氢气供应与回流系统和燃料电池系统技术方案

本申请公开了氢气供应与回流系统，包括：用于向燃料电池堆的阳极供应氢气的氢气供应通道；用于自燃料电池堆的阳极回流氢气的氢气回流通道；由第一氢气喷射器、与其流体连通的第一喷嘴、以及接收第一喷嘴的第一引射泵组成的第一供应回流组件；由第二氢气喷射器、与其流体连通的第二喷嘴、接收第二喷嘴的第二引射泵组成的第二供应回流组件；和在氢气回流通道中设置的切换阀，第一组件的输出端和第二组件的输出端并联于氢气供应通道中，第一组件的回流端和第二组件的回流端经由切换阀并联于氢气回流通道中，自阳极回流的氢气能够选择性回流到任何一个回流端中，第一喷嘴的出口横截面与第二喷嘴的出口横截面不相同。本申请还公开了燃料电池系统。了燃料电池系统。了燃料电池系统。

【技术实现步骤摘要】
氢气供应与回流系统和燃料电池系统


[0001]本申请涉及燃料电池的领域，特别地涉及用于燃料电池的氢气供应与回流系统。

技术介绍

[0002]随着当前环保法规要求越来越严格，燃料电池作为一种能量供应单元应用越来越广泛，特别是在机动车中作为动力单元。通常，燃料电池的阳极会利用氢气供应与回流系统供应氢气，以便所提供的氢气在阳极相应地发生化学反应并因而在燃料电池内产生电能输出。由于通常在燃料电池的阳极处会存在多余的氢气，这些多余的氢气与阳极产生的水分一起必须被排出。因此，排出的氢气往往会经由氢气供应与回流系统被回流循环供入到燃料电池的阳极发生反应。
[0003]对于传统的氢气供应与回流系统而言，燃料电池的功率输出变化会导致正常供入的氢气量不足或者回流循环的氢气量不足，这都会影响到燃料电池的功率输出。为此，现有技术多采用阳极循环风机(ARB)来将阳极多余的氢气进行再循环进入到阳极中。但是，这种阳极循环风机首先会造成整个系统体积庞大和超重，不利于机动车中的应用；其次会造成整个系统的运行可靠性降低；最后，还会导致整个系统的制造成本提高。
[0004]为此，迫切需要寻找一种简单可靠并且不会导致系统增重太多的技术方案。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本申请旨在提供一种用于燃料电池的改进的氢气供应与回流系统，从而可以确保依据燃料电池的功率输出变化，向燃料电池提供合适量的氢气并且将多余量的氢气从阳极排出并再循环至阳极进行反应。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种用于燃料电池堆的氢气供应与回流系统，其包括：
[0007]用于向燃料电池堆的阳极供应氢气的氢气供应通道；
[0008]用于自燃料电池堆的阳极回流氢气的氢气回流通道；
[0009]由第一氢气喷射器、与所述第一氢气喷射器流体连通的第一喷嘴、以及接收所述第一喷嘴的第一引射泵组成的第一供应回流组件；
[0010]由第二氢气喷射器、与所述第二氢气喷射器流体连通的第二喷嘴、接收所述第二喷嘴的第二引射泵组成的第二供应回流组件；
[0011]在所述氢气回流通道中设置的切换阀；其中，
[0012]所述第一供应回流组件的输出端和所述第二供应回流组件的输出端并联于所述氢气供应通道中，并且所述第一供应回流组件的回流端和所述第二供应回流组件的回流端经由所述切换阀并联于所述氢气回流通道中，以使得自所述阳极回流的氢气能够选择性回流到所述回流端中的一个中，所述第一喷嘴的通入所述第一引射泵的出口横截面与所述第二喷嘴的通入所述第二引射泵的出口横截面不相同。因此，这两个彼此并联的供应回流组件能够依据燃料电池堆的功率输出需要，选择性地起作用，从而与不同情况运行的燃料电
池堆进行匹配，合适的供应并回流氢气而不负面影响燃料电池堆的功率输出。
[0013]可选地，在在所述第一引射泵和所述第二引射泵的每个中限定有内部中空容腔，以使得相应的输出端和相应的回流端与所述内部中空容腔流体相通，相应的喷嘴的出口在所述内部中空容腔中靠近相应的回流端。这样，可以确保为了回流氢气所需的虹吸效应在每个引射泵中产生。
[0014]可选地，所述第一供应回流组件的输出端由所述第一引射泵中形成的孔口限定；所述第二供应回流组件的输出端由所述第而引射泵中形成的孔口限定；所述第一供应回流组件的回流端由所述第一引射泵中形成的另一孔口限定；所述第二供应回流组件的回流端由所述第二引射泵中形成的另一孔口限定。
[0015]可选地，在燃料电池堆以不同的功率输出运行情况下，所述第一或第二供应回流组件择一起作用。
[0016]可选地，所述第一喷嘴的通入所述第一引射泵的出口横截面小于所述第二喷嘴的通入所述第二引射泵的出口横截面。
[0017]可选地，在燃料电池堆以在5至30kw功率范围内的低功率运行时，所述第一供应回流组件起作用；在燃料电池堆以在30至150kw功率范围内的高功率运行时，所述第二供应回流组件起作用。
[0018]可选地，所述第一喷嘴的通入所述第一引射泵的出口的孔径尺寸是在0.8～1.8毫米的范围内；所述第二喷嘴的通入所述第二引射泵的出口的孔径尺寸是在1.8～3.5毫米的范围内。
[0019]可选地，所述内部中空容腔从所述第一喷嘴的出口附近朝向限定所述输出端的孔口被逐渐扩口地形成。
