CN207947346U - 车载燃料电池氢气管理系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种车载燃料电池氢气管理系统，包括燃料电池堆、氢气进气管和氢气排气管；氢气进气管上依次设有氢气温度调节单元、氢气温度传感器和氢气压力传感器，氢气温度传感器位于氢气温度调节单元和氢气压力传感器之间，氢气压力传感器位于燃料电池堆的氢气进气口；氢气温度调节单元包括加热器、冷却水管和供水箱，氢气进气管贯穿加热器的内部，冷却水管缠绕于加热器的外周，冷却水管的一端与供水箱的出水口连通，冷却水管的另一端与供水箱的进水口连通；氢气排气管上设有硫化氢浓度传感器；还包括处理器和报警单元。本实用新型对进入燃料电池堆的氢气的压力和温度进行监控，有利于提高燃料电池堆的燃烧效率，进而提高其发电效率。

Description

车载燃料电池氢气管理系统
技术领域
本实用新型属于车载燃料电池技术领域，特别是涉及一种车载燃料电池氢气管理系统。
背景技术
燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：(1)能量转化效率高，它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制；(2)燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45％～60％，而火力发电和核电的效率大约在30％～40％；(3)安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便，燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适；(4)负荷响应快，运行质量高；燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。
氢气系统在燃料电池的工作过程中需要为电堆提供足够流量和压力的燃料，并实时监测氢气的剩余量，为了安全考虑，还需实时监测环境中氢气的泄漏量，在出现紧急情况时采取必要措施保证系数安全。
目前的燃料电池系统，对于氢气的供给都采用直接进入燃料电池堆，未对氢气进入电池堆的压力和温度进行监控，因此，影响燃料电池的燃烧效率，进而降低其发电效率。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种车载燃料电池氢气管理系统，对进入燃料电池堆的氢气的压力和温度进行监控，有利于提高燃料电池堆的燃烧效率，进而提高其发电效率。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种车载燃料电池氢气管理系统，包括燃料电池堆、氢气进气管和氢气排气管，所述氢气进气管与所述燃料电池堆的氢气进气口连通，所述氢气排气管与所述燃料电池堆的氢气出气口连通；
所述氢气进气管上(按氢气进气方向)依次设有氢气温度调节单元、氢气温度传感器和氢气压力传感器，所述氢气温度传感器位于所述氢气温度调节单元和所述氢气压力传感器之间，所述氢气压力传感器位于所述燃料电池堆的氢气进气口；
所述氢气温度调节单元包括加热器、冷却水管和供水箱，所述氢气进气管贯穿所述加热器的内部，所述冷却水管缠绕于所述加热器的外周，所述冷却水管的一端与所述供水箱的出水口通过出水管道连通，所述冷却水管的另一端与所述供水箱的进水口通过进水管道连通；
所述氢气排气管上设有硫化氢浓度传感器；
还包括处理器和报警单元，所述氢气温度传感器、氢气压力传感器、加热器、硫化氢浓度传感器和报警单元分别与所述处理器电连接。
进一步地说，所述氢气排气管通过三通与所述氢气进气管连通。
进一步地说，所述氢气温度传感器和所述氢气压力传感器之间设有氢气流量控制阀，所述氢气流量控制阀与所述处理器电连接。
进一步地说，所述出水管道上设有出水水量控制阀，所述出水水量控制阀与所述处理器电连接。
进一步地说，所述进水管道上设有进水水量控制阀，所述进水水量控制阀与所述处理器电连接。
进一步地说，所述进水管道上还设有冷却器和水温传感器，所述水温传感器位于所述供水箱的进水口处，所述冷却器位于所述进水水量控制阀和所述水温传感器之间，所述冷却器和所述水温传感器分别与所述处理器电连接。
进一步地说，所述进水管道上设有抽水泵，所述抽水泵与所述处理器电连接。
进一步地说，所述氢气排气管上还设有止回阀和循环泵，所述止回阀位于所述硫化氢浓度传感器和所述循环泵之间，所述硫化氢浓度传感器位于所述燃料电池的出气口处，所述循环泵与所述处理器电连接。
进一步地说，所述报警单元为声光报警单元或语音报警单元。
进一步地说，所述供水箱还设有注水口，所述注水口外接水源。
本实用新型的有益效果至少具有以下几点：
1、本实用新型在氢气进气管上设有氢气温度传感器和氢气压力传感器，能够实时监测进入燃料电池的氢气的压力和温度，并通过氢气流量控制阀和氢气温度调节单元控制氢气的压力和温度，提高燃料电池的燃烧效率；
2、本实用新型在氢气排气管上设有硫化氢浓度传感器，可检测从燃烧电池堆排出的氢气中产生的杂质气体—硫化氢的浓度，该气体在燃料电池内的堆积会使氢气的浓度逐步下降，从而影响燃料电池的燃烧效率；当该气体的浓度达到设定值时，通过报警单元发出警报，及时对燃料电池进行维护，提高燃料电池的使用寿命；
3、本实用新型的氢气排气管通过三通与氢气进气管连通，该设计可以将未能充分反应的氢气循环输送进入燃料电池继续反应，以免对氢气造成浪费，同时也避免氢气的外泄，提高燃料电池的安全性。
附图说明
图1是本实用新型的设备结构示意图；
图2是本实用新型的控制原理图；
附图中各部分标记如下：
燃料电池堆1、氢气进气管2、氢气排气管3、氢气温度传感器4、氢气压力传感器5、加热器6、冷却水管7、供水箱8、出水管道9、进水管道10、硫化氢浓度传感器11、处理器12、报警单元13、三通14、氢气流量控制阀15、出水水量控制阀16、进水水量控制阀17、冷却器18、水温传感器19、抽水泵20、止回阀21、循环泵22和注水口23。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：一种车载燃料电池氢气管理系统，如图1-图2所示，包括燃料电池堆1、氢气进气管2和氢气排气管3，所述氢气进气管2与所述燃料电池堆1的氢气进气口连通，所述氢气排气管3与所述燃料电池堆1的氢气出气口连通；
