CN220491924U - 氢气供应装置和燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种氢气供应装置，其用于燃料电池，所述氢气供应装置包括：喷射泵，其用于将氢气供应入所述燃料电池的电堆；循环泵，其用于将从所述电堆排出的气体循环入所述电堆；其中，所述氢气供应装置还包括主壳体，所述喷射泵和所述循环泵被安装于所述主壳体，且至少通过在所述主壳体的本体中形成的内部通道与所述电堆流体连通。本申请还公开了一种包括上述氢气供应装置的燃料电池。根据本申请，可简化安装、减小尺寸，并提高设备的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池领域，尤其涉及一种用于燃料电池的氢气供应装置和包括这种氢气供应装置的燃料电池。
背景技术
随着燃料电池技术的发展，使用燃料电池(例如，质子交换膜燃料电池PEMFC)作为电力供应装置日益被研究人员和市场所关注。通常，燃料电池包括电堆、氢气供应装置、氧气供应装置、电力输出装置等。在使用过程中，通过氢气供应装置向电堆供应氢气，并通过氧气供应装置向电堆供应氧气，在催化剂的作用下氢气和氧气在电堆内发生化学反应，释放出电子，从而可以向外输出电力(例如，驱动电机)。
氢气通常存储在高压储罐中，并经过氢气喷嘴、喷射泵、释压阀等供应至电堆。然而，供应到电堆的氢气并不能完全参与反应，多余的氢气则通过出气管排出，并经过水分离器、循环泵等再次输送回电堆，其中分离出的水可以经排水阀排出。经过一段时间运行之后，如果经出气管排出的气体中杂质含量过多，则需要经排气阀排出。在上述的各部件之间，需要采用许多管件和连接器来实现彼此连接。然而，由于存在这些分散的管件和连接器，一方面安装困难、占用较多空间、增加总重量和成本，另一方面增加了氢气泄露的风险，且在冷启动时难以快速地加热整个管路而可能导致在循环泵内出现冷凝水，从而导致设备故障。
因此，需要一种集成的氢气供应装置和燃料电池，以便能够简化安装、缩小尺寸、降低重量和成本，并避免氢气泄露、实现快速加热和提高可靠性。
实用新型内容
本申请的目的在于提供提出一种集成的氢气供应装置和燃料电池，以期望可以克服上述的至少一个技术问题。
为此，根据本申请的一方面，提供一种氢气供应装置，其用于燃料电池，所述氢气供应装置包括：喷射泵，其用于将氢气供应入所述燃料电池的电堆；循环泵，其用于将从所述电堆排出的气体循环入所述电堆；其中，所述氢气供应装置还包括主壳体，所述喷射泵和所述循环泵被安装于所述主壳体，且至少通过在所述主壳体的本体中形成的内部通道与所述电堆流体连通。
根据本申请的另一方面，提供一种燃料电池，包括：电堆；氧气供应装置，其用于将氧气供应至所述电堆；其中，所述燃料电池还包括上述的氢气供应装置。
本申请的集成的氢气供应装置和燃料电池可以简化安装、减小尺寸，并提高设备的安全性和可靠性。
附图说明
下面将参照附图对本申请的示例性实施例进行详细描述，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本申请，而不是对本申请范围的限制，在附图中：
图1示意性地示出了根据本申请的一实施例的燃料电池的结构框图，其中示出了本申请的氢气供应装置；
图2示意性地示出了图1所示的氢气供应装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合示例详细描述本申请的优选实施例。在本申请的实施例中，以质子交换膜燃料电池(PEMFC)及其氢气供应装置为例对本申请进行描述。但是，本领域技术人员应当理解，这些示例性实施例并不意味着对本申请形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，且为简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本申请的氢气供应装置和燃料电池不可包括其它部件。应当理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本申请的限制。
