CN210668553U - 一种燃料电池氢气循环系统以及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池氢气循环系统以及燃料电池，该氢气循环系统包括连通电堆的入氢口和出氢口的循环回路，循环回路包括出口支路、第一回氢支路及第二回氢支路，出口支路连接于电堆的出氢口，两条回氢支路通过压力感应装置并联于出口支路，两条回氢支路分别与电堆的入氢口连通，两条回氢支路上分别设置有氢气引射器以及氢气循环泵；在氢气压力较高时，氢气通过氢气引射器进入电堆，在氢气压力较低时，氢气通过氢气循环泵进入电堆，氢气循环泵不必一直处于工作状态，避免消耗更多电量，减少氢气循环泵工作时间，增加氢气循环泵使用年限，延长氢气循环泵的维护周期，并且满足电堆入口的压力要求。

Description

一种燃料电池氢气循环系统以及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及新能源动力技术领域，特别涉及一种燃料电池氢气循环系统以及燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将外部供应的燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和水的发电装置，氢气供应系统为燃料电池提供反应所需氢气，是燃料电池的重要组成部分。

有申请号为201721843128.X的中国实用新型专利公开了一种燃料电池氢气供应子系统，该氢气供应子系统的循环回路包括连接电堆入氢口的入口支路、连接电堆出氢口的出口支路、加压支路和非加压支路，加压支路和非加压支路并联于入口支路与出口支路之间，其中，加压支路上设置有氢气循环泵，非加压支路直接连接入口支路，当从电堆出来的氢气压力较低时，加压支路与出口支路导通，氢气通过加压支路上的氢气循环泵循环，当从电堆出来的氢气压力较高时，非加压支路与出口支路导通，氢气通过非加压支路循环，不再使用氢气循环泵；上述氢气供应子系统虽然能够使氢气循环泵使用时间减少，避免消耗更多电量，降低电附件功耗，但是燃料电池对入口氢气有压力要求，即使燃料电池的出口氢气压力较高，在非加压支路将出口支路与入口支路直接导通的情况下也存在不能满足电堆入口的压力要求问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种燃料电池氢气循环系统，以在减少氢气循环泵的使用时间，降低能耗，增加氢气循环泵使用年限的同时，满足燃料电池入口的压力要求。

本实用新型的第二个目的在于提供一种包括上述燃料电池氢气循环系统的燃料电池。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种燃料电池氢气循环系统，包括连通电堆入氢口和出氢口的循环回路，所述循环回路包括出口支路、第一回氢支路以及第二回氢支路，所述出口支路的第一端连接于电堆的出氢口，所述第一回氢支路的第一端以及所述第二回氢支路的第一端通过压力感应装置并联于所述出口支路的第二端，所述第一回氢支路的第二端以及所述第二回氢支路的第二端分别与电堆的入氢口连通，所述第一回氢支路上设置有氢气引射器，所述第二回氢支路上设置有氢气循环泵；所述压力感应装置在所述出口支路的氢气压力大于预设阈值时将所述出口支路与所述第一回氢支路导通，所述压力感应装置在所述出口支路的氢气压力不超过预设阈值时将所述出口支路与所述第二回氢支路导通。

优选地，还包括将电堆的入氢口与氢气气源连接的供氢支路，所述供氢支路包括从氢气气源至电堆的入氢口方向依次串联的开关阀以及调压阀。

优选地，所述供氢支路上还设置有氢气加湿器，所述氢气加湿器串联于所述调压阀与电堆的入氢口之间。

优选地，所述出口支路上设置有气水分离器，所述气水分离器的出水口通过液态水循环装置与所述氢气加湿器连通。

优选地，所述第一回氢支路的第二端以及所述第二回氢支路的第二端在所述调压阀与所述氢气加湿器之间连通于所述供氢支路。

优选地，所述供氢支路上还设置有泄压阀，所述泄压阀位于所述氢气加湿器的上游且所述泄压阀位于所述第一回氢支路的第二端以及所述第二回氢支路的第二端与所述供氢支路的连通处的下游。

优选地，所述供氢支路在所述开关阀的上游还设置有氢气过滤器。

优选地，所述第一回氢支路在所述氢气引射器的下游设置有第一单向阀，所述第一单向阀用于将所述氢气引射器至电堆的入氢口方向单向导通，所述第二回氢支路在所述氢气循环泵的下游设置有第二单向阀，所述第二单向阀用于将所述氢气循环泵至电堆的入氢口方向单向导通。

一种燃料电池，包括电堆以及如上任意一项所述的燃料电池氢气循环系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种燃料电池氢气循环系统，该燃料电池氢气循环系统包括连通电堆的入氢口和出氢口的循环回路，循环回路包括出口支路、第一回氢支路以及第二回氢支路，出口支路的第一端连接于电堆的出氢口，第一回氢支路的第一端以及第二回氢支路的第一端通过压力感应装置并联于出口支路的第二端，第一回氢支路的第二端以及第二回氢支路的第二端分别与电堆的入氢口连通，第一回氢支路上设置有氢气引射器，第二回氢支路上设置有氢气循环泵；压力感应装置在出口支路的氢气压力大于预设阈值时将出口支路与第一回氢支路导通，压力感应装置在出口支路的氢气压力不超过预设阈值时将出口支路与第二回氢支路导通；上述燃料电池氢气循环系统并列设置了两条回氢支路，如果氢气压力较高，则氢气通过氢气引射器进入电堆，如果氢气压力较低，则氢气通过氢气循环泵进入电堆，由此使得氢气循环泵不需要一直处于工作状态，避免消耗更多电量，降低电附件功耗，减少氢气循环泵工作时间，增加氢气循环泵使用年限，延长氢气循环泵的维护周期，并且氢气引射器能够对氢气进行加压以满足燃料电池入口的压力要求。

本实用新型还提供了一种燃料电池，该燃料电池包括电堆以及如上所述的燃料电池氢气循环系统，由于该燃料电池氢气循环系统具有上述技术效果，则应用该燃料电池氢气循环系统的燃料电池也应具备上述技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的燃料电池氢气循环系统的结构示意图。

图中：

1为储氢瓶；2为氢气过滤器；3为开关阀；4为调压阀；5为泄压阀；6为氢气加湿器；7为电堆；8为气水分离器；9为压力感应装置；10为氢气引射器；11为氢气循环泵；12为液态水循环装置。

具体实施方式

本实用新型的核心之一在于提供一种燃料电池氢气循环系统，该燃料电池氢气循环系统的结构设计使其能够在减少氢气循环泵的使用时间，降低能耗，增加氢气循环泵使用年限的同时，满足燃料电池入口的压力要求。

本实用新型的另一核心在于提供一种基于上述燃料电池氢气循环系统的发动机。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的燃料电池氢气循环系统的结构示意图。

本实用新型实施例提供的一种燃料电池氢气循环系统，包括连通电堆7的入氢口和出氢口的循环回路，该循环回路包括出口支路、第一回氢支路以及第二回氢支路，出口支路的第一端连接于电堆7的出氢口，第一回氢支路的第一端以及第二回氢支路的第一端通过压力感应装置9并联于出口支路的第二端，第一回氢支路的第二端以及第二回氢支路的第二端分别与电堆7的入氢口连通，第一回氢支路上设置有氢气引射器10，第二回氢支路上设置有氢气循环泵11；压力感应装置9在出口支路的氢气压力大于预设阈值时将出口支路与第一回氢支路导通，压力感应装置9在出口支路的氢气压力不超过预设阈值时将出口支路与第二回氢支路导通。

与现有技术相比，本实用新型提供的燃料电池氢气循环系统并列设置了两条回氢支路，如果氢气压力较高，则氢气通过氢气引射器10进入电堆7，如果氢气压力较低，则氢气通过氢气循环泵11进入电堆7，由此使得氢气循环泵11不需要一直处于工作状态，避免消耗更多电量，降低电附件功耗，减少氢气循环泵11工作时间，增加氢气循环泵11使用年限，延长氢气循环泵11的维护周期，并且氢气引射器10能够对氢气进行加压以满足燃料电池入口的压力要求。

上述压力感应装置9可以采用多种结构，比如压力感应装置9可以包括二位三通电磁阀以及压力检测装置，二位三通电磁阀的入口与出口支路连通，二位三通电磁阀的两个出口分别与第一回氢支路以及第二回氢支路连接，压力检测装置用于检测出口支路的氢气压力，当氢气压力大于预设阈值时，二位三通电磁阀将出口支路与第一回氢支路导通，将出口支路与第二回氢支路截断，当氢气压力不超过预设阈值时，二位三通电磁阀将出口支路与第二回氢支路导通，将出口支路与第一回氢支路截断；或者压力感应装置9可以包括分别设置于第一回氢支路以及第二回氢支路上的控制阀，当氢气压力大于预设阈值时，第一回氢支路上的控制阀打开，而第二回氢支路上的控制阀关闭，当氢气压力不超过预设阈值时，第二回氢支路上的控制阀打开，而第一回氢支路上的控制阀关闭。当然，压力感应装置9并不局限于上述两种实施例，本领域技术人员可以根据需要进行调整，在此不再一一列举。

除上述循环回路外，燃料电池氢气循环系统还包括将电堆7的入氢口与氢气气源连接的供氢支路，氢气气源通过供氢支路向电堆7供应氢气，供氢支路包括从氢气气源至电堆7的入氢口方向依次串联的开关阀3以及调压阀4，开关阀3用于实现供氢支路的通断，调压阀4用于控制供气量。如图1所示，本实用新型实施例中，供氢支路采用的氢气气源为储气瓶，当然氢气气源并不局限于此，在其他实施例中，可以采用其他氢气气源为电堆7供气。

作为优选地，供氢支路上还设置有氢气加湿器6，氢气加湿器6串联于调压阀4与电堆7的入氢口之间，氢气加湿器6用于对即将进入电堆7的氢气进行加湿以对电堆中膜进行湿度控制，避免出现“干化”或“水淹”现象，保证燃料电池的正常运行。

