CN215896460U - 一种氢气供给系统及氢燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氢气供给系统及氢燃料电池，包括三通管和控制器，三通管具有第一开口、第二开口和第三开口；第一开口与储氢瓶通过供给管路连通，供给管路中具有减压阀，第二开口用于连通电池堆的氢气入口；电池堆的氢气出口与汽水分离器入口通过排出管路连通；第三开口与汽水分离器的氢气出口通过循环管路连通，循环管路中安装有引射器和单向稳压阀，单向稳压阀位于引射器与第三开口之间；电池堆的氢气入口与氢气出口处分别设有气体压力传感器；控制器能够根据气体压力传感器来实现单向稳压阀和减压阀的调节。

Description

一种氢气供给系统及氢燃料电池

技术领域

本实用新型属于新能源燃料电池技术领域，具体涉及一种氢气供给系统及氢燃料电池。

背景技术

这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

氢燃料电池通过氢气与氧气的化学反应，将化学能转为电能，氢燃料电池具有无污染的特点。

发明人了解到，对于氢燃料电池，尤其是质子交换膜燃料电池来说，氢气的输入压力与流量影响燃料电池的工作效率，同时压力过大时还会影响燃料电池阳极的使用寿命。

在一些技术方案中，利用循环管路及引射器将电池堆排出的未反应氢气重新导入电池堆入口，但是当燃料电池低功率时，引射器供氢压力不稳定，从而影响燃料电池流量波动，造成输出功率不稳定的问题。

同时因为氢气相对分子质量小，易泄露的特点，使得燃料电池的安全性成为人们首先关心的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种氢气供给系统及氢燃料电池，能够至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本实用新型的一个或多个实施例提供一种氢气供给系统，包括三通管和控制器，三通管具有第一开口、第二开口和第三开口；第一开口与储氢瓶通过供给管路连通，供给管路中具有减压阀，第二开口用于连通电池堆的氢气入口；电池堆的氢气出口与汽水分离器入口通过排出管路连通；第三开口与汽水分离器的氢气出口通过循环管路连通，循环管路中安装有引射器和单向稳压阀，单向稳压阀位于引射器与第三开口之间；电池堆的氢气入口与氢气出口处分别设有气体压力传感器；控制器能够根据气体压力传感器来实现单向稳压阀和减压阀的调节。

作为进一步的改进，所述储氢瓶与电磁阀之间的供给管路上依次设有第一减压阀、第二减压阀和氢气过滤器。

作为进一步的改进，所述供给管路在第一减压阀与第二减压阀之间的部分通过排氢管路与安全阀连通。

作为进一步的改进，所述储氢瓶与第一减压阀之间、第一减压阀与第二减压阀之间、氢气过滤器背离第二减压阀一侧分别设有气体压力传感器。

作为进一步的改进，所述第一开口处的供给管路与卸荷管路连通，卸荷管路中安装有卸荷阀。

作为进一步的改进，还包括氢气传感器，氢气传感器与控制器信号连通。

本公开的一个或多个实施例还提供一种氢燃料电池，包括电池堆和上述的氢气供给系统。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

本实用新型中利用三通管来连通供给管路、循环管路和电池堆，利用引射器使得电池堆排出的未反应氢气被循环利用；通过气体压力传感器能够时刻监控电池堆处氢气进口的气体压力；当引射器供氢压力不稳定时，减压阀及单向稳压阀能够在各自的稳压范围内，配合作用能够提高氢气供给系统的响应速度，使得电池堆的氢气入口处一直保持合适的进氢压力，进而使燃料电池处于适宜的工作压力中，同时比例阀的使用便于提供适宜流量的氢气，提高了燃料电池的输出效率；通过有效的氢气压力与流量控制延长燃料电池使用寿命；

采用氢气传感器对氢气管路实时监测泄漏量，提高燃料电池安全性。

采用第一减压阀和第二减压阀的配合减压，相对于只采用一个减压阀的方式来说，每一级的压差减少，使得供给管路的减压过程更平稳，有利于保持供给管路供给氢气的压力处于合适范围。

在供给管路中设置多个气体压力传感器，便于检测氢气过滤器处及每一级减压阀处的压差变化，当该位置压差处于异常时，及时检修。

安全阀所在的管路连通在供给管路中，并且该管路处于第一减压阀背离储氢瓶的一侧，当高压氢气瓶中氢气置换或者放气时便于控制安全阀开启放气。并且放气前经过了第一减压阀减压，避免直接高压排放产生的不良后果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本实用新型实施例中整体结构的连接示意图；