下面参照图1来描述本申请的用于燃料电池的氢气供应装置，图1示意性示出了根据本申请的一个实施例的燃料电池的结构框图。图1中所示的燃料电池例如可以是质子交换膜燃料电池，其包括电堆40，还包括氢气供应装置60、氧气供应装置70、冷却装置80和电力输出装置90。经氢气供应装置60供应至电堆40的阳极41处的氢气经过质子交换膜与经氧气供应装置70供应至电堆40的阴极42处的氧气反应，释放出电子而提供给电力输出装置90，同时产生热量由冷却装置80耗散。应指出的是，在图1中仅示出了氢气供应装置60的示例性构成和管路连接，而没有示出氧气供应装置70、冷却装置80和电力输出装置90的具体构成及连接。对于本领域技术人员来说，可以采用多种现有的氧气供应装置、冷却装置和电力输出装置，在本文中不再赘述。
如图1所示，本申请的用于燃料电池的氢气供应装置包括喷射泵22和循环泵25。喷射泵22用于将氢气供应入燃料电池的电堆40，例如供应入电堆40的进气口46。喷射泵30可以在燃料电池的电子控制单元ECU的控制下，调节供应至电堆40的氢气量。氢气来自于储罐10，储罐10通常是用于存储氢气的能够承受数十兆帕的高压容器。循环泵50用于将从电堆40排出的气体(主要是未参与反应的氢气，当然也包括杂质气体，例如氮气)循环入电堆40，例如，从电堆40的出气口47排出的气体经过循环泵25再次流入电堆40的进气口46。这样可以使在电堆40内没有参与反应的多余氢气得到再次利用，从而提高氢气的利用效率。
根据本申请的一实施例，氢气供应装置60还包括主壳体50，喷射泵22和循环泵25被安装于主壳体50，且至少通过在主壳体50的本体中形成的内部通道与电堆40流体连通。例如，图2示意性地示出了喷射泵22和循环泵25相对于主壳体50的布置结构及连接。如图2所示，喷射泵22和循环泵25被安装于主壳体50，且分别通过在主壳体50的本体中形成的内部通道33和34与电堆40流体连通。在图1和图2中，在主壳体50的本体中形成的内部通道由箭头来示出。应指出的是，在图1和2所示的实施例中，循环泵25和喷射泵22通过在主壳体50的本体中形成的内部通道38流体连通，即串联连接。这样，循环泵25将从电堆40排出的气体经过喷射泵25循环入电堆40。然而，循环泵25也可以通过在主壳体50的本体中形成的其它内部通道绕过喷射泵22与电堆40流体连通，这样不经过喷射泵22将从电堆40排出的气体循环入电堆40，即并联连接(未示出)。
参考图1和图2，根据本申请的一实施例，氢气供应装置60还包括用于控制氢气从储罐10排出的氢气喷嘴21和用于释放氢气压力的释压阀23，氢气喷嘴21和释压阀23被安装于主壳体50，且氢气喷嘴21与喷射泵22、喷射泵22与释压阀23至少通过在主壳体50的本体中形成的内部通道流体连通。例如，氢气喷嘴21和喷射泵22通过在主壳体50的本体中形成的内部通道31流体连通，喷射泵22和释压阀23通过在主壳体50的本体中形成的内部通道32流体连通，而释压阀23通过在主壳体50的本体中形成的内部通道33与电堆40流体连通。应指出的是，氢气喷嘴21可以与储罐10的出口11流体连通，也可以直接安装在储罐10上，且释压阀23是可选的。
继续参考图1和图2，根据本申请的一实施例，氢气供应装置60还包括用于分离从电堆40排出的气体中的水分的水分离器24、用于将所分离出的水排出的排水阀26和用于将经过分离的气体排出的排气阀27，其中水分离器24、排水阀26和排气阀27被安装于主壳体50，且水分离器24与排水阀26、排气阀27和循环泵25至少通过在主壳体50的本体中形成的内部通道流体连通。例如，水分离器24与电堆40通过在主壳体50的本体中形成的内部通道34流体连通，水分离器24与排水阀26通过在主壳体50的本体中形成的内部通道35流体连通，水分离器24与循环泵25通过在主壳体50的本体中形成的内部通道36流体连通，且水分离器24与排气阀27通过在主壳体50的本体中形成的内部通道37流体连通。水分离器24可以是二级水分离器，其中第一级是离心机，第二级是泡沫金属，两者可以直接安装于主壳体50。
