CN114430052B - 燃料电池氢气系统前处理模块总成及燃料电池氢气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池氢气系统前处理模块总成，涉及燃料电池领域；燃料电池氢气系统前处理模块总成包括：基座及分别设置在基座上的引射器、电磁阀和比例阀；基座的内部设置有第一通道、第二通道、第三通道、第四通道和第五通道；第一通道的一端用于与外部氢气源连通，另一端通过电磁阀与第二通道的一端连通；第二通道的另一端与第三通道的一端连通；第三通道的另一端与比例阀的进气口连通；比例阀的出气口与第四通道的一端连通；第四通道的另一端与第五通道的一端连通；第五通道的另一端与引射器的引射器喉连通；本发明还提出一种燃料电池氢气系统，能够提高引射器与燃料电池氢气系统中零部件的集成度。

Description

燃料电池氢气系统前处理模块总成及燃料电池氢气系统
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及燃料电池氢气系统前处理模块总成及燃料电池氢气系统。
背景技术
燃料电池要能持续发电就需要一定压力的湿氢气和氧气源源不断的供给。理论上来说，燃料电池的功率和供给的氢气量存在固定的比例关系，不过在实际情况中，为了使一定功率下阳极的氢气充分反应，供给燃料电池阳极的氢气往往是超出理论值并且保持在理论值的1.5倍左右。这就产生了一个问题，燃料电池运行过程中没有反应完的氢气、阳极渗透到阴极的氮气以及反应产生的水会在电堆中不断累积，如不及时处理将会对电堆产生一定的损伤。目前，解决这一问题的方法主要有三种：直排无循环模式、死端模式、循环模式，直排和死端模式都存在明显的短板，一个直接排放浪费氢气，另一个不排放增加电堆损伤风险，所以循环模式才是最经济高效的。
在循环模式中，目前市面上主要有两大类应用方案，分别是引射器类和循环泵类。循环泵类循环模式的噪音大、功率密度低、体积利用率低、价格昂贵、电磁兼容性EMC干扰、低温下结冰导致系统无法启动等缺点，导致其无法大范围被使用。引射器类循环模式可以避开以上的缺点，因此，引射器成为了实现燃料电池氢气路循环的关键零部件。
现有燃料电池氢气路循环系统中的零部件与引射器的集成度较低，导致空间利用不够合理。
发明内容
本发明旨在提出燃料电池氢气系统前处理模块总成，能够提高燃料电池氢气路循环系统中零部件与引射器的集成度。
本发明提供燃料电池氢气系统前处理模块总成，包括：基座及分别设置在所述基座上的引射器、电磁阀和比例阀；
所述基座的内部设置有第一通道、第二通道、第三通道、第四通道和第五通道；所述第一通道的一端用于与外部氢气源连通，另一端通过所述电磁阀与所述第二通道的一端连通；所述第二通道的另一端与所述第三通道的一端连通；所述第三通道的另一端与所述比例阀的进气口连通；所述比例阀的出气口与所述第四通道的一端连通；所述第四通道的另一端与所述第五通道的一端连通；所述第五通道的另一端与所述引射器的引射器喉连通。
进一步地，所述比例阀的底部设置有多个出气口；所述出气口呈环形分布；所述比例阀的进气口位于所述比例阀的出气口之间；所述第三通道和第二通道分别竖直设置在所述基座上；所述第三通道的上端呈环形；所述第三通道的上端环绕设置在所述第二通道的外部。
进一步地，所述燃料电池氢气系统前处理模块总成还包括第一压力传感器；所述基座上设置有与所述第一通道连通的第一压力传感器安装孔；所述第一压力传感器通过所述第一压力传感器安装孔安装在所述基座上，用于检测所述第一通道内的气体压力。
进一步地，所述基座上设置有电磁阀安装孔；所述电磁阀通过所述电磁阀安装孔安装在所述基座上，用于断开或者连通所述第一通道和所述第二通道。
进一步地，所述燃料电池氢气系统前处理模块总成还包括第二压力传感器；所述引射器上设置有第二压力传感器安装孔；所述第二压力传感器安装孔与引射器出口连通；所述第二压力传感器通过所述第二压力传感器安装孔设置在所述引射器上，用于检测所述引射器出口的气体压力。
进一步地，所述燃料电池氢气系统前处理模块总成还包括温度传感器；所述引射器上设置有温度传感器安装孔；所述温度传感器安装孔与引射器出口连通；所述温度传感器通过所述温度传感器安装孔设置在所述引射器上，用于检测所述引射器出口的气体温度。
进一步地，所述燃料电池氢气系统前处理模块总成还包括泄压阀；所述引射器上设置有泄压阀安装孔；所述泄压阀安装孔与引射器出口连通；所述泄压阀通过所述泄压阀安装孔设置在所述引射器上。