[0020]根据本申请的另一个方面，还提供了一种燃料电池系统，其包括燃料电池堆以及根据前述的氢气供应与回流系统，其中，所述氢气供应与回流系统与所述燃料电池堆的阳极流体相连，以向所述阳极供应氢气并从所述阳极回流氢气。
[0021]采用本申请的上述技术措施，氢气供应与回流系统可以依据燃料电池堆的功率需求切换至不同的供应回流组件运行，从而确保合适量氢气被供应以及被回流，提高了燃料电池堆的工作效率，同时不会过分增加氢气供应与回流系统的体积和重量，并且减轻系统改进的负担。
附图说明
[0022]从下文的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的原理及各个方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本申请的理解。在附图中：
[0023]图1是回路图，示意性示出了根据现有技术的氢气供应与回流系统，其中该氢气供应与回流系统与一燃料电池堆操作性相连；
[0024]图2是局部放大图，示意性示出了图1的氢气供应与回流系统中的氢气喷射器与引射泵的供应回流组件的局部放大图；
[0025]图3是回路图，示意性示出了根据本申请的一个实施例的氢气供应与回流系统，其中该氢气供应与回流系统与燃料电池堆操作性相连；并且
[0026]图4示意性示出了根据本申请的一个实施例的由氢气喷射器、喷嘴和引射泵组成的供应回流组件。
具体实施方式
[0027]在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。
[0028]图1示意性示出了根据现有技术的氢气供应与回流系统的回路图，其中，所述氢气供应与回流系统大致包括氢气喷射器100、引射泵200、截止阀300、水分离器400和排气阀700。氢气喷射器100、引射泵200和截止阀300直接流体连通或经由管路流体连通，从而形成氢气供应通道，同时该氢气供应通道与燃料电池500的阳极510流体连通，以将氢气供应至燃料电池500的阳极510并因而在此发生化学反应。水分离器400经由管路与引射泵200流体连通，从而形成氢气回流通道，同时该氢气回流通道也与燃料电池500的阳极510流体连通，以使得阳极处多余的氢气以及其它气体特别是水汽的混合气体能够经由该氢气回流通道返回至引射泵200。在气体回流的过程中，混合气体先经过水分离器400除去水汽，然后回流的氢气经由氢气回流通道供至引射泵200，并经其供至燃料电池500的阳极510再次参加化学反应。
[0029]在从水分离器400至引射泵200的氢气回流通道区段中，经由管路串联排气阀700，以便根据需要将多余的气体排出系统外。如图1所示，在氢气供应通道的一端处设置有氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池堆的氢气供应与回流系统，其特征在于，包括：用于向燃料电池堆(500)的阳极(510)供应氢气的氢气供应通道；用于自燃料电池堆(500)的阳极(510)回流氢气的氢气回流通道；由第一氢气喷射器(1010)、与所述第一氢气喷射器(1010)流体连通的第一喷嘴(6010)、以及接收所述第一喷嘴(6010)的第一引射泵(2010)组成的第一供应回流组件；由第二氢气喷射器(1011)、与所述第二氢气喷射器(1011)流体连通的第二喷嘴(6011)、接收所述第二喷嘴(6011)的第二引射泵(2011)组成的第二供应回流组件；在所述氢气回流通道中设置的切换阀(800)；其中，所述第一供应回流组件的输出端(2000b)和所述第二供应回流组件的输出端(2000b)并联于所述氢气供应通道中，并且所述第一供应回流组件的回流端(2000a)和所述第二供应回流组件的回流端(2000a)经由所述切换阀(800)并联于所述氢气回流通道中，以使得自所述阳极(510)回流的氢气能够选择性回流到所述回流端(2000a)中的一个中，所述第一喷嘴(6010)的通入所述第一引射泵(2010)的出口横截面与所述第二喷嘴(6011)的通入所述第二引射泵(2011)的出口横截面不相同。2.根据权利要求1所述的氢气供应与回流系统，其特征在于，在在所述第一引射泵(2010)和所述第二引射泵(2011)的每个中限定有内部中空容腔(2200)，以使得相应的输出端(2000b)和相应的回流端(2000a)与所述内部中空容腔(2200)流体相通，相应的喷嘴(6010或6011)的出口在所述内部中空容腔(2200)中靠近相应的回流端(2000a)。3.根据权利要求1或2所述的氢气供应与回流系统，其特征在于，所述第一供应回流组件的输出端(2000b)由所述第一引射泵(2010)中形成的孔口(2000b)限定；所述第二供应回流组件的输出端(2000b)由所述第而引射泵(2011)中形成的孔口(2000b)限定；所述第一供应回流组件的回流端(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔丽超，王飞，赵猛，廖至钢，刘杨，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：