这样，从电堆40的出气口47排出的气体进入内部通道34，然后进入水分离器24；分离出的水进入排水阀26，并经过与排水阀26连接的排水管28排出；经过水分离的气体经内部通道36进入循环泵25以及喷射泵23而进行循环，或者在所排出的气体中杂质含量过高时使气体进入排气阀27，并经过与排气阀27连接的排气管29而间歇地排放到大气中或进一步处理。在图1和图2所示的实施例中，排水管28和排气管29被构造成由在主壳体50的本体中形成的两个内部通道形成，当然，排水管28和排气管29也可以被构造成由在主壳体50的本体中形成的一个内部通道形成，即，两者共用一个内部通道。
根据本申请的一实施例，上述的氢气喷嘴21、喷射泵22、释压阀23、水分离器24、循环泵25、排水阀26和排气阀27可以作为独立的部件安装于主壳体50，且通过在主壳体50的本体中形成的内部通道来代替连接各部件之间的管件，这样可以使安装更简单，且可以减小占用的空间、降低重量和成本。
根据本申请的另一实施例，氢气喷嘴21、喷射泵22、释压阀23、水分离器24、循环泵25、排水阀26和排气阀27中的至少一个的壳体被构造成由主壳体50形成。也就是说，这些部件可以不再是独立的部件，而是集成到主壳体50上的一部分。例如，喷射泵22可以通过将喷射组件直接安装在主壳体50的本体中形成的内部空间中来构成，循环泵25可以通过将叶轮和驱动马达直接安装在主壳体50的本体中形成的内部空间中来构成。类似地，水分离器24、排水阀26和排气阀27也可以通过将相应的功能元件直接安装在主壳体50的本体中形成的内部空间中来构成。这样，主壳体50构成各部件的壳体，不仅不需要连接管件，而且不需要连接器，从而可以进一步简化安装过程，且可以避免氢气泄露，提高设备的安全性。
为了监控氢气供应装置60的运行，氢气供应装置60还包括至少一个传感器51，该传感器被安装于主壳体50，如图2所示。在图1中给出了传感器51的示例，例如，用于测量进气温度的进气温度传感器T1，用于测量出气温度的出气温度传感器T2，用于测量从喷射泵22排出的气体压力的压力传感器P3，用于测量从电堆40排出的气体压力的压力传感器P4，用于测量循环泵25的进气侧和出气侧的压力的压力传感器P5和P6。当然，根据控制的需要，可以设置更多的传感器。相应地，本申请的氢气供应装置60还包括控制模块(未示出)，该控制模块被配置成根据燃料电池的运行状态来控制各部件的运行。该控制模块可以是单独的控制模块，也可以是燃料电池的电子控制单元的一部分。
根据本申请的一实施例，氢气供应装置60还包括加热装置52，其用于加热主壳体50。通过加热主壳体50，可以直接加热在主壳体50的本体中形成的内部通道和各部件，从而可以快速地加热整个氢气供应装置60，避免冷启动时生成冷凝水。另外，为了进一步避免在循环泵25中积聚冷却水，在主壳体50的本体中形成使循环泵25与排水阀26和/或排气阀27连通的内部通道39，如图2中所示。这样，冷凝水可以直接排放到排水阀26和/或排气阀27，而不会积聚在循环泵25内。相应地，排水阀26可以被设置成在当燃料电池处于工作状态时排水阀26位于比循环泵25低的位置。
应指出的是，在包括上述实施例在内的本申请的实施方式中，氢气供应装置的各部件(例如，喷射泵、循环泵等)安装于主壳体50是指安装于主壳体50内或安装于主壳体50上。
根据本申请的上述实施例，通过将氢气供应装置的各部件及其管路集成在一个共同的主壳体中，可以简化安装、缩小尺寸、减轻重量，并且可以进一步提高设备的安全性和可能性。
以上结合具体实施例对本申请进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本申请的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本申请的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本申请的范围。
Claims (13)
