CN208889776U - 一种燃料电池系统的湿度调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池系统的湿度调节装置，包括储氢瓶、引射器、节流阀、泄压阀、第一压力传感器、燃料电池堆、水滴分离器、排水阀和第一湿度传感器，储氢瓶的输出端与引射器的输入端相连通，引射器的输出端均与泄压阀的输入端和第一压力传感器的输入端相连通，第一压力传感器的输出端与燃料电池堆的阳极入口相连通，燃料电池堆的阳极出口与第一湿度传感器的输入端相连通，第一湿度传感器的输出端与水滴分离器的输入端相连通，水滴分离器的输出端均与节流阀的输入端和排水阀的输入端相连通，节流阀的输出端与引射器的输入端相连通。本实用新型能够有效提高电池系统的氢气利用率，方便了电堆内部湿度的调节。

Description

一种燃料电池系统的湿度调节装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池的技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统的湿度调节装置。

背景技术

燃料电池汽车是新能源汽车的一种，具有清洁、环保、能量效率高、运行平稳、无噪声等优点。目前车用燃料电池主要采用的是质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池是通过氢气和氧气的催化氧化反应，将化学能转换为电能，并且生成物只有水。燃料电池系统一般由空气供给系统、氢气供给系统、水热管理系统以及系统控制四部分构成。其中氢气供给系统又有阳极闭端和氢气循环两种方式。由于燃料电池在工作过程当中并不能将所提供的氢气完全利用，会有一部分的未利用的氢气，阳极闭端方法是将未利用的氢气排出电堆。氢气循环方式则是将未反应的氢气进行再利用，从而提高氢气的利用率，同时氢气循环还能改善电堆内的水平衡避免电堆内发生水淹，提高电堆的工作效率。目前常用的氢气循环装置有引射器和氢气循环泵，引射器是机械部件，通过将高压氢气当中的压力能转化为动能，将再循环氢气通过引射口吸入到引射器当中进行，工作流体和再循环氢气在引射器中充分混合从引射器出口流入电堆。引射器具有结构简单、质量轻以及工作不消耗电能等优点。引射器工作时引射比和入口压力或出口压力及被引射口压力等固定参数有关，不能在需要的时候精确控制引射比和被引射的气体流量，不利于电堆内部湿度的调节，氢气利用率低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池系统的湿度调节装置，能够有效提高电池系统的氢气利用率，方便了电堆内部湿度的调节。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种燃料电池系统的湿度调节装置，包括储氢瓶、引射器、节流阀、泄压阀、第一压力传感器、燃料电池堆、水滴分离器、排水阀和第一湿度传感器，所述储氢瓶的输出端与引射器的输入端相连通，所述引射器的输出端均与泄压阀的输入端和第一压力传感器的输入端相连通，所述第一压力传感器的输出端与燃料电池堆的阳极入口相连通，所述燃料电池堆的阳极出口与第一湿度传感器的输入端相连通，所述第一湿度传感器的输出端与水滴分离器的输入端相连通，所述水滴分离器的输出端均与节流阀的输入端和排水阀的输入端相连通，所述节流阀的输出端与引射器的输入端相连通。

进一步的，还包括第二压力传感器、第二湿度传感器和第三压力传感器，所述第二压力传感器的输出端与第二湿度传感器的输入端相连通，所述第二湿度传感器的输出端与燃料电池堆的阴极入口相连通，所述第三压力传感器的输入端与燃料电池堆的阴极出口相连通。

进一步的，所述节流阀与CPU相连，由节流阀的开启时间来调节引射器工作时燃料电池堆阳极出口的被引射氢气流量。

进一步的，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一湿度传感器和第二湿度传感器均与数据采集器相连，所述数据采集器与CPU相连。

进一步的，所述燃料电池堆用以进行氢燃料电池的反应，产生电能。

采用上述技术方案后，本实用新型具有如下优点：在被引射端加入节流阀，通过数据采集器采集第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一湿度传感器和第二湿度传感器的数据，根据这些数据由CPU进行精准分析，来调节引射器工作时电堆阳极出口的被引射氢气流量，实现对电堆工作参数精准控制，其中最重要的一个环节是在水滴分离器与燃料电池堆的阳极出口之前设第一湿度传感器，由第一湿度传感器对燃料电池堆阳极出口处的氢气进行湿度监控，实时监控被引射氢气的湿度，当湿度过高时，通过调节节流阀降低氢气流量，使大部分的氢气经过水滴分离器进行一部分水的排出，实现对被引起氢气湿度的精确控制，当湿度过低时，通过调节节流阀提高氢气流量，使少部分的氢气经过水滴分离器进行排水，而大部分的氢气进入到引射器后再次进入到燃料电池堆的阳极入口，实现了阳极循环湿度调节的功能，改善了燃料电池的工作条件、提高了氢气的利用率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型提出的一种燃料电池系统的湿度调节装置的结构示意图。

图中所标各部件名称如下：

1-储氢瓶，2-引射器，3-节流阀，4-泄压阀，5-第一压力传感器，6-燃料电池堆，7-水滴分离器，8-排水阀，9-第一湿度传感器，10-第三压力传感器，11-第二压力传感器，12-第二湿度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。需要理解的是，下述的“上”、“下”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供一种燃料电池系统的湿度调节装置，包括储氢瓶1、引射器2、节流阀3、泄压阀4、第一压力传感器5、燃料电池堆6、水滴分离器7、排水阀8和第一湿度传感器9，储氢瓶1的输出端与引射器2的输入端相连通，引射器2的输出端均与泄压阀4的输入端和第一压力传感器5的输入端相连通，第一压力传感器5的输出端与燃料电池堆6的阳极入口相连通，燃料电池堆6的阳极出口与第一湿度传感器9的输入端相连通，第一湿度传感器9的输出端与水滴分离器7的输入端相连通，水滴分离器7的输出端均与节流阀3的输入端和排水阀8的输入端相连通，节流阀3的输出端与引射器2的输入端相连通。