燃料电池在运行过程中会产生液态水，在大电流下运行时，会产生较多的液态水，产生的液态水会与氢气从电堆7出氢口排出，将带有大量水的排出氢气直接循环回燃料电池入氢口可能会导致电堆7发生“水淹”，因此，在本实用新型实施例中，出口支路上设置有气水分离器8，气水分离器8的出水口通过液态水循环装置12与氢气加湿器6连通，通过这种结构，将分离出的水供向氢气加湿器6，既可通过废物利用增加燃料电池效率，又便于控制进入电堆7的氢气湿度。

作为优选地，在本实用新型实施例中，第一回氢支路以及第二氢气支路通过供氢支路与电堆7的入氢口连通，如图1所示，第一回氢支路的第二端以及第二回氢支路的第二端在调压阀4与氢气加湿器6之间连通于供氢支路。

为避免供氢支路上的氢气压力超标，保证供氢支路安全稳定的为电堆7提供氢气，在本实用新型实施例中，供氢支路上还设置有泄压阀5，泄压阀5位于氢气加湿器6的上游且泄压阀5位于第一回氢支路的第二端以及第二回氢支路的第二端与供氢支路的连通处的下游，当供氢支路内的压力大于预设值时，泄压阀5自动泄压，使供氢支路内的压力保持在安全范围。

进一步优化上述技术方案，供氢支路在开关阀3的上游还设置有氢气过滤器2，氢气过滤器2用于过滤氢气中的杂质颗粒物，氢气从储氢瓶1中输出后首先进入氢气过滤器2进行过滤，再通过开关阀3、调压阀4以及氢气加湿器6，最后进入电堆7。

作为优选地，为避免第一回氢支路、第二回氢支路以及供氢支路之间相互干扰，在本实用新型实施例中，第一回氢支路在氢气引射器10的下游设置有第一单向阀，第一单向阀用于将氢气引射器10至电堆7的入氢口方向单向导通，第二回氢支路在氢气循环泵11的下游设置有第二单向阀，第二单向阀用于将氢气循环泵11至电堆7的入氢口方向单向导通。

基于上述燃料电池氢气循环系统，本实用新型实施例还提供了一种燃料电池，该燃料电池包括电堆以及如上述实施例所述的燃料电池氢气循环系统，燃料电池氢气循环系统的循环回路连接于电堆的出氢口与入氢口之间，燃料电池氢气循环系统的供氢支路与电堆的入氢口连通，由于该燃料电池采用了上述燃料电池氢气循环系统，则燃料电池的技术效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池氢气循环系统，其特征在于，包括连通电堆入氢口和出氢口的循环回路，所述循环回路包括出口支路、第一回氢支路以及第二回氢支路，所述出口支路的第一端连接于电堆的出氢口，所述第一回氢支路的第一端以及所述第二回氢支路的第一端通过压力感应装置并联于所述出口支路的第二端，所述第一回氢支路的第二端以及所述第二回氢支路的第二端分别与电堆的入氢口连通，所述第一回氢支路上设置有氢气引射器，所述第二回氢支路上设置有氢气循环泵；所述压力感应装置在所述出口支路的氢气压力大于预设阈值时将所述出口支路与所述第一回氢支路导通，所述压力感应装置在所述出口支路的氢气压力不超过预设阈值时将所述出口支路与所述第二回氢支路导通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，还包括将电堆的入氢口与氢气气源连接的供氢支路，所述供氢支路包括从氢气气源至电堆的入氢口方向依次串联的开关阀以及调压阀。

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述供氢支路上还设置有氢气加湿器，所述氢气加湿器串联于所述调压阀与电堆的入氢口之间。

4.根据权利要求3所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述出口支路上设置有气水分离器，所述气水分离器的出水口通过液态水循环装置与所述氢气加湿器连通。

5.根据权利要求3或4所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述第一回氢支路的第二端以及所述第二回氢支路的第二端在所述调压阀与所述氢气加湿器之间连通于所述供氢支路。

6.根据权利要求5所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述供氢支路上还设置有泄压阀，所述泄压阀位于所述氢气加湿器的上游且所述泄压阀位于所述第一回氢支路的第二端以及所述第二回氢支路的第二端与所述供氢支路的连通处的下游。

7.根据权利要求2-4及6任意一项所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述供氢支路在所述开关阀的上游还设置有氢气过滤器。

8.根据权利要求1-4及6任意一项所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述第一回氢支路在所述氢气引射器的下游设置有第一单向阀，所述第一单向阀用于将所述氢气引射器至电堆的入氢口方向单向导通，所述第二回氢支路在所述氢气循环泵的下游设置有第二单向阀，所述第二单向阀用于将所述氢气循环泵至电堆的入氢口方向单向导通。

9.一种燃料电池，其特征在于，包括电堆以及如权利要求1-8任意一项所述的燃料电池氢气循环系统。

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