一种燃料电池的引射器回收氢气装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池的引射器回收氢气装置，包括引射器、质子交换膜燃料电池堆、液气分离罐以及高压氢气源。所述氢气引射器的工作流体入口与高压氢气源连接的管道上设置有流量调节阀；所述燃料电池堆的氢气出口与液气分离器连接的管道上设置有第一排气电磁阀和第二排气电磁阀；在满足氢气入口压力为恒定的条件下，通过实时、动态调整燃料电池堆出口排气电磁阀的开、关状态时间，以及调节氢气入口处流量调节阀的流量和压力，实现控制动态、适合的工作流体氢气压力与引射流体氢气压力的压力差，进而实现氢气回收系统的稳定、可靠和安全运行。本实用新型专利技术能够实现系统95％以上的氢气回收利用，减少氢气燃料排放。减少氢气燃料排放。减少氢气燃料排放。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池的引射器回收氢气装置


[0001]本技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池的引射器回收氢气装置。

技术介绍

[0002]众所周知，在燃料电池堆的工作过程中，由于质子交换膜的物理特性，在燃料电池堆阴极侧产生的水，会透过质子交换膜渗透到阳极侧，而逐渐积累起较多的水，继而影响氢气到达质子交换膜的反应区，使燃料电池堆的发电性能下降，因此，需要及时的将阳极侧的积水排出，这不可避免的将燃料电池堆中的部分燃料氢气排出，进而导致燃料气的浪费，并产生一定的安全隐患。为了提高氢气燃料的利用率，减少了浪费和消除安全隐患，燃料电池发电系统中都会设置一套氢气回收系统，以回收、循环利用排出的氢气燃料。
[0003]目前的氢气回收系统多数采用氢气压缩机、循环泵等装置进行氢气的回收利用，在将燃料电池堆氢气尾排排出的汽水混合物经液气分离器分离后，使用氢气循环泵将分离出的氢气重新泵回燃料电池堆的阳极侧，进行回收利用，既能保证及时的将燃料电池堆内部的水及时排到外部，实施有效的水管理，又能提高氢气的利用率。但是这种氢气循环方法需要燃料电池系统额外的提供电能给压缩机工作，功率消耗大，难密封，工作范围过小，并存在有产生振动和噪音等问题，同时，由于目前技术的限制，国内能够生产氢气回收泵的厂家资源有限，且价格高昂，采用氢气泵进行氢气回收利用并非最佳的方法。
[0004]相比而言，采用引射器进行氢气回收的方法则比较简单有效：在燃料电池系统中，燃料电池系统供气端的高压氢气和尾排低压氢气正适合采用引射器的方式，充分利用高压氢气罐与燃料电池堆之间存在的压力势能来实现氢气的回收，无须额外的功耗(无寄生功率)，而且其结构简单、噪声低、易维护，是用于燃料电池系统氢气循环系统的理想装置。
[0005]气体引射器的工作原理：
[0006]如图2所示：气体引射器结构上分为四个部分，包括工作喷嘴、接受室、混合室和扩散室；在引射器工作时，由于工作流体从喷嘴高速流出后进入混合室，会导致喷嘴出口处出现低压区，低压区与接受室内的引射流体间巨大的压差将引射流体卷吸入引射器内。工作流体和引射流体在混合室内完成均匀混合及能量交换，而后从扩散室排出。