在本实施例中，该燃料电池系统的湿度调节装置还包括第二压力传感器11、第二湿度传感器12和第三压力传感器10，第二压力传感器11的输出端与第二湿度传感器12的输入端相连通，第二湿度传感器12的输出端与燃料电池堆6的阴极入口相连通，第三压力传感器10的输入端与燃料电池堆6的阴极出口相连通。

在本实施例中，节流阀3与CPU相连，由节流阀3的开启时间来调节引射器工作时燃料电池堆阳极出口的被引射氢气流量。

在本实施例中，第一压力传感器5、第二压力传感器11、第三压力传感器10、第一湿度传感器9和第二湿度传感器12均与数据采集器相连，数据采集器与CPU相连。

在本实施例中，燃料电池堆6用以进行氢燃料电池的反应，产生电能。

可以理解的是，由于氢气密度比较小，为了提高储存的氢气量，一般采用高压储氢瓶储存氢气。

当系统正常工作时，通过数据采集器对第一压力传感器5、第二压力传感器11、第三压力传感器10、第一湿度传感器9和第二湿度传感器12的数据进行采集，第二湿度传感器12和第二压力传感器11为阴极氢气入口的湿度和压力值，第三压力传感器10为阴极氢气出口的压力值，第一压力传感器5判断燃料电池堆阳极入口的压力值，第一湿度传感器9为阳极氢气出口的湿度值，其中最重要的一个环节是对阳极出口的氢气进行湿度监控，当湿度过高时，通过调节节流阀3降低氢气流量，使大部分的氢气经过水滴分离器7进行一部分水的排出，实现对被引起氢气湿度的精确控制，当湿度过低时，通过调节节流阀提高氢气流量，使少部分的氢气经过水滴分离器7进行排水，而大部分的氢气进入到引射器2后再次进入到燃料电池堆6的阳极入口，实现了阳极循环湿度调节的功能，改善了燃料电池的工作条件、提高了氢气的利用率。由第三压力传感器10的数据判定燃料电池堆的氢气压力是否正常，根据压力值的反馈，由CPU进行数据分析，最后控制节流阀3实现引射器2的被引射氢气的流量大小，对进入燃料电池电堆6的压力值进行控制，最终使第一压力传感器和第二压力传感器11的反馈值与目标设定值一致，保证燃料电池电堆的氢气的氢气压力，在运行过程中，引射器利用文丘里原理将燃料电池堆阳极出口的氢气返回引射器，在引射器内部将其与节流阀供给过来的氢气进行混合，同时水滴分离器将燃料电池堆阳极出口氢气的多余水分分离出来，以免被引射回流的氢气带入引射器2，影响系统的整体工作特性。

可以理解的是，本实施例采用的数据采集器为压力和湿度的数据采集装置，为市面上常用的数据采集装置。具体的，压力和湿度数据采集器采用型号为C2000MDV8的通道隔离增强型智能模拟数字量采集器，采购于康耐德公司。

具体的，第一压力传感器5、第二压力传感器11和第三压力传感器10均采用型号为NS-P22，采购自上海天沐传感器有限公司。

第一湿度传感器9和第二湿度传感器12均采用型号为JCJ175温湿度传感器，采购自北京九纯健科技发展有限公司。

具体的，水滴分离器7采用型号为SMCAMG水滴分离器，采购自固安捷(中国)工业品销售有限责任公司。

具体的，引射器2采购自杭州亿镨燃气设备有限公司，型号为YPJ-0.38-15的引射器。

需要说明是，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哪些要素，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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的精神和情况下可以做出对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物质限定。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统的湿度调节装置，其特征在于，包括储氢瓶、引射器、节流阀、泄压阀、第一压力传感器、燃料电池堆、水滴分离器、排水阀和第一湿度传感器，所述储氢瓶的输出端与引射器的输入端相连通，所述引射器的输出端均与泄压阀的输入端和第一压力传感器的输入端相连通，所述第一压力传感器的输出端与燃料电池堆的阳极入口相连通，所述燃料电池堆的阳极出口与第一湿度传感器的输入端相连通，所述第一湿度传感器的输出端与水滴分离器的输入端相连通，所述水滴分离器的输出端均与节流阀的输入端和排水阀的输入端相连通，所述节流阀的输出端与引射器的输入端相连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的湿度调节装置，其特征在于，还包括第二压力传感器、第二湿度传感器和第三压力传感器，所述第二压力传感器的输出端与第二湿度传感器的输入端相连通，所述第二湿度传感器的输出端与燃料电池堆的阴极入口相连通，所述第三压力传感器的输入端与燃料电池堆的阴极出口相连通。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统的湿度调节装置，其特征在于，所述节流阀与CPU相连，由节流阀的开启时间来调节引射器工作时燃料电池堆阳极出口的被引射氢气流量。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统的湿度调节装置，其特征在于，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一湿度传感器和第二湿度传感器均与数据采集器相连，所述数据采集器与CPU相连。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统的湿度调节装置，其特征在于，所述燃料电池堆用以进行氢燃料电池的反应，产生电能。