CN213366636U - 采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置，第一、第二引射器通过管路并联在低压供氢与燃料电池堆的氢气进口之间，燃料电池堆的氢气出口分两条管路接入第一、第二引射器中，在第二引射器与低压供氢之间的管路上、第二引射器与燃料电池堆之间的管路上各设置有一个电磁阀，两个电磁阀均由控制器控制开、闭，第一、第二引射器是完全相同的一对孪生引射器；每个引射器的设计工况点对应50％燃料电池发动机额定功率，当燃料电池发动机的功率小于等于50％额定功率时，只有第一引射器工作；当燃料电池发动机的功率大于50％额定功率时，第一引射器和第二引射器同时工作。系统简单、工作范围宽、成本低、无功率消耗、可靠性高。

Description

采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池系统领域，尤其涉及一种采用引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置。

背景技术

氢燃料电池是一种使用氢气和氧气为原料发生电化学反应产生电能的装置。氢燃料电池作为一种发电装置，具有能量转换效率高、零排放、振动噪声小等特点。为使氢燃料电池发动机发电，需要使用氢气为燃料，在燃料电池电堆的阳极通入纯氢气，阴极通入空气(氧气)。为提高氢燃料电池发动机的能量转换效率，通常需要在阳极通入过量的氢气，即比理论需要的氢气量多，大约多20％～30％。未反应的多余氢气从电堆阳极出口排出后，如果没有被利用，就会直接排到大气环境中，造成氢气的浪费，还会增加安全隐患(氢气是易燃、易爆物质)。为提高氢气的利用率，需要将从燃料电池电堆阳极出口排出的氢气送回到电堆阳极的入口重新利用。但由于阳极出口处的氢气压力低于进口处的压力，氢气不能从阳极出口自动流到阳极入口。因此，需要使用一种装置强制将未反应的氢气从阳极出口引入到阳极入口，实现氢气的循环利用。

实现氢气循环有许多的方案，实际中使用较多的方案有采用氢气循环泵的方案，或采用引射器的方案，或采用上述两种方案的组合。采用氢气循环泵方案，在不同的氢燃料电池发动机功率下，对氢气的循环效果好，但氢气循环泵需要高速运转，消耗一定的功率，噪声高，体积大，可靠性较差，费用高。采用引射器方案，通过在引射器腔体内部管路变径，降低引射口附近氢气的压力，从而形成与电堆阳极出口端的压差，在压差的作用下实现对电堆阳极出口处未反应氢气的回流引射。使用引射器实现氢气循环具有不产生寄生功率，体积小，开发设计简单，生产成本低等优点。

采用一个引射器的氢气循环方案，结构简单，设计工况点对应100％燃料电池发动机额定功率，大功率工况时的引射效果好，能较好实现氢气循环；小功率工况时的引射效果差，或者不能实现引射，也不能实现良好的氢气循环。采用双引射器的氢气循环方案，需要使用一大、一小两个不同的引射器。大引射器的设计工况点对应100％燃料电池发动机额定功率，小引射器的设计工况点对应较小的功率。当燃料电池发动机的功率较大时，大引射器工作，小引射器不工作；当功率较小时，小引射器工作，大引射器不工作。通过大、小引射器的交替使用，能够保证燃料电池发动机在较宽的功率范围内，实现对未反应氢气的引射和循环利用。采用大、小两个引射器的方案，需要设计、生产两种引射器，设计和生产的费用较高，并且在引射器之间切换时，需要使用四个电磁阀，系统复杂，电磁阀开、闭频繁，工作时间长，可靠性差。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种系统简单、工作范围宽、成本低、无功率消耗、可靠性高的氢燃料电池供氢及氢气循环装置。

为此，本实用新型所采用的技术方案为：一种采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置，包括燃料电池堆、第一引射器和第二引射器，所述第一引射器和第二引射器通过管路并联在低压供氢与燃料电池堆的氢气进口之间，燃料电池堆的氢气出口分两条管路接入第一引射器、第二引射器中，在第二引射器与低压供氢之间的管路上、第二引射器与燃料电池堆之间的管路上各设置有一个电磁阀，两个电磁阀均由控制器控制开、闭，第一引射器和第二引射器是完全相同的一对孪生引射器；每个引射器的设计工况点对应50％燃料电池发动机额定功率，当燃料电池发动机的功率小于等于50％额定功率时，只有第一引射器工作；当燃料电池发动机的功率大于50％额定功率时，第一引射器和第二引射器同时工作。

优选为，所述第一引射器与燃料电池堆之间的管路上，第二引射器与燃料电池堆之间的管路上各设置有一个单向阀，使得从燃料电池堆出来的氢气只能朝对应的引射器的方向流动。

本实用新型的有益效果：

(1)采用孪生引射器，两个引射器的结构、材料、参数完全相同，组成简单，设计、生产成本低；

(2)具有50％和100％额定功率两个最佳引射点，在小功率工况(小于等于50％额定功率)和大功率工况(大于50％额定功率)对未反应的氢气都有较好的引射效果，达到氢气循环利用的目的，工作范围宽，无功率消耗；