1.一种氢气供应装置，其用于燃料电池，所述氢气供应装置包括：
喷射泵(22)，其用于将氢气供应入所述燃料电池的电堆(40)；
循环泵(25)，其用于将从所述电堆(40)排出的气体循环入所述电堆(40)；
其特征在于，所述氢气供应装置还包括主壳体(50)，所述喷射泵(22)和所述循环泵(25)被安装于所述主壳体(50)，且至少通过在所述主壳体(50)的本体中形成的内部通道与所述电堆(40)流体连通。
2.根据权利要求1所述的氢气供应装置，其特征在于，所述氢气供应装置还包括用于控制氢气从所述燃料电池的储罐(10)排出的氢气喷嘴(21)，所述氢气喷嘴(21)被安装于所述主壳体(50)，且所述氢气喷嘴(21)和所述喷射泵(22)至少通过在所述主壳体(50)的本体中形成的内部通道流体连通。
3.根据权利要求1所述的氢气供应装置，其特征在于，所述氢气供应装置还包括用于分离从所述电堆(40)排出的气体中的水分的水分离器(24)、用于将所分离出的水排出的排水阀(26)和用于将经过分离的所述气体排出的排气阀(27)，所述水分离器(24)、所述排水阀(26)和所述排气阀(27)被安装于所述主壳体(50)，且所述水分离器(24)与所述排水阀(26)、所述排气阀(27)和所述循环泵(25)至少通过在所述主壳体(50)的本体中形成的内部通道流体连通。
4.根据权利要求3所述的氢气供应装置，其特征在于，所述电堆(40)与所述水分离器(24)至少通过在所述主壳体(50)的本体中形成的内部通道流体连通。
5.根据权利要求3所述的氢气供应装置，其特征在于，所述排水阀(26)与排水管(28)连接，所述排气阀(27)与排气管(29)连接，所述排水管(28)和所述排气管(29)被构造成由在所述主壳体(50)的本体中形成的两个或一个内部通道形成。
6.根据权利要求3所述的氢气供应装置，其特征在于，所述氢气喷嘴(21)、所述喷射泵(22)、所述水分离器(24)、所述循环泵(25)、所述排水阀(26)和所述排气阀(27)中的至少一个的壳体被构造成由所述主壳体(50)形成。
7.根据权利要求1所述的氢气供应装置，其特征在于，所述氢气供应装置还包括用于释放氢气压力的释压阀(23)，所述释压阀(23)被安装在于所述主壳体(50)，且所述喷射泵(22)与所述释压阀(23)至少通过在所述主壳体(50)的本体中形成的内部通道流体连通，所述电堆(40)与所述释压阀(23)至少通过在所述主壳体(50)的本体中形成的内部通道流体连通。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的氢气供应装置，其特征在于，所述氢气供应装置还包括至少一个传感器(51)，所述传感器(51)被安装于所述主壳体(50)。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的氢气供应装置，其特征在于，所述氢气供应装置还包括加热装置(52)，所述加热装置(52)用于加热所述主壳体(50)。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的氢气供应装置，其特征在于，所述循环泵(25)被构造成经过所述喷射泵(22)或者不经过所述喷射泵(22)将从所述电堆(40)排出的气体循环入所述电堆(40)。
11.根据权利要求3所述的氢气供应装置，其特征在于，在所述主壳体(50)的本体中还形成使所述循环泵(25)与所述排水阀(26)和/或所述排气阀(27)连通的内部通道。
12.根据权利要求1所述的氢气供应装置，其特征在于，所述氢气供应装置还包括控制模块，所述控制模块被配置成根据所述燃料电池的运行状态来控制所述氢气供应装置的各部件的运行。
13.一种燃料电池，包括：
电堆(40)；
氧气供应装置(70)，其用于将氧气供应至所述电堆(40)；
其特征在于，所述燃料电池还包括根据权利要求1至12中的任一项所述的氢气供应装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |