本发明专利技术提供了一种燃料电池用氢气循环装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术无法兼顾全功率使用需求且尾排阀开启时气压不稳定的问题。该装置包括控制器、高压氢罐、第一氢喷设备、第二氢喷设备、大/小口径引射器和尾排机构。高压氢罐一路依次经第一氢喷设备、小口径引射器接电堆的氢气入口，另一路依次经第二氢喷设备、大口径引射器接电堆的氢气入口。电堆的氢气尾气出口分别与大/小口径引射器的引流入口以及尾排机构的输入端连接。控制器，用于启动后开启高压氢罐，识别当前时刻需求的入堆氢气流量，选择适合的第一氢喷设备或第二氢喷设备启动；以及，监测出堆氢气流量，调节尾排机构的开度，以避免电堆内氢气气压出现瞬态变化。变化。变化。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用氢气循环装置
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池用氢气循环装置。
技术介绍
[0002]氢燃料电池是氢气与空气中的氧气发生反应产生电的装置，其氢气供应系统通常包括氢气喷射器。由于需保证入堆氢气的流量，而氢气尾气出口不能直通大气，所以通常使用氢气循环泵将电堆氢气尾气出口排出的氢气回流至电堆入口。
[0003]氢气循环泵由于自身特性的限制，可靠性和经济性较差，目前大多使用引射器替代氢气循环泵实现氢气的回流。对于引射器式氢气供应系统，电堆腔体内的气体流动速度完全依赖于引射器的工作性能。但是，引射器并不能完全补偿尾排阀开启期间引起的入堆氢气压力下降。
[0004]引射器口径太小会限制最大输出气体流量，引射器口径太大会限制最小输出气体流量，而输出气体流量必须被燃料电池消耗，否则会导致电堆内部氢气压力不断提升，损坏电堆。燃料电池消耗太多，会导致电堆内部压力不断降低，也会损坏电堆。目前引射器无法满足电堆全功率点的使用需求，无法在小电流区间工作，也无法兼顾小功率和额定功率点需求。并且，回流量有限制，可调范围小。尾排阀排气时，瞬态流量变化影响电堆内气压控制的稳定性。
技术实现思路
[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种燃料电池用氢气循环装置，用以解决现有技术无法兼顾全功率使用需求且尾排阀开启时气压不稳定的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种燃料电池用氢气循环装置，包括控制器、高压氢罐、第一氢喷设备（1）、第二氢喷设备（2）、小口径引射器（4）、大口径引射器（5）和尾排机构（3）；其中，高压氢罐的出口一路依次经第一氢喷设备（1）、小口径引射器（4）接电堆的氢气入口，另一路依次经第二氢喷设备（2）、大口径引射器（5）接电堆的氢气入口；电堆的氢气尾气出口分别与大口径引射器（5）、小口径引射器（4）的引流入口以及尾排机构（3）的输入端连接；控制器，用于启动后，开启高压氢罐，识别当前时刻需求的入堆氢气流量，选择适合的第一氢喷设备（1）或第二氢喷设备（2）启动；以及，监测当前时刻的出堆氢气流量，调节尾排机构（3）的开度，以避免电堆内氢气气压出现瞬态变化。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：通过增加一路独立的引射器达到同时满足大回流量需求和小回流量需求的目的，满足燃料电池堆全功率点的流量需求。当需求的入堆氢气流量较小（低于设定值）时，第一氢喷设备（1）工作，当入堆氢气流量较大（高于设定值）时，第二氢喷设备（2）参与工作，增加了氢气流量的可调范围。为解决排气时压力不稳定问题，将尾排阀更换为能够根据出堆氢气流量调节开度的尾排机构（3），系统运行时调节尾排流
量，能够有效避免瞬态变化。
[0008]基于上述装置的进一步改进，所述尾排机构（3）包括流量可调的小口径尾排喷嘴；其中，所述小口径尾排喷嘴的内部依次设有均匀内径段通道、具有设定锥体角度的锥形通道、引射孔通道；所述引射孔通道的内径为1.2 mm。
[0009]进一步，所述小口径引射器（4）的引射口径为1.2 mm，适用于1~20 kW的电堆功率需求；并且，所述大口径引射器（5）的引射口径为1.8 mm，适用于20~100 kW的电堆功率需求。
[0010]进一步，所述控制器进一步包括：数据采集单元，用于获取当前时刻的入堆氢气流量、出堆氢气流量，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于启动后，开启高压氢罐，识别当前时刻需求的入堆氢气流量，当处于低流量需求时选择第一氢喷设备（1）启动、第二氢喷设备（2）关闭，当处于高能量需求时选择第一氢喷设备（1）、第二氢喷设备（2）均启动；以及，监测当前时刻电堆的氢气尾气出口处气体流量的变化，调节尾排机构（3）的开度，以避免电堆内氢气气压出现瞬态变化。
