CN220627869U - 一种燃料电池供氢模块及新能源电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池供氢模块及新能源电池系统，包括：进气管路、出气管路及通气支管路，其中所述进气管路的一端设置有氢气入口，所述出气管路的一端设置有氢气出口，所述进气管路和所述出气管路之间设置有通气支管路，所述通气支管路上沿氢气的流动方向依次串联有压力比例阀和引射器，所述压力比例阀和所述引射器之间设置有加热器，该燃料电池供氢模块解决了现有技术中氢气气压过大对加热模块耐压要求较高或经过加热处理的氢气流阻较大的问题，强化了燃料电池供氢模块的安全可靠性，延长了燃料电池供氢模块的使用寿命。

Description

一种燃料电池供氢模块及新能源电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，进一步地涉及一种燃料电池供氢模块及新能源电池系统。

背景技术

燃料电池是当前的新能源开发方向，它是将化学能转化为电能的发电装置，其氢气燃料来源充足且廉价、能量密度高、发电效率高、性能稳定、同时无安全隐患且环境污染小，因此被人们日益重视并被广泛应用到民用和军方产品。燃料电池作为高空无人机供电系统的辅助电源可以为其提供长时间用电需求，减轻供电系统重量。

燃料电池对工作环境要求严格，一般来说燃料电池系统对于进入电堆的阳极气体的温度要求是在-20℃至80℃之间，而在北方冬天的环境温度通常会出现低于-20℃的情况，该低温环境下的燃料电池无法稳定高效运行，甚至不能工作，同时导致燃料电池工作效率和寿命严重下降，故现有技术中的燃料电池加设加热模块对进入电堆的阳极气体进行加热，但加热模块与供氢模块通常相对独立，存有氢气气压过大对加热模块耐压要求较高或经过加热处理的氢气流阻较大的问题。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池供氢模块及新能源电池系统，其通过在燃料电池供氢模块中的通气支管路上沿氢气的流动方向依次串联的压力比例阀和引射器之间设置加热器，使气体在进入燃料电池反应堆之前得到预加热处理，同时降低了气体压力，以降低对加热器的耐压要求和引射器的影响，提高了供氢模块的安全可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种燃料电池供氢模块，包括：

进气管路，一端设置有氢气入口；

出气管路，一端设置有氢气出口，所述进气管路和所述出气管路之间设置有通气支管路；

所述通气支管路上沿氢气的流动方向依次串联有压力比例阀和引射器，所述压力比例阀和所述引射器之间设置有加热器。

所述加热器设置于所述压力比例阀和所述引射器之间，使所述加热器的耐压需求较低，从而提高了所述加热器的安全可靠性，同时所有零件集成为一体使产品的生产、质量控制得到提升。

在一些实施方式中，所述通气支管路的数量为两个，两个所述通气支管路并联设置在所述进气管路和所述出气管路之间。

所述通气支管路并联的设定进一步强化了管路压力的可调节性，提高了供氢模块的安全可靠性。

在一些实施方式中，所述进气管路上设置有截止阀，用于控制氢气的流通。

在一些实施方式中，所述截止阀和所述通气支管路之间设置有进气压力感应器；

所述引射器和所述氢气出口之间设置有出气压力感应器；

所述压力比例阀和所述加热器之间设置有支路压力感应器。

多种压力感应器的设定提高了控制器对各管路的气体压力的掌控，提高了安全可靠性。

在一些实施方式中，还包括氢气腔体，设置于所述支路压力感应器和所述引射器之间的所述通气支管路上；

所述加热器包括冷却液腔体，所述冷却液腔体包裹所述氢气腔体。

冷却液腔体和氢气腔体的设定通过增加氢气的换热接触面积强化了氢气的加热效率。

在一些实施方式中，所述冷却液腔体的数目为两个，两个所述冷却液腔体串联并分别连接换热输出管和换热输入管；

所述换热输出管和所述换热输入管之间通过水箱和水泵进行冷却液循环。

在一些实施方式中，所述氢气入口与所述截止阀之间还设有用于过滤进入模块的氢气中的杂质的过滤器。

在一些实施方式中，控制器，所述控制器用于在所述进气压力感应器测得的气压值小于第一预设阈值或大于第三预设阈值时，发出警报信号，并控制所述截止阀关闭；

所述控制器还用于在所述支路压力感应器测得的气压值大于第二预设阈值时，通过所述压力比例阀以控制所述氢气出口的气压，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，所述第二预设阈值小于所述第三预设阈值。

