用于清除燃料电池中残余氢的装置、燃料电池系统及车辆制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于清除燃料电池中的残余氢的装置、燃料电池系统及车辆。用于清除燃料电池中的残余氢的装置吸入燃料电池系统中的残余氢气并且容易地清除所吸入的氢气以防止在燃料电池车辆的维修期间可能由于所述燃料电池系统中的残余氢而发生的火灾、爆炸等。具体来说，所述装置可以被制造为喷嘴、文丘里管和扩散器被依次组合而成、喷嘴和文丘里管被组合而成等的简单喷射器结构以将经压缩空气用作驱动流或初级流且将燃料电池系统内部的气体用作吸入流或次级流，由此容易地清除残余氢。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于清除燃料电池中的残余氢的装置、燃料电池系统及车辆。用于清除燃料电池中的残余氢的装置可以吸入燃料电池系统中的残余氢气体并且容易地清除所吸入的氢气以防止在燃料电池车辆的维修期间可能由于燃料电池系统中的残余氢而发生的火灾、爆炸等。
技术介绍
装配在燃料电池车辆中的燃料电池系统包含:氢气供应系统，所述氢气供应系统将氢气作为燃料供应到燃料电池堆；空气供应系统，所述空气供应系统将空气中的氧气作为电化学反应所需的氧化剂供应到燃料电池堆。在多个单元电池堆叠且连结以通过氢气和氧气的电化学反应发电的燃料电池堆(下文还被称作“堆”)中，设有热量和水管理系统以控制堆的工作温度并且清除燃料电池堆的电化学反应热量等。燃料电池系统使用氢气和空气或包含在空气中的氧气作为化学反应资源执行发电的操作。在用于清除电池堆的阳极内部的杂质的净化(purg)期间由于氢气的扩散或在燃料电池系统的工作过程中通过电池堆的膜电极组件，气态氢可以保持在燃料电池系统的内部。在一般工作过程期间氢气可以被排放到外部同时被稀释，但是高浓度的氢气可能局部存在于燃料电池系统内部。例如，在燃料电池系统的工作停止之后，除了电池堆的阳极之外氢气还保持在氢气净化管、如图8中的粗实线示出的稀释器等中。此外，电池堆的阳极内部的氢气可能由于氢气净化过程或如图8中的点线(dotted line)示出的氢气扩散现象而移动到阴极，使得氢气还可能存在于图8中的细实线示出的电池堆的阴极、空气吸入管等中。燃料电池系统内部剩余的氢气在燃料电池系统的正常工作和停止条件下不会引起任何问题，但是当在维护或维修服务期间在系统的拆卸过程期间发生静电、火焰时可能引起火灾。具体来说，当在残余氢存在于燃料电池系统内部的状态下执行燃料电池车辆的维护工作时，氢气可能由于由在维护工作期间可能频繁发生的静电等引起的火花、火焰等而燃烧和爆炸，这样可能对车辆造成损坏以及对机修工造成伤害。因此，就安全性而言可以在清除燃料电池系统内部的残余氢之后执行维护工作。通常，可以在空气中的氢气浓度介于约4%和75%的范围内产生氢气的燃烧。当通过在将空气吸入到电池堆中的同时将电池堆内部的残余氢气排放到外部而使燃料电池系统内部的氢气浓度降低至小于约4%时，在燃料电池系统的维护过程中可以防止火灾或爆炸。本文中，现有技术的用于清除燃料电池系统中的残余氢的各种方法描述如下。可以使用这样的气体扩散方法:即等待直至燃料电池系统内部的氢气扩散到外部而使氢气浓度减小至等于或小于燃烧条件(4%至75%)为止，但是本方法根据条件可能需要大量的时间并且因此在维护期间可能不合适。或者，可以使用通过将空气注入到燃料电池系统和电池堆中而执行氢气净化的方法。然而，该方法可能由于将包含在高压空气中的油例如，空气压缩机的润滑剂等引入到电池堆中而引起电池堆性能的劣化，并因此可能由于将昂贵的空气过滤器安装在汽车服务中心或燃料电池系统服务中心、周期性地更换该空气过滤器等而需要昂贵的设施。另外，已经使用通过从外部将空气或氮气以及惰性气体注入到燃料电池系统和电池堆中而执行氢气净化的方法。然而，此方法要另外(单独)配备昂贵的气体设施，例如，储气瓶和调节器(regulator)并且可能需要用户致力于另外获取用于执行处理的气体处理权限、气体使用认证等，因此，当周期性地出现储气瓶的更换成本并且气体不充分时，无法执行维护。此外，残余氢可以通过使用真空栗吸入燃料电池系统和电池堆内部的气体的方法来清除，但是可能需要昂贵的真空栗，因此可能增加成本。特别是，使用电力来驱动真空栗，并且在吸入包含残余氢的气体的过程期间可能会引起火灾或爆炸。另外，包含防爆功能的真空栗可能成本高，因此在服务中心中无法容易地利用和设置真空栗。本
技术介绍
部分中所公开的以上信息仅用于增强对专利技术背景的理解，并因此其可能含有不构成本国中本领域的普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术可以提供针对现有技术中上述技术难点的技术解决方案。相应地，提供一种用于清除燃料电池中的残余氢的装置。所述装置可以被制造为喷嘴、文丘里管(venturi)和扩散器(diffuser)被依次组合而成、喷嘴和文丘里管被组合而成等的简单喷射器(ejector)结构以将经压缩空气用作驱动流或初级流且将燃料电池系统内部的气体用作吸入流或次级流，由此容易地清除残余氢。在一个方面，用于清除燃料电池中的残余氢的装置可以包含:驱动管，所述驱动管配置成减小从驱动流供应源供应的驱动流的压力同时增加所述驱动流的速度；以及吸入管，所述吸入管配置成一体地连接到所述驱动管的入口，从而在所述驱动流的速度增加并且所述驱动流的压力减小时，将包含燃料电池系统中的残余氢的吸入流引导到所述驱动管。具体地，所述驱动管的内径部可以设置成文丘里管，所述文丘里管具有逐渐减小且随后恒定的直径。或者，所述驱动管的内径部可以以具有逐渐减小且随后恒定的直径的文丘里管和直径逐渐增加的扩散器串联地设置在同一轴线上的结构形成。所述驱动管的入口还可以连接到喷嘴以将来自所述驱动流供应源的所述驱动流注入到所述驱动管中，所述喷嘴的入口可以与环形弹性部件压合，气枪头插入到所述环形弹性部件中以维持气密状态。或者，所述驱动管的入口可以包含驱动流供应开口，气枪头可以直接插入到所述驱动流供应开口中，或者所述驱动流供应开口的内径部可以与环形弹性部件压合，所述气枪头插入到所述环形弹性部件中以维持气密状态。所述吸入管的末端还可以一体地连接到柔性管，所述柔性管连接到所述燃料电池系统，所述柔性管的末端还可以连接到接头，所述接头紧固在与所述燃料电池系统的每个气体吸入位置对应的位置。所述驱动管的入口可以连接到具有用于将所述驱动管连接到所述驱动流供应源的快速连接器的供压管线(inflated line)，并且所述快速连接器与所述驱动管的入口之间的所述供压管线包含开闭阀，所述开闭阀配置成允许和切断所述驱动流的流动。所述开闭阀与所述驱动管的入口之间的所述供压管线可以包含调节器(regulator)或压力计(pressure gauge)，所述调节器或压力计配置成检测所述驱动流的流动压力。所述驱动管的排放侧可以包含有消声器(muffler)，所述消声器配置成在包含残余氢的吸入流从所述吸入管中排放时减小噪音。除了所述驱动管和所述吸入管之外，所述消声器的主体部分也可以被壳体密封。因此，本专利技术可以提供各种优点。例如，燃料电池系统内部的残余氢可以通过使用喷嘴、文丘里管和扩散器被依次组合而成或喷嘴和文丘里管被组合而成的简单喷射器结构容易地清除。另外，用于清除燃料电池中的残余氢的装置的制造成本可以减少并且由于该装置的简化结构，机修工可以方便地使用该装置来清除燃料电池中的残余氢。因为用于清除燃料电池中的残余氢的装置具有减小的尺寸且因此携带方便，所以机修工可以容易地执行氢气清除工作。此外，由于在清除氢气的维护过程期间不使用电力，因此可以提高维护工作的安全性而不会具有火灾风险。保持在普通服务中心中的加压空气或加压/高压气体可以用作用于清除氢气的驱动流并且因此可以不需要单独的驱动流供应设施。此外，由于在用于清除氢气的维护过程期间异物可以不被引入到燃料电池系统中，因此可以防止电池堆性能由于异物而劣化。本专利技术还提供包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于清除燃料电池中的残余氢的装置，其包括：驱动管，所述驱动管配置成减小从驱动流供应源供应的驱动流的压力同时增加所述驱动流的速度；以及吸入管，所述吸入管配置成一体地连接到所述驱动管的入口，从而在所述驱动流的速度增加并且所述驱动流的压力减小时，将包含燃料电池系统中的残余氢的吸入流引导到所述驱动管。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑世权，裴昊骏，李贤埈，李贤宰，安得均，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR