CN215869480U - 一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氢气供应循环装置技术领域，具体为一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，包括阀座；氢进电磁阀，与所述阀座连接，且所述氢进电磁阀的出口与设置在所述阀座内部的管道一的第一管口连接；压力控制阀，与所述阀座连接，且所述压力控制阀的进口与所述管道一的第二管口连接，所述压力控制阀的出口与设置在所述阀座内部的管道二的第一管口连接；引射器本体，与所述阀座连接，内部设有引射腔，且所述引射器本体设有与所述引射腔连通的回氢引射口。本申请将阀座，氢进电磁阀，压力控制阀，引射器本体，引射喷嘴，氢水分离器集成在了一起，避免了管路连接的漏气风险，降低了管道连接的管路压损，提升了燃料电池堆的整体工作性能。

Description

一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置

技术领域

本实用新型涉及氢气供应循环装置技术领域，具体为一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池没有机械传动部件，故没有噪音，没有声污染。众多优点使得燃料电池被得到广泛应用。

然而，燃料电池使用氢气作为原料，为了提高氢气利用率，降低燃料电池发电成本，并且获得更高的电堆性能，往往需要对电池堆阳极氢气进行闭端操作。常见的燃料电池的氢气闭端技术有氢气死端模式和氢气循环模式两种。总体来看，采用循环模式相较于死端模式对提高燃料电池系统的氢气利用率以及提升燃料电池系统性能等具有明显技术优势，因此现阶段国内外各大厂商均采用氢气循环供应模式。

氢气循环供应模式可以强制氢气在电池内部均匀分配以提高燃料电池的使用寿命。但是，在氢气循环过程中，燃料氢气中的杂质以及阴极空气中的N₂和反应产生的水会透过质子交换膜在阳极累积，长时间运行后会造成氢气分压的降低，并且产生的液态水会阻碍氢气与催化剂层的接触，造成电池堆电压下降，甚至局部H₂饥饿会引起MEA的电化学腐蚀，导致电池堆性能的不可逆下降，因此需要在燃料电池运行过程中间歇性地打开氢排电磁阀进行排气（水），以将累积在阳极的杂质、N₂和水排出。但此过程又会造成一部分氢气的浪费。

因此，如何进一步提高燃料电池堆的工作性能以及提高氢气的利用率是目前亟需解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题，提出了一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，能够提高燃料电池堆的工作性能以及提高氢气的利用率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，包括

阀座；

氢进电磁阀，与所述阀座连接，且所述氢进电磁阀的出口与设置在所述阀座内部的管道一的第一管口连接；

压力控制阀，与所述阀座连接，且所述压力控制阀的进口与所述管道一的第二管口连接，所述压力控制阀的出口与设置在所述阀座内部的管道二的第一管口连接；

引射器本体，与所述阀座连接，内部设有引射腔，且所述引射器本体设有与所述引射腔连通的回氢引射口；

引射喷嘴，安装在所述引射器本体内部，且所述引射喷嘴的进口与所述管道二的第二管口连接，所述引射喷嘴的出口与所述引射腔连通；

氢水分离器，与所述引射器本体连接，且所述氢水分离器的回氢出口与所述回氢引射口对接；

控制器，与所述氢进电磁阀、压力控制阀连接。

本申请的氢气供应循环装置将阀座，氢进电磁阀，压力控制阀，引射器本体，引射喷嘴，氢水分离器集成在了一起，避免了管路连接的漏气风险，降低了管道连接的管路压损，从而提升了燃料电池堆的整体工作性能。另外，本申请将引射器本体与氢水分离器配合连接使用，使得氢水分离器分离后的氢气能够回吸至引射腔内与压力控制阀提供的高压力低流速的氢气混合，混合后的氢气具有一定的温、湿度，有利于提高燃料电池堆的工作性能及氢气的利用率。

作为优选，所述引射器本体内部还设有与所述引射腔连通的输出管，以及与所述输出管连接的扩压管。

作为优选，所述氢气供应循环装置还包括

机械泄压阀，与所述引射器本体连接，且所述机械泄压阀的进口与所述扩压管连通。

作为优选，所述氢气供应循环装置还包括

压力传感器，与所述引射器本体连接，所述压力传感器与所述扩压管连通，且所述压力传感器与所述控制器连接。

作为优选，所述引射器本体在所述扩压管的自由端设有与燃料电池堆入口连接的供氢口，所述供氢口配设有供氢口法兰。

作为优选，所述氢气供应循环装置还包括

排氢排水电磁阀，与所述氢水分离器连接，且所述排氢排水电磁阀与所述控制器连接。

作为优选，所述排氢排水电磁阀内部设有PTC加热模块，所述PTC加热模块与所述控制器连接。

作为优选，所述氢水分离器为挡板式氢水分离器。

作为优选，所述氢水分离器的侧壁设有与燃料电池堆出口连接的回氢入口，所述回氢入口配设有回氢入口法兰。

作为优选，所述回氢引射口配设有回氢引射口法兰。

有益效果

本实用新型的氢气供应循环装置将阀座，氢进电磁阀，压力控制阀，引射器本体，引射喷嘴，氢水分离器集成在了一起，避免了管路连接的漏气风险，降低了管道连接的管路压损，从而提升了燃料电池堆的整体工作性能；将引射器本体与氢水分离器配合连接使用，使得氢水分离器分离后的氢气能够回吸至引射腔内与压力控制阀提供的高压力低流速的氢气混合，混合后的氢气具有一定的温、湿度，有利于提高燃料电池堆的工作性能及氢气的利用率。

附图说明

图1为本实用新型氢气供应循环装置的外部结构示意图；

图2为本实用新型氢气供应循环装置的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1、图2所示，一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，包括阀座1，氢进电磁阀2，压力控制阀3，引射器本体4，引射喷嘴9，氢水分离器7和控制器。

氢进电磁阀2通过螺纹结构与所述阀座1连接，且所述氢进电磁阀2的出口与设置在所述阀座1内部的管道一的第一管口连接。氢进电磁阀2用于控制氢气供应循环装置前端氢气的供应及切断。

压力控制阀3通过法兰结构与所述阀座1连接，且所述压力控制阀3的进口与所述管道一的第二管口连接，所述压力控制阀3的出口与设置在所述阀座1内部的管道二的第一管口连接。压力控制阀3用于控制供应氢气的流量和压力。

引射器本体4与所述阀座1连接，内部设有引射腔4-1，且所述引射器本体4设有与所述引射腔4-1连通的回氢引射口4-5。

引射喷嘴9安装在所述引射器本体4内部，且所述引射喷嘴9的进口与所述管道二的第二管口连接，所述引射喷嘴9的出口与所述引射腔4-1连通。

氢水分离器7与所述引射器本体4连接，且所述氢水分离器7的回氢出口与所述回氢引射口4-5对接。氢水分离器7能够将燃料电池堆阳极出口的高湿气体中的大部分液态水分离掉，避免阳极侧造成水淹。

控制器与所述氢进电磁阀2、压力控制阀3连接，用于控制所述氢进电磁阀2、压力控制阀3的开关。

燃料电池储氢系统内的氢气先通过氢进电磁阀2进入阀座1的管道一内，然后通过压力控制阀3进行加压操作，加压后的高压氢气通过管道二进入引射喷嘴9内，高压氢气再通过引射喷嘴9的加速、缓冲、扩压后进入引射腔4-1中并在引射腔4-1内形成一定的负压，氢水分离器7分离后的氢气在负压的作用下被回吸至引射腔4-1中，并与引射喷嘴9出来的高压氢气混合，混合后的氢气被送入燃料电池堆入口，燃料电池堆出口出来的氢气再返回至氢水分离器7进行氢水分离操作。

本申请的氢气供应循环装置将阀座1，氢进电磁阀2，压力控制阀3，引射器本体4，引射喷嘴9，氢水分离器7集成在了一起，避免了管路连接的漏气风险，降低了管道连接的管路压损，从而提升了燃料电池堆的整体工作性能。另外，本申请将引射器本体4与氢水分离器7配合连接使用，使得氢水分离器7分离后的氢气能够回吸至引射腔4-1内与压力控制阀3提供的高压力低流速的氢气混合，混合后的氢气具有一定的温、湿度，有利于提高燃料电池堆的工作性能及氢气的利用率。

所述引射器本体4内部还设有与所述引射腔4-1连通的输出管4-2，以及与所述输出管4-2连接的扩压管4-3。

所述氢气供应循环装置还包括机械泄压阀5，机械泄压阀5通过螺纹结构与所述引射器本体4连接，且所述机械泄压阀5的进口与所述扩压管4-3连通。当扩压管4-3内部的压力过高时，机械泄压阀5会自动将氢气从泄压阀排出以防止电堆收到高压氢气冲击，从而间接提高燃料电池堆的工作性能。

所述氢气供应循环装置还包括压力传感器6，压力传感器6通过螺纹结构与所述引射器本体4连接，所述压力传感器6与所述扩压管4-3连通，且所述压力传感器6与所述控制器连接。压力传感器6用于检测扩压管4-3内部的氢气压力值并将检测到的压力值发送给控制器，控制器再根据接收到的氢气压力值对压力控制阀3进行适应性调节，以间接提高燃料电池堆的工作性能。

所述引射器本体4在所述扩压管4-3的自由端设有与燃料电池堆入口连接的供氢口，所述供氢口配设有供氢口法兰4-4，供氢口法兰4-4使得本申请氢气供应循环装置与燃料电池堆入口的连接操作更为方便且连接效果更好。

所述氢气供应循环装置还包括排氢排水电磁阀8，排氢排水电磁阀8通过法兰结构与所述氢水分离器7连接，且所述排氢排水电磁阀8与所述控制器连接。排氢排水电磁阀8与氢水分离器7集成连接，避免了额外的管路连接，使得排氢排水电磁阀8能够更加有效地排出累积在阳极的杂质、N2和水。

所述排氢排水电磁阀8内部设有PTC加热模块，所述PTC加热模块与所述控制器连接。通过PTC加热模块能够进一步提高排氢排水电磁阀8的工作效果。

所述氢水分离器7为挡板式氢水分离器。挡板式的氢水分离器7可以满足分离液态水的效率大于90%，并保证较小的压力损失，能够提高引射效果，使得本申请氢气供应循环装置能够高性能运行。

所述氢水分离器7的侧壁设有与燃料电池堆出口连接的回氢入口，所述回氢入口配设有回氢入口法兰7-1，回氢入口法兰7-1使得本申请氢气供应循环装置与燃料电池堆出口的连接操作更为方便且连接效果更好。

所述回氢引射口4-5配设有回氢引射口法兰，通过回氢引射口法兰能够使氢水分离器7的回氢出口与所述回氢引射口4-5的连接效果更好。

上面所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：包括

阀座（1）；

氢进电磁阀（2），与所述阀座（1）连接，且所述氢进电磁阀（2）的出口与设置在所述阀座（1）内部的管道一的第一管口连接；

压力控制阀（3），与所述阀座（1）连接，且所述压力控制阀（3）的进口与所述管道一的第二管口连接，所述压力控制阀（3）的出口与设置在所述阀座（1）内部的管道二的第一管口连接；

引射器本体（4），与所述阀座（1）连接，内部设有引射腔（4-1），且所述引射器本体（4）设有与所述引射腔（4-1）连通的回氢引射口（4-5）；

引射喷嘴（9），安装在所述引射器本体（4）内部，且所述引射喷嘴（9）的进口与所述管道二的第二管口连接，所述引射喷嘴（9）的出口与所述引射腔（4-1）连通；

氢水分离器（7），与所述引射器本体（4）连接，且所述氢水分离器（7）的回氢出口与所述回氢引射口（4-5）对接；

控制器，与所述氢进电磁阀（2）、压力控制阀（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述引射器本体（4）内部还设有与所述引射腔（4-1）连通的输出管（4-2），以及与所述输出管（4-2）连接的扩压管（4-3）。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述氢气供应循环装置还包括

机械泄压阀（5），与所述引射器本体（4）连接，且所述机械泄压阀（5）的进口与所述扩压管（4-3）连通。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述氢气供应循环装置还包括

压力传感器（6），与所述引射器本体（4）连接，所述压力传感器（6）与所述扩压管（4-3）连通，且所述压力传感器（6）与所述控制器连接。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述引射器本体（4）在所述扩压管（4-3）的自由端设有与燃料电池堆入口连接的供氢口，所述供氢口配设有供氢口法兰（4-4）。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述氢气供应循环装置还包括

排氢排水电磁阀（8），与所述氢水分离器（7）连接，且所述排氢排水电磁阀（8）与所述控制器连接。

7.根据权利要求5所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述排氢排水电磁阀（8）内部设有PTC加热模块，所述PTC加热模块与所述控制器连接。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述氢水分离器（7）为挡板式氢水分离器。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述氢水分离器（7）的侧壁设有与燃料电池堆出口连接的回氢入口，所述回氢入口配设有回氢入口法兰（7-1）。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车动力系统的氢气供应循环装置，其特征在于：所述回氢引射口（4-5）配设有回氢引射口法兰。

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