(3)只需要一个控制器结合两个电磁阀进行系统控制，两个电磁阀均用于第二引射器的控制，工作时间短，可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置，主要由燃料电池堆1、第一引射器2、第二引射器3、电磁阀4、单向阀5、控制器6组成。

第一引射器2和第二引射器3通过管路并联在低压供氢7与燃料电池堆1的氢气进口之间。低压供氢7分别与第一引射器2、第二引射器3的进口相连，第一引射器2、第二引射器3的出口分别与燃料电池堆1的氢气进口相连。

燃料电池堆1的氢气出口分两条管路接入第一引射器2、第二引射器3中。在第二引射器3与低压供氢7之间的管路上、第二引射器3与燃料电池堆1之间的管路上各设置有一个电磁阀4。两个电磁阀4均由控制器6控制开、闭，对第二引射器3的气路进行控制，从而控制指定的引射器工作与否。其中一个电磁阀4用于控制低压供氢7的氢气进入第二引射器3，另一个电磁阀4用于控制燃料电池堆1出来的氢气进入第二引射器3。

第一引射器2和第二引射器3是完全相同的一对孪生引射器。采用文丘里原理，其结构、材料和参数完全相同，每个引射器的设计工况点对应50％燃料电池发动机额定功率。

当燃料电池发动机的功率小于等于50％额定功率时，只有第一引射器2工作，低压氢气(大约0.5～1MPa)进入第一引射器2的进口，在第一引射器2的内部腔体中，利用气体流动所产生的动能与势能变化，在第一引射器2的引射口附近产生较低的压力，利用压力差将燃料电池电堆1出口处的氢气引入第一引射器2的引射口，与进入第一引射器2的氢气流混合后从第一引射器2的出口流出，然后流入燃料电池电堆1的氢气进口，实现对氢气的循环利用。

当燃料电池发动机的功率大于50％额定功率时，第一引射器2和第二引射器3同时工作。在控制器6的控制下，两个电磁阀4通电同时打开。低压氢气分成两路向燃料电池电堆1的氢气进口流动，两路的流量基本相等。进入第一引射器2的气体流向、路径不变，另一路低压氢气经第一个电磁阀4后流入第二引射器3的进气口。从燃料电池电堆1氢气出口排出的氢气分成两路，两路的流量基本相等，一路回流的氢气流入第一引射器2的引射口，另一路回流的氢气经另一个电磁阀4后流入第二引射器3的引射口，在第二引射器3内与从进口流入的氢气混合后从出口流出。从第一引射器2和第二引射器3流出的氢气汇合成一路气体流入到燃料电池电堆1的氢气进口。在第一引射器2和第二引射器3的共同作用下，实现了燃料电池发动机大功率时对未反应氢气的引射和循环利用。

最好是，第一引射器2与燃料电池堆1之间的管路上，第二引射器3与燃料电池堆1之间的管路上各设置有一个单向阀5，使得从燃料电池堆1出来的氢气只能朝对应的引射器的方向流动，防止引射口的压力高于燃料电池电堆1的氢气出口压力时出现的氢气倒流现象。

电磁阀4最好为常闭型电磁阀。在第二引射器3不工作时，两个电磁阀4不通电，处于关闭状态，气路被切断，氢气不流过第二引射器3。当第二引射器3工作时，在控制器6的作用下，两个电磁阀4通电同时打开，气路接通，第二引射器3能够发挥引射作用，增强氢气循环利用的效果。

Claims (3)

1.一种采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置，包括燃料电池堆(1)、第一引射器(2)和第二引射器(3)，其特征在于：所述第一引射器(2)和第二引射器(3)通过管路并联在低压供氢(7)与燃料电池堆(1)的氢气进口之间，燃料电池堆(1)的氢气出口分两条管路接入第一引射器(2)、第二引射器(3)中，在第二引射器(3)与低压供氢(7)之间的管路上、第二引射器(3)与燃料电池堆(1)之间的管路上各设置有一个电磁阀(4)，两个电磁阀(4)均由控制器(6)控制开、闭，第一引射器(2)和第二引射器(3)是完全相同的一对孪生引射器；

每个引射器的设计工况点对应50％燃料电池发动机额定功率，当燃料电池发动机的功率小于等于50％额定功率时，只有第一引射器(2)工作；当燃料电池发动机的功率大于50％额定功率时，第一引射器(2)和第二引射器(3)同时工作。

2.根据权利要求1所述的采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置，其特征在于：所述第一引射器(2)与燃料电池堆(1)之间的管路上，第二引射器(3)与燃料电池堆(1)之间的管路上各设置有一个单向阀(5)，使得从燃料电池堆(1)出来的氢气只能朝对应的引射器的方向流动。

3.根据权利要求1或2所述的采用孪生引射器的氢燃料电池供氢及氢气循环装置，其特征在于：所述电磁阀(4)为常闭型电磁阀。

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