在一些实施方式中，根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一种新能源电池系统，包括上述任一实施方式中所述的燃料电池供氢模块，还包括：

储氢罐，所述储氢罐与所述氢气入口连接；

燃料电池反应堆，与所述氢气出口连接。

与现有技术相比，本实用新型所提供的燃料电池供氢模块具有以下有益效果：

1、本实用新型所提供的燃料电池供氢模块，通过在燃料电池供氢模块中的通气支管路上沿氢气的流动方向依次串联的压力比例阀和引射器之间设置加热器，使气体在进入燃料电池反应堆之前得到预加热处理，降低了气体压力，以降低对加热模块的耐压要求和引射功能的影响，使进入燃料电池反应堆的氢气足够高温和流量足够大，同时提高了供氢模块的可靠性和延长了使用寿命；

2、本实用新型所提供的燃料电池供氢模块，所有阀件、传感器、加热器、引射器、内部流道全部集成于一体，对于整体产品的系统集成、生产、质量控制均有提升效果。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本实用新型的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例的燃料电池供氢模块的结构示意图；

图2是本实用新型的优选实施例的新能源电池系统的结构示意图。

附图标号说明：

过滤器10，截止阀20，进气压力感应器30，压力比例阀40，支路压力感应器50，加热器60，引射器70，出气压力感应器80，水箱90，水泵100。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在一个实施例中，参考说明书附图1，本实用新型所提供的一种燃料电池供氢模块，包括：进气管路、出气管路及通气支管路，其中进气管路的一端设置有氢气入口，出气管路的一端设置有氢气出口，进气管路的另一端和出气管路的另一端均连接通气支管路，通气支管路上沿氢气的流动方向依次串联有压力比例阀40和引射器70，压力比例阀40和引射器70之间设置有加热器60。

具体地，压力比例阀40用于控制管路里的气体气压，以确保供氢模块的可靠性和安全性，引射器70用于将管路内的氢气汇合形成更大的氢气流量，加热器60设置于压力比例阀40和引射器70之间，使加热器60的耐压需求较低，从而提高了加热器60的安全可靠性，另外使加热器60处理后的流阻较大的氢气可以经过引射器70的处理，确保了从氢气出口出来的氢气足够高温和流量足够大。

需要指出的是，加热器60可以为管壳式换热器、板式换热器或套管式换热器中的任一种，具体的根据实际需求而确定，在此不做限定。

在一个实施例中，参考说明书附图1，在上述实施例的基础上，通气支管路的数量为两个，两个通气支管路并联设置在进气管路和出气管路之间。

具体地，两个通气支管路通过分流器并联设置在进气管路和出气管路之间，通气支管路的数目也可以是3个，具体数目根据实际需求而定，多条通气支管路并联的设定可以配合压力比例阀40使用，强化气体的气压调节的效果，以提高供氢模块的可靠性。

在一个实施例中，参考说明书附图1，在上述实施例的基础上，进气管路上设置有截止阀20，用于控制氢气的流通。

具体地，截止阀20为供氢模块的安全可靠性提供了保障。

在一个实施例中，参考说明书附图1，在上述实施例的基础上，截止阀20和通气支管路之间设置有进气压力感应器30，引射器70和氢气出口之间设置有出气压力感应器80，压力比例阀和加热器60之间设置有支路压力感应器50。

具体地，进气压力感应器30、出气压力感应器80、支路压力感应器50分别用于检测位于进气管路、出气管路、通气支管路氢气的压力，以反馈给系统控制器分析，再控制各通气支管路上的压力比例阀40的开度进行调整，已达到出口压力实时调节的目的。

在一个实施例中，在上述实施例的基础上，燃料电池供氢模块还包括氢气腔体，设置于支路压力感应器50和引射器70之间的通气支管路上，加热器60包括冷却液腔体，冷却液腔体包裹氢气腔体。

具体地，氢气腔体用于使氢气暂时停留在加热器60区域的时间延长，冷却液腔体用于增加与氢气腔体的接触面积，以提高氢气换热效率，以提高的加热效果。

在一个实施例中，参考说明书附图1，在上述实施例的基础上，冷却液腔体的数目为两个，两个冷却液腔体串联并分别连接换热输出管和换热输入管，换热输出管和换热输入管之间通过水箱90和水泵100进行冷却液循环。