技术实现思路
：
[0007]鉴于以上引射器技术的优点和实用性，本技术公开了一种燃料电池的引射器回收氢气装置，其结构包括氢气引射器、质子交换膜燃料电池堆、液气分离罐和高压氢气源。所述氢气引射器的工作流体入口与高压氢气罐连接的管道上设置有流量调节阀；所述燃料电池堆的氢气出口与液气分离器连接的管道上设置有第一排气电磁阀；所述燃料电池堆的氢气出口处还设置有第二排气电磁阀；所述液气分离器底部设置有排水电磁阀，顶部设置有放空阀；所述燃料电池系统中设置有单电池电压巡检模块；
[0008]所述氢气引射器，其特征在于包括工作喷嘴、接受室、混合室和扩散室；所述工作
喷嘴为(但不仅限于)可调式喷嘴；
[0009]所述氢气引射器的工作流体入口与高压氢气罐连接，氢气引射器的引射流体入口与液气分离器的出口连接，氢气引射器出口与燃料电池堆的氢气进口连接；
[0010]所述氢气引射器的工作流体入口处设置第一压力传感器；所述氢气引射器的引射流体入口处设置第二压力传感器；所述氢气引射器出口与燃料电池堆的入口连接处设置第三压力传感器；
[0011]所述的燃料电池的气体引射器回收氢气的装置工作的原理：
[0012]首先打开高压氢气罐的减压阀，为燃料电池系统供气，将高压储罐的出口压力调整至系统所需的预设压力。此时，打开流量调节阀，设定一定的气体压力给系统供气，高压氢气一次工作流体进入氢气引射器的入口，经工作喷嘴流出后进入混合室，由于高压氢气在经过工作喷嘴后，氢气气体压力会降低，而流速急剧升高，成为高速流体喷射而出，因此在工作喷嘴出口侧形成了低压区，此时进入氢气引射器接受室的二次引射流体(尾排经液气分离后的氢气)，由于与低压区之间的巨大的压差而被卷吸进入氢气引射器的混合室内，二者之间进行了动量和质量的能量交换，在流动过程中速度渐渐均衡，引射流体的压力会逐渐的升高。氢气流体从混合室出来进入扩散室，压力将因流动速度变缓而继续升高，并进入燃料电池堆。
[0013]氢气进入燃料电池堆后，由于燃料电池工作过程中，会持续的消耗氢气进行发电，因此需动态的调节流量调节阀的开度，进行流量和压力的调节，实现燃料电池堆的入口压力，相对保持恒定；燃料电池系统工作过程中，燃料电池堆阴极侧因化学反应而产生的水，会通过质子交换膜部分渗透进入阳极室，这样会造成在燃料电池堆的阳极室内会出现越来越多的积水，阳极室的积水会因为积存在质子交换膜的表面，进而影响到阳极室的氢气的化学反应效率，造成燃料电池堆的性能下降，因此，为了保证燃料电池堆能够正常工作，此时，需要及时的打开第一电磁阀将阳极室内部的积水排出。氢气尾排的混合汽水混合体进入液气分离器进行液、气分离，液气分离罐的氢气出口直接与氢气引射器的接受室相连通，因此，此时分离出来氢气作为二次引射流体被再次卷吸进入氢气引射器内，从而实现了氢气回收、循环利用的目的。
[0014]进一步的，由于在不同的功率模式下，氢气引射器的工作状况会受到不同的影响，会出现液气分离罐内的气体压力过高，进而影响氢气引射器的正常工作的情况，因此，当出现液气分离罐内的氢气压力过高时，可以打开液气分离罐底部的排水阀进行排水，进而降低罐内的气体压力，实现氢气引射器的正常工作。
[0015]进一步的，随着燃料电池系统的持续工作，在燃料电池堆的阳极室内会积聚一定量的氮气(阴极侧空气中的氮气，部分会透过质子交换膜到达阳极室)，燃料电池系统的第二排气阀会定期的打开，以排除积聚的氮气。
[0016]燃料电池的气体引射器回收氢气的装置工作的控制策略方法：
[0017]为保证所述的燃料电池系统的气体引射器回收氢气装置正常的工作，基于本装置的设计，本技术提供了一种氢气引射器回收系统控制的策略方法，其特征在于，将燃料电池系统的氢气入口压力确定为定压状态，设置一个恒定的压力值，作为调节和控制氢气引射器入口处的流量调节阀的依据之一；所述恒定的氢气入口压力值，在不同功率的燃料电池堆系统中略有不同；
[0018]进一步的，所述的燃料电池的气体引射器回收氢气的方法，其特征在于将所述燃料电池堆氢气出口第一排气电磁阀的开、关状态时间比设置为λT，作为调节和控制燃料电池堆排出阳极侧积水的依据之一；
[0019]进一步的，所述的燃料电池的气体引射器回收氢气的方法，其特征在于，将燃料电池系统正常工作状态下，单位时间内工作流体的压力与引射流体的压力差的均值设置为ΔP，作为调节和控制氢气入口处的流量调节阀的依据之二；
[0020]可选的，所述的单位时间，其特征在于时间长度为3～5分钟；
[0021]可选的，所述的燃料电池系统正常工作状态，其特征在于，正常工作状态包含低功率状态、半功率状态和额定功率状态；
[0022]进一步的，所述的燃料电池的气体引射器回收氢气的方法，其特征在于氢气回收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的引射器回收氢气装置，其特征在于，包括氢气引射器、燃料电池堆、液气分离罐以及高压氢气源；所述氢气引射器的工作流体入口与所述高压氢气源连接的管道上设置有流量调节阀；所述燃料电池堆的氢气出口与所述液气分离罐连接的管道上设置有第一排气电磁阀；所述燃料电池堆的氢气出口处还设置有第二排气电磁阀；所述液气分离罐底部设置有排水电磁阀，顶部设置有放空阀；所述燃料电池堆中设置有单电池电压巡检模块；所述氢气引射器包括工作喷嘴、接受室、混合室和扩散室；所述工作喷嘴不仅限于可调式喷嘴；所述氢气引射器的工作流体入口与高压氢气源连接，氢气引射器的引射流体入口与液气分离罐的出口连接，氢气引射器出口与燃料电池堆的氢气进口连接；所述氢气引射器的工作流体入口处设置第一压力传感器；所述氢气引射器的引射流体入口处设置第二压力传感器；所述氢气引射器出口与燃料电池堆的入口连接处设置第三压力传感器；所述高压氢气源的出口设置有一级减压阀和二级减压阀。2.如权利要求1所述的燃料电池的引射器回收氢气装置，其特征在于，将燃料电池系统的氢气入口压力确定为恒定的压力值，用于根据所述氢气入口压力值调节和控制氢气入口处的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海羿沣氢能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：