本发明还提出燃料电池氢气系统，包括上述的燃料电池氢气系统前处理模块总成。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中的燃料电池氢气系统前处理模块总成包括基座及分别设置在所述基座上的引射器、电磁阀和比例阀；所述基座的内部设置有第一通道、第二通道、第三通道、第四通道和第五通道；所述第一通道的一端用于与外部氢气源连通，另一端通过所述电磁阀与所述第二通道的一端连通；所述第二通道的另一端与所述第三通道的一端连通；所述第三通道的另一端与所述比例阀的进气口连通；所述比例阀的出气口与所述第四通道的一端连通；所述第四通道的另一端与所述第五通道的一端连通；所述第五通道的另一端与所述引射器的引射器喉连通；通过所述基座将所述电磁阀和所述比例阀与所述引射器集成，提高了引射器与燃料电池氢气系统中零部件的集成度。
附图说明
图1为本发明某一实施例中燃料电池氢气系统前处理模块总成的立体结构示意图；
图2为图1燃料电池氢气系统前处理模块总成中基座2的立体结构示意图；
图3为图2中基座2的侧视图；
图4为图3基座2中A-A方向的剖面结构示意图；
图5为图2中基座2的另一侧视图；
图6为图5基座2中B-B方向的剖面结构示意图；
图7为图1燃料电池氢气系统前处理模块总成中比例阀3的立体结构示意图；
图8为图1燃料电池氢气系统前处理模块总成中引射器1的立体结构示意图；
图9为图8中引射器1的侧视图；
图10为图9引射器1中C-C方向的剖面结构示意图；
其中，1、引射器；101、引射器喉；102、回流接头安装孔；103、引射器出口；104、泄压阀安装孔；105、温度传感器安装孔；106、第二压力传感器安装孔；2、基座；201、第一通道；202、第一压力传感器安装孔；203、电磁阀安装孔；204、第二通道；205、第三通道；206、第四通道；207、第五通道；3、比例阀；301、出气口；302、进气口；4、第一压力传感器；5、进气接头；6、电磁阀；7、回流接头；8、泄压阀；9、温度传感器；10、第二压力传感器；11、出气接头。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参考图1至图6，本发明的实施例提供了燃料电池氢气系统前处理模块总成，包括：基座2及分别设置在基座2上的引射器1、电磁阀6和比例阀3；
基座2的内部设置有第一通道201、第二通道204、第三通道205、第四通道206和第五通道207；第一通道201的一端用于与外部氢气源连通，另一端通过电磁阀6与第二通道204的一端连通；第二通道204的另一端与第三通道205的一端连通；第三通道205的另一端与比例阀3的进气口302连通；比例阀3的出气口301与第四通道206的一端连通，可以根据燃料电池的实际反应需求调节比例阀3的开度；第四通道206的另一端与第五通道207的一端连通；第五通道207的另一端与引射器1的引射器喉101连通。
需要说明的是，引射器1为现有技术，故不在此赘述其内部具体结构。
具体地，参考图4，基座2上设置有电磁阀安装孔203；电磁阀6通过电磁阀安装孔203安装在基座2上，用于断开或者连通第一通道201和第二通道204；基座2上设置有进气接头5，用于与外部氢气源连通；进气接头5与第一通道201连通。
示例性地，在本实施例中，进气接头5为卡套接头；比例阀3通过螺栓与基座2连接；电磁阀6和第一压力传感器4均通过螺纹连接的方式设置在基座2上；引射器1上还设置有出气接头11，用于与燃料电池电堆的氢气入口连通；出气接头11与引射器出口103连通。
参考图2、图4和图7，比例阀3的底部设置有多个出气口301；出气口301呈环形分布；比例阀3的进气口302位于比例阀3的出气口301之间；第三通道205和第二通道204分别竖直设置在基座2上；第三通道205的上端呈环形；第三通道205的上端环绕设置在第二通道204的外部；通过选择现有技术中的比例阀3，其底部的多个出气口301呈环形分布，并环绕设置在其进气口302的外侧；将第三通道205和第二通道204分别竖直设置在基座2上；将第三通道205的上端设置成环形通道，且环绕设置在第二通道204的外侧，能够有效地节约使用空间，使得整体结构更加紧凑。
参考图1，所述燃料电池氢气系统前处理模块总成还包括第一压力传感器4；基座2上设置有与第一通道201连通的第一压力传感器安装孔202；第一压力传感器4通过第一压力传感器安装孔202安装在基座2上，用于检测第一通道201内的气体压力。
参考图1和图8至图10，所述燃料电池氢气系统前处理模块总成还包括第二压力传感器10、温度传感器9、泄压阀8和回流接头7；引射器1上设置有第二压力传感器安装孔106；第二压力传感器安装孔106与引射器出口103连通；第二压力传感器10通过第二压力传感器安装孔106设置在引射器1上，用于检测引射器出口103的气体压力；引射器1上设置有温度传感器安装孔105；温度传感器安装孔105与引射器出口103连通；温度传感器9通过温度传感器安装孔105设置在引射器1上，用于检测引射器出口103的气体温度；引射器1上设置有泄压阀安装孔104；泄压阀安装孔104与引射器出口103连通；泄压阀8通过泄压阀安装孔104设置在引射器1上；引射器1上设置有回流接头安装孔102；回流接头7通过回流接头安装孔102设置在引射器1上，用于与燃料电池电堆的氢气出口连通，将燃料电池电堆氢气出口排出的气体循环至引射器1，在引射器1的作用下，降外部氢气和循环气体输入至燃料电池电堆中。
示例性地，在本实施例中，温度传感器9、第二压力传感器10和泄压阀8均通过螺纹连接的方式设置在引射器1上，且连接部位均设置有密封圈；基座2与引射器1通过螺栓可拆卸连接。
本实施例中燃料电池氢气系统前处理模块总成的工作原理如下：
外部氢气通过进气接头5进入第一通道201，并依次通过第一通道201、电磁阀6、第二通道204、第三通道205、比例阀3、第四通道206和第五通道207进入引射器1；在高速氢气流的作用下，引射器1将燃料电池电堆氢气出口排出的气体从回流接头7循环至引射器1内，并随外部氢气一起进入到燃料电池电堆中。
本实施例中的燃料电池氢气系统前处理模块总成在引射器1基础上进行了高度的集成设计，使其具备了能够控制主流流量、检测主流压力大小、检测进入电堆氢气的温度和压力的能力，同时为了防止氢气进入电堆的压力失效过大，还集成了压力泄放阀，增加了前处理模块总成的实用性、稳定性以及高度的适配性。
本发明还提出燃料电池氢气系统，包括上述的燃料电池氢气系统前处理模块总成。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.燃料电池氢气系统前处理模块总成，其特征在于，包括：基座及分别设置在所述基座上的引射器、电磁阀和比例阀；
所述基座的内部设置有第一通道、第二通道、第三通道、第四通道和第五通道；所述第一通道的一端用于与外部氢气源连通，另一端通过所述电磁阀与所述第二通道的一端连通；所述第二通道的另一端与所述第三通道的一端连通；所述第三通道的另一端与所述比例阀的进气口连通；所述比例阀的出气口与所述第四通道的一端连通；所述第四通道的另一端与所述第五通道的一端连通；所述第五通道的另一端与所述引射器的引射器喉连通；
所述比例阀的底部设置有多个出气口；所述出气口呈环形分布；所述比例阀的进气口位于所述比例阀的出气口之间；所述第三通道和第二通道分别竖直设置在所述基座上；所述第三通道的上端呈环形；所述第三通道的上端环绕设置在所述第二通道的外部；
该模块总成还包括第一压力传感器、第二压力传感器、泄压阀；所述基座上设置有与所述第一通道连通的第一压力传感器安装孔；所述第一压力传感器通过所述第一压力传感器安装孔安装在所述基座上，用于检测所述第一通道内的气体压力；
所述引射器上设置有第二压力传感器安装孔；所述第二压力传感器安装孔与引射器出口连通；所述第二压力传感器通过所述第二压力传感器安装孔设置在所述引射器上，用于检测所述引射器出口的气体压力；
所述引射器上设置有泄压阀安装孔；所述泄压阀安装孔与引射器出口连通；所述泄压阀通过所述泄压阀安装孔设置在所述引射器上。
2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气系统前处理模块总成，其特征在于，所述基座上设置有电磁阀安装孔；所述电磁阀通过所述电磁阀安装孔安装在所述基座上，用于断开或者连通所述第一通道和所述第二通道。
3.根据权利要求1所述的燃料电池氢气系统前处理模块总成，其特征在于，还包括温度传感器；所述引射器上设置有温度传感器安装孔；所述温度传感器安装孔与引射器出口连通；所述温度传感器通过所述温度传感器安装孔设置在所述引射器上，用于检测所述引射器出口的气体温度。
4.燃料电池氢气系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任意一项所述的燃料电池氢气系统前处理模块总成。
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