所述氢气进气管上(按氢气进气方向)依次设有氢气温度调节单元、氢气温度传感器4和氢气压力传感器5，所述氢气温度传感器4位于所述氢气温度调节单元和所述氢气压力传感器之间，所述氢气压力传感器5位于所述燃料电池堆的氢气进气口；
所述氢气温度调节单元包括加热器6、冷却水管7和供水箱8，所述氢气进气管贯穿所述加热器的内部，所述冷却水管缠绕于所述加热器的外周，所述冷却水管的一端与所述供水箱的出水口通过出水管道9连通，所述冷却水管的另一端与所述供水箱的进水口通过进水管道10连通；
所述氢气排气管上设有硫化氢浓度传感器11；
还包括处理器12和报警单元13，所述氢气温度传感器、氢气压力传感器、加热器、硫化氢浓度传感器和报警单元分别与所述处理器电连接。
所述氢气排气管通过三通14与所述氢气进气管连通。
所述氢气温度传感器和所述氢气压力传感器之间设有氢气流量控制阀15，所述氢气流量控制阀与所述处理器电连接。
所述出水管道上设有出水水量控制阀16，所述出水水量控制阀与所述处理器电连接。
所述进水管道上设有进水水量控制阀17，所述进水水量控制阀与所述处理器电连接。
所述进水管道上还设有冷却器18和水温传感器19，所述水温传感器位于所述供水箱的进水口处，所述冷却器位于所述进水水量控制阀和所述水温传感器之间，所述冷却器和所述水温传感器分别与所述处理器电连接。
所述进水管道上设有抽水泵20，所述抽水泵与所述处理器电连接。
所述氢气排气管上还设有止回阀21和循环泵22，所述止回阀位于所述硫化氢浓度传感器和所述循环泵之间，所述硫化氢浓度传感器位于所述燃料电池的出气口处，所述循环泵与所述处理器电连接。
所述报警单元为声光报警单元或语音报警单元。
所述供水箱还设有注水口23，所述注水口外接水源。
本实用新型的工作原理如下：
氢气从氢气进气管进入，通过加热器将氢气温度加热到60-80℃，并通过氢气流量控制阀控制氢气进入燃料电池的压力为25-35Mpa，进入燃料电池与空气和水反应后，多余的氢气通过氢气排气管排出并通过三通进入氢气进气管，实现多余氢气的循环利用，硫化氢浓度传感器实时监测排出的氢气中硫化氢的浓度；
当氢气温度传感器检测到氢气进气管中氢气的温度高于80℃时，打开出水水量控制阀和进水水量控制阀，对氢气进气管中的氢气进行降温，维持氢气的温度在60-80℃；
当氢气进气管中氢气的压力高于35Mpa时，通过氢气流量控制阀降低氢气的输送量；当氢气进气管中氢气的压力低于25Mpa时，通过氢气流量控制阀提高氢气的输送量；
进水管道上设有的冷却器可对冷却水管内的水进行降温，并通过水温传感器保证进入供水箱的水的温度维持在10℃以下。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：包括燃料电池堆(1)、氢气进气管(2)和氢气排气管(3)，所述氢气进气管与所述燃料电池堆的氢气进气口连通，所述氢气排气管与所述燃料电池堆的氢气出气口连通；
所述氢气进气管上按氢气进气方向依次设有氢气温度调节单元、氢气温度传感器(4)和氢气压力传感器(5)，所述氢气温度传感器位于所述氢气温度调节单元和所述氢气压力传感器之间，所述氢气压力传感器位于所述燃料电池堆的氢气进气口；
所述氢气温度调节单元包括加热器(6)、冷却水管(7)和供水箱(8)，所述氢气进气管贯穿所述加热器的内部，所述冷却水管缠绕于所述加热器的外周，所述冷却水管的一端与所述供水箱的出水口通过出水管道(9)连通，所述冷却水管的另一端与所述供水箱的进水口通过进水管道(10)连通；
所述氢气排气管上设有硫化氢浓度传感器(11)；
还包括处理器(12)和报警单元(13)，所述氢气温度传感器、氢气压力传感器、加热器、硫化氢浓度传感器和报警单元分别与所述处理器电连接。
2.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述氢气排气管通过三通(14)与所述氢气进气管连通。
3.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述氢气温度传感器和所述氢气压力传感器之间设有氢气流量控制阀(15)，所述氢气流量控制阀与所述处理器电连接。
4.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述出水管道上设有出水水量控制阀(16)，所述出水水量控制阀与所述处理器电连接。
5.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述进水管道上设有进水水量控制阀(17)，所述进水水量控制阀与所述处理器电连接。
6.根据权利要求5所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述进水管道上还设有冷却器(18)和水温传感器(19)，所述水温传感器位于所述供水箱的进水口处，所述冷却器位于所述进水水量控制阀和所述水温传感器之间，所述冷却器和所述水温传感器分别与所述处理器电连接。
7.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述进水管道上设有抽水泵(20)，所述抽水泵与所述处理器电连接。
8.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述氢气排气管上还设有止回阀(21)和循环泵(22)，所述止回阀位于所述硫化氢浓度传感器和所述循环泵之间，所述硫化氢浓度传感器位于所述燃料电池的出气口处，所述循环泵与所述处理器电连接。
9.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述报警单元为声光报警单元或语音报警单元。
10.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气管理系统，其特征在于：所述供水箱还设有注水口(23)，所述注水口外接水源。
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