具体地，水箱90用于带走燃料电池反应堆产生的余热，以加热水箱90内的冷却液，经过加热处理的冷却液经过换热输入管流入冷却液腔体和加热器60，再通过加热器60的作用对氢气腔体内的氢气进行加热，然后冷却液从换热输出管流出，回到水箱90，开始下个循环，从而达到余热再利用和节约能源的效果，提高新能源电池系统的能源利用率。

需要指出的是，冷却液可以是去离子水，也可以是50％乙二醇溶液，还可以是其他可以起到相同效果的液体介质，在此不做限定。

在一个实施例中，参考说明书附图1，在上述实施例的基础上，氢气入口与截止阀20之间还设有用于过滤进入模块的氢气中的杂质的过滤器10。

需要指出的是，过滤器10的精度可以为5-10um，通过过滤进入供氢模块的氢气中的杂质来提高供氢模块中各种阀件等零件的密封可靠性。

在一个实施例中，燃料电池供氢模块还包括控制器，控制器用于在进气压力感应器测得的气压值小于第一预设阈值或大于第三预设阈值时，发出警报信号，并控制截止阀20关闭，控制器还用于在支路压力感应器测得的气压值大于第二预设阈值时，通过压力比例阀以控制氢气出口的气压，第一预设阈值小于第二预设阈值，第二预设阈值小于第三预设阈值。

在一个实施例中，本实用新型进一步提供一种新能源电池系统，包括上述实施例中的燃料电池供氢模块，还包括：储氢罐，储氢罐与氢气入口连接，燃料电池反应堆，与氢气出口连接。

具体地，储氢罐用于提供氢气，燃料电池反应堆用于燃烧氢气以产生能量，具有上述实施例中的供氢模块的新能源电池系统在实现氢气加热功能的前提下，也具有更好的安全可靠性和更长的使用寿命，另外燃料电池供氢模块内的零件集成一体的设定使产品的系统集成、生产、质量控制更好。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池供氢模块，其特征在于，包括：

进气管路，一端设置有氢气入口；

出气管路，一端设置有氢气出口，所述进气管路和所述出气管路之间设置有通气支管路；

所述通气支管路上沿氢气的流动方向依次串联有压力比例阀和引射器，所述压力比例阀和所述引射器之间设置有加热器。

2.根据权利要求1所述的燃料电池供氢模块，其特征在于，

所述通气支管路的数量为两个，两个所述通气支管路并联设置在所述进气管路和所述出气管路之间。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池供氢模块，其特征在于，

所述进气管路上设置有截止阀，用于控制氢气的流通。

4.根据权利要求3所述的燃料电池供氢模块，其特征在于，

所述截止阀和所述通气支管路之间设置有进气压力感应器；

所述引射器和所述氢气出口之间设置有出气压力感应器；

所述压力比例阀和所述加热器之间设置有支路压力感应器。

5.根据权利要求4所述的燃料电池供氢模块，其特征在于，

还包括氢气腔体，设置于所述支路压力感应器和所述引射器之间的所述通气支管路上；

所述加热器包括冷却液腔体，所述冷却液腔体包裹所述氢气腔体。

6.根据权利要求5所述的燃料电池供氢模块，其特征在于，

所述冷却液腔体的数目为两个，两个所述冷却液腔体串联并分别连接换热输出管和换热输入管；

所述换热输出管和所述换热输入管之间通过水箱和水泵进行冷却液循环。

7.根据权利要求4-6任一所述的燃料电池供氢模块，其特征在于，

所述氢气入口与所述截止阀之间还设有用于过滤进入模块的氢气中的杂质的过滤器。

8.根据权利要求7所述的燃料电池供氢模块，其特征在于，还包括：

控制器，所述控制器用于在所述进气压力感应器测得的气压值小于第一预设阈值或大于第三预设阈值时，发出警报信号，并控制所述截止阀关闭；

所述控制器还用于在所述支路压力感应器测得的气压值大于第二预设阈值时，通过所述压力比例阀以控制所述氢气出口的气压，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，所述第二预设阈值小于所述第三预设阈值。

9.一种新能源电池系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的燃料电池供氢模块，还包括：

储氢罐，所述储氢罐与所述氢气入口连接；

燃料电池反应堆，与所述氢气出口连接。