图2是本实用新型实施例中电路连接关系示意图；

图3是本实用新型实施例中三通管及供给管路、循环管路的部分结构示意图；

图4是本实用新型实施例中三通管及卸荷阀等部分结构示意图。

图中，1、储氢瓶；2、第一气体压力传感器；3、第一管路；4、第一减压阀；5、第二管路；6、第二减压阀；7、第二气体压力传感器；9、手动截止阀；10、第四管路；11、氢气过滤器；12、第三气体压力传感器；13、第五管路；14、电磁阀；15、第六管路；16、比例阀；17、第七管路；18、卸荷阀；19、第四气体压力传感器；20、燃料电池堆；21、单向稳压阀；22、第八管路；23、引射器；24、第九管路；25、第五气体压力传感器；26、第十管路；27、汽水分离器；28、第十一管路；29、常闭阀；30、第十二管路；31、单向截止阀；32、第十三管路；33、安全阀；34、第十四管路；35、氢气传感器；36、连接线路；37、控制器；38、三通管；38A、第一开口；38B、第二开口；38C、第三开口；39、供给管路；40、循环管路。

具体实施方式

实施例1

如图1-图4所示，提供一种氢气供给系统，包括三通管38和控制器37，三通管38具有第一开口38A、第二开口38B和第三开口38C；第一开口38A与储氢瓶1通过供给管路39连通，供给管路39中具有减压阀，第二开口38B用于连通电池堆20的氢气入口；电池堆20的氢气出口与汽水分离器27入口通过排出管路连通；第三开口38C与汽水分离器27的氢气出口通过循环管路40连通，循环管路40中安装有引射器23和单向稳压阀21，单向稳压阀21位于引射器23与第三开口38C之间；电池堆20的氢气入口与氢气出口处分别设有气体压力传感器；控制器37能够根据气体压力传感器来实现单向稳压阀21和减压阀的调节。

本实施例中的储氢瓶1用于储存高压氢气，瓶内氢气的压力数值由本领域技术人员自行设置。

为了实现从电池堆20氢气出口排出的氢气循环利用，本实施例中设置了三通管38来混合循环从储氢瓶1及电池堆20氢气出口排出的两路氢气经三通管38混合后从第二开口38B输入电池堆20，此处的第一开口38A与第三开口38C为三通管38的入口。

所述储氢瓶1与电磁阀14之间的供给管路39上依次设有第一减压阀4、第二减压阀6和氢气过滤器11。此处的第一减压与第二减压阀6即为上述的供给管路39中的减压阀。

具体的，供给管路39包括依次设置的储氢瓶1、第一减压阀4、第二减压阀6、手动截止阀、氢气过滤器11、电磁阀14和比例阀16；储气瓶与第一减压阀4通过第一管路3连通，第一减压阀4与第二减压阀6通过第二管路5连通，第二减压阀6与手动截止阀通过第三管路8连通，手动截止阀与氢气过滤器11通过第四管路10连通，氢气过滤器11与电磁阀14通过第五管路13连通，电磁阀14与比例阀16通过第六管路15连通，比例阀16与三通管38的第一开口38A通过第七管路17连通。

当储氢瓶1中需要置换氢气时，残余的氢气需要排出，所述供给管路39在第一减压阀4与第二减压阀6之间的部分连通过管路与安全阀33连通。具体的，第一减压阀4与第二减压阀6之间第二管路5的侧壁与第十四管路34的一端连通，以形成三通结构，第十四管路34中安装有所述安全阀33，以控制第十四管路34的通断。

为了监控供气管路中各元器件的工作状态，在所述储氢瓶1与第一减压阀4之间设置第一气体压力传感器、第一减压阀4与第二减压阀6之间设置第二气体压力传感器、氢气过滤器11背离第二减压阀6一侧设置第三气体压力传感器。

为了实现区分，在电池堆20氢气进口处的气体压力传感器为第四气体压力传感器，在电池堆20氢气出口处的气体压力传感器为第五气体压力传感器。

当电池堆20关机进而供给管路39需要停止供气时，部分氢气会停留在供给管路39中，此时将第一开口38A处的供给管路39与卸荷管路连通，形成三通结构，在卸荷管路中安装有卸荷阀18，开启卸荷阀18便于实现供给管路39中剩余氢气的排氢工作。此处卸荷管路与供给管路可以采用三通管结构进行连接。

本实施例中，电池堆20的氢气进口对于输入的氢气不仅有压力的要求，还需要流量满足设置值或者设定范围。因此，所述供给管路39在氢气过滤器11与第一开口38A之间的部分设有比例阀16。比例阀16可以为电动调节，也可以为手动调节的类型。

为了便于通过控制器37自动控制供给管路39的通断，本实施例中在比例阀16与氢气过滤器11之间设置电磁阀14，电磁阀14能够通过控制器37控制，以切断或者打开供给管路39，此处的电磁阀14与上述的手动截止阀为串联工作，只要有一个关闭，供给管路39就断开；两个同时打开，供给管路39才处于通路状态。

从电池堆20氢气出口处排出的为汽水混合物中，汽水分离器能够分离其中的液态水及气态的氢气，将未反应的氢气重新输入电池堆20中。汽水分离器具有三个开口，其中进口用于接收汽水混合物，上端的氢气出口用于排出氢气，侧部为排气口，用于电堆停机时将管路中留存氢气排出，避免管路中氢气泄露；为保证燃料电池系统供氢管路中氢气纯度，在燃料电池工作前需用氮气对管路进行冲刷，侧部的排气在氮气冲刷管路时用于氮气的排出，底部的出水用于排出水汽。汽水分离器可以采用市场售卖的产品，不再赘述。

在采用汽水分离器的情况下，当氢气管路中出现渗漏，造成部分氢气泄露到环境中，为了避免氢气泄露造成的损害，所述管路连通的排气口处连通排气管路，排气管路中沿远离汽水分离器27的方向依次安装有常闭阀29和单向截止阀31。当检测到氢气泄露时，常闭阀29开启，将管路中气体排出车外，避免发生氢气在车仓内聚集。单向截止阀31实现外部空气与供氢系统的阻断，保证管路中氢气纯度。

作为了监测氢气供给系统中各位置的氢气泄露，本实施例还包括氢气传感器35，氢气传感器35与控制器37信号连通。

具体的，电池堆20的氢气出口通过第九管路24连通汽水分离器，汽水分离器通过第十管路26与引射器23连通，引射器23通过第八管路22与单向稳压阀21连通，汽水分离器通过第十一管路28与常闭阀29连通，常闭阀29通过第十二管路30与单向截止阀31连通，汽水分离器下端开口连接排水管路，排水管路通过第十三管路32与单向截止阀31连通。

在本实施例的电路结构中，如图2所示，控制器37通过连接导线36与第一气体压力传感器2、第二气体压力传感器7、第三气体压力传感器12、第四气体压力传感器19、第五气体压力传感器25、电磁阀14、比例阀16、卸荷阀18、引射器23、氢气传感器35、常闭阀29和安全阀33连接，并实现信号连通。

工作原理：当使用本装置时，高压的氢气从储氢瓶1中排出，经过第一减压阀4、第二减压阀6两级减压后，进入氢气过滤器11来过滤水汽，然后从三通管38的一个入口汇入；电池堆20氢气出口的一侧将未反应的氢气及水的混合物排入汽水分离器27，汽水分离器27将氢气分离后，经过引射器23及稳压器的处理，从三通管38的另一个入口汇入。三通管38汇入两股氢气后，从自身的出口将混合后的氢气输入电池堆20进行反应。

输入电池堆20的氢气压力由供给管路39及循环管路40中两股氢气的压力共同决定，利用单向稳压阀21及减压阀的配合使用，能够有效保证压力的平稳性。

在需要调节电池堆20进氢流量时，调节供给管路39中的比例阀16即可。

在本实施例中利用控制器37实现电磁阀14、比例阀16、卸荷阀18、引射器23、氢气传感器35、常闭阀29和安全阀33的电动控制。

在正常开关电池堆20时，控制电磁阀14、比例阀16、引射器23、卸荷器18及常闭阀29的动作，在氢气泄露时及管路气体冲刷置换时控制常闭阀29及电磁阀14的动作，在需要置换储氢瓶1中氢气时，控制安全阀33的动作。

实施例2

一种氢燃料电池，包括实施例1中所述的氢气供给系统。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种氢气供给系统，其特征在于，包括：

三通管，具有第一开口、第二开口和第三开口；

具有减压阀的供给管路，用于连通第一开口与储氢瓶，第二开口用于连通电池堆的氢气入口；

排出管路，用于连通电池堆的氢气出口与汽水分离器入口；

循环管路，用于连通第三开口与汽水分离器的氢气出口，循环管路中安装有引射器和单向稳压阀，单向稳压阀位于引射器与第三开口之间；电池堆的氢气入口与氢气出口处分别设有气体压力传感器；

控制器，用于根据气体压力传感器来实现单向稳压阀和减压阀的调节。

2.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于，所述储氢瓶与电磁阀之间的供给管路上依次设有第一减压阀、第二减压阀和氢气过滤器。

3.根据权利要求2所述的氢气供给系统，其特征在于，所述供给管路在第一减压阀与第二减压阀之间的部分通过排氢管路与安全阀连通。

4.根据权利要求2所述的氢气供给系统，其特征在于，所述储氢瓶与第一减压阀之间、第一减压阀与第二减压阀之间、氢气过滤器背离第二减压阀一侧分别设有气体压力传感器。

5.根据权利要求2所述的氢气供给系统，其特征在于，所述第二减压阀与氢气过滤器之间设有手动截止阀。

6.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于，所述第一开口处的供给管路与卸荷管路连通，卸荷管路中安装有卸荷阀。

7.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于，所述供给管路在氢气过滤器与第一开口之间的部分设有电磁阀及比例阀。

8.根据权利要求7所述的氢气供给系统，其特征在于，所述汽水分离器的出水口处连通排水管路，汽水分离器的侧部设有排气口连通排气管路，排气管路沿远离汽水分离器的方向依次安装有常闭阀和单向截止阀，用于气体排出。

9.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于，还包括氢气传感器，氢气传感器与控制器信号连通。

10.一种氢燃料电池，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的氢气供给系统。

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