管22、第二螺纹孔23、第三螺纹孔24。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例基本如附图1-8所示：一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，如图1所示，包括氢气供气器1、引射器2、第一单向阀7、第二单向阀8和气液分离器4，本实施例中氢气供气器1采用氢气罐；引射器2的进气口与氢气供气器1之间通过第一管道10连接，第一管道10上设有减压阀5。引射器2的出气口与燃料电池3的阳极进气口通过第二管道11连接，第二管道11上设有压力表6；燃料电池3的阳极出气口与气液分离器4的进口通过第三管道12连接，第三管道12上设有向气液分离器4单向导通的第一单向阀7；气液分离器4的出气口与引射器2的进气口通过第四管道13连接，第四管道13上设有向引射器2的进气口单向导通的第二单向阀8；气液分离器4的出液口与外界通过第五管道14连通，第五管道14上设有电磁阀9。
如图2-4所示，引射器2包括进气接头15、一次喷射流组件16、主腔体17、二次回流组件19和出气接头18；进气接头15与氢气供气器1通过第一管道10连接，一次喷射流组件16的两端分别与进气接头15与主腔体17连接；一次喷射流组件16用于增大氢气的流速和减小氢气的压力；二次回流组件19的两端分别与主腔体17的吸入腔20和第四管道13连接。如图5-7所示，主腔体17内设有吸入腔20、混合管21和扩散管22；混合管21的两端分别与吸入腔20和扩散管22连接；吸入腔20与一次喷射流组件16连接，扩散管22与出气接头18连接。
吸入腔20与一次喷射流组件16连接的一侧设有第一螺纹孔，一次喷射流组件16与第一螺纹孔螺纹连接；扩散管22与出气接头18连接的一侧设有第二螺纹孔23，第二螺纹孔23与出气接头18螺纹连接。主腔体17内还设有第三螺纹孔24，二次回流组件19与第三螺纹孔24螺纹连接。一次喷射流组件16上设有外螺纹，进气接头15上设有内螺纹，一次喷射流组件16与进气接头15螺纹连接。
具体实施过程如下：
来自氢气供气器1的氢气经过第一管道10上的减压阀5获得燃料电池3所需氢气压力，然后氢气依次通过引射器2的进气接头15、一次喷射流组件16、吸入腔20、混合管21、扩散管22和出气接头18，然后通过第二管道11进入燃料电池3的阳极进气口进行供气，多余的气体和水分经过第三管道12上的第一单向阀7进入气液分离器4，气液分离后分为两个支路，一个支路为氢气经过气液分离器4的出气口后，通过第四管道13上的第二单向阀8进入到引射器2的二次回流组件19，然后流入到引流器的吸入腔20内，用于氢气的供应。另一个支路为将多余的水分和极少量的氢气通过第五管道14上的电磁阀9后排向大气中。
空冷型燃料电池3系统回路中引入本技术方案中的引射器2后，燃料电池3阳极出口电磁阀9的开关周期有了很大的提高，从而有效地提升了氢气利用率。引入引射器2后的实验测试数据如图8所示，由于引射器2的引入，为保证燃料电池3良好性能，燃料电池3阳极出口处电磁阀9为720秒，4个周期，每个周期约180秒(3分钟)，代表燃料电池3阳极出口电磁阀9开关周期为每3分钟1次。在未引入引射器2之前，燃料电池3阳极出口电磁阀9开关周期为每10秒1次。通过对比分析可以看出，空冷型燃料电池3系统回路中引入引射器2后，氢气的排放会减少为原来的1/18。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：包括氢气供气器(1)、引射器(2)、第一单向阀(7)、第二单向阀(8)和气液分离器(4)；所述引射器(2)进气口和出气口的两端分别与氢气供气器(1)和燃料电池(3)的阳极进气口连接；燃料电池(3)的阳极出气口与所述气液分离器(4)进口连接；所述燃料电池(3)的阳极出气口与气液分离器(4)之间连接有向气液分离器(4)单向导通的所述第一单向阀(7)；所述气液分离器(4)的出气口与引射器(2)连接，所述气液分离器(4)的出气口与引射器(2)之间连接有向引射器(2)的进气口单向导通的所述第二单向阀(8)；所述气液分离器(4)的出液口与外界连通。
2.根据权利要求1所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述氢气供气器(1)与引射器(2)之间连接有减压阀(5)。
3.根据权利要求1所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述引射器(2)与燃料电池(3)之间连接有压力表(6)。
4.根据权利要求1所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述气液分离器(4)的出液口连接有电磁阀(9)。
5.根据权利要求1所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述引射器(2)包括进气接头(15)、一次喷射流组件(16)、主腔体(17)、二次回流组件(19)和出气接头(18)；所述进气接头(15)与所述氢气供气器(1)连接，所述一次喷射流组件(16)的两端分别与进气接头(15)与主腔体(17)连接；所述一次喷射流组件(16)用于增大氢气的流速和减小氢气的压力；所述二次回流组件(19)的两端分别与主腔体(17)和气液分离器(4)连接。
6.根据权利要求5所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述主腔体(17)内设有吸入腔(20)、混合管(21)和扩散管(22)；所述混合管(21)的两端分别与吸入腔(20)和扩散管(22)连接；所述吸入腔(20)与一次喷射流组件(16)连接，所述扩散管(22)与出气接头(18)连接。
7.根据权利要求6所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述吸入腔(20)与一次喷射流组件(16)连接的一侧设有第一螺纹孔，所述一次喷射流组件(16)与第一螺纹孔螺纹连接；所述扩散管(22)与出气接头(18)连接的一侧设有第二螺纹孔(23)，所述第二螺纹孔(23)与出气接头(18)螺纹连接。
8.根据权利要求6所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述氢气供气器(1)与引射器(2)通过第一管道(10)连接，所述引射器(2)与燃料电池(3)通过第二管道(11)连接，所述燃料电池(3)与气液分离器(4)通过第三管道(12)连接，所述气液分离器(4)的出气口与引射器(2)的二次回流组件(19)通过第四管道(13)连接；所述气液分离器(4)的出液口通过第五管道(14)与外界连通。
9.根据权利要求8所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述主腔体(17)内还设有第三螺纹孔(24)，所述二次回流组件(19)与第三螺纹孔(24)螺纹连接。
10.根据权利要求5所述的一种空冷型燃料电池阳极氢气循环引射器装置，其特征在于：所述一次喷射流组件(16)上设有外螺纹，所述进气接头(15)上设有内螺纹，所述一次喷射流组件(16)与进气接头(15)螺纹连接。
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