[0011]进一步，所述控制器还包括：可控电磁阀一，设于第一氢喷设备（1）的输入端，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入第一氢喷设备（1）内的氢气流量；可控电磁阀二，设于第二氢喷设备（2）的输入端，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入第二氢喷设备（2）内的氢气流量；可控电磁阀三，设于小口径引射器（4）的引流入口处，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入小口径引射器（4）内的氢气尾气流量；可控电磁阀四，设于大口径引射器（5）的引流入口处，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入大口径引射器（5）内的氢气尾气流量。
[0012]进一步，所述数据采集单元进一步包括：入堆气体流量传感器，分别设于电堆的氢气入口处管道内壁上，用于获取当前时刻的入堆氢气流量；出堆气体流量传感器，分别设于电堆的氢气尾气出口处管道内壁上，用于获取当前时刻的出堆氢气流量。
[0013]进一步，所述数据处理与控制单元执行如下程序：收到启动指令后，获取需求的电堆功率，进而得出当前时刻需求的入堆氢气流量；判断当前时刻需求的入堆氢气流量是否小于设定值A，如果是，判定处于低流量需求，执行下一步，否则，继续执行下一时刻入堆氢气流量的判断；控制可控电磁阀一、可控电磁阀三打开，可控电磁阀二、可控电磁阀四关闭后，启动高压氢罐，并向第一氢喷设备（1）发出中频固定占空比的控制信号使得第一氢喷设备（1）启动，控制第二氢喷设备（2）关闭，实时调整可控电磁阀三的开度，使得每一时刻实测的入堆氢气流量始终等于需求的入堆氢气流量；再次获取需求的入堆氢气流量，判断需求的入堆氢气流量是否大于设定值A；如果
是，判定处于高能量需求，控制可控电磁阀二、可控电磁阀四打开后，维持第一氢喷设备（1）的工作状态不变，并向第二氢喷设备（2）发出高频固定占空比的控制信号使得第二氢喷设备（2）启动，维持可控电磁阀三的开度不变，实时调整可控电磁阀四的开度，使得每一时刻实测的入堆氢气流量始终处于需求的入堆氢气流量；否则，返回执行实时调整可控电磁阀三的开度使得每一时刻实测的入堆氢气流量始终等于需求的入堆氢气流量的步骤。
[0014]进一步，所述数据采集单元还包括：环境温度传感器，分别设于电堆所处周围环境中，用于获取当前时刻的环境温度；第一压力传感器，设于小口径引射器（4）的出口管道内壁上，用于监测小口径引射器（4）出口的气压；第二压力传感器，设于大口径引射器（5）的出口管道内壁上，用于监测大口径引射器（5）出口的气压。
[0015]进一步，所述控制器还包括：可控开关阀五，设于小口径尾排喷嘴的出口处，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变尾排气体的输出流量；加热机构，其电极分别设于第一氢喷设备（1）、第二氢喷设备（2）的表面，用于根据数据处理与控制单元的控制，对第一氢喷设备（1）、第二氢喷设备（2）执行加热。
[0016]进一步，所述数据处理与控制单元还执行如下程序：在氢气循环装置启动前，根据环境温度传感器采集的环境温度识别该氢气循环装置是否处于低温启动状态；如果是，启动加热机构对第一氢喷设备（1）、第二氢喷设备（2）加热设定时间；否则，直接启动该氢气循环装置；在该氢气循环装置启动后，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用氢气循环装置，其特征在于，包括控制器、高压氢罐、第一氢喷设备（1）、第二氢喷设备（2）、小口径引射器（4）、大口径引射器（5）和尾排机构（3）；其中，高压氢罐的出口一路依次经第一氢喷设备（1）、小口径引射器（4）接电堆的氢气入口，另一路依次经第二氢喷设备（2）、大口径引射器（5）接电堆的氢气入口；电堆的氢气尾气出口分别与大口径引射器（5）、小口径引射器（4）的引流入口以及尾排机构（3）的输入端连接；控制器，用于启动后，开启高压氢罐，识别当前时刻需求的入堆氢气流量，选择适合的第一氢喷设备（1）或第二氢喷设备（2）启动；以及，监测当前时刻的出堆氢气流量，调节尾排机构（3）的开度，以避免电堆内氢气气压出现瞬态变化。2.根据权利要求1所述的燃料电池用氢气循环装置，其特征在于，所述尾排机构（3）包括流量可调的小口径尾排喷嘴；其中，所述小口径尾排喷嘴的内部依次设有均匀内径段通道、具有设定锥体角度的锥形通道、引射孔通道；所述引射孔通道的内径为1.2 mm。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用氢气循环装置，其特征在于，所述小口径引射器（4）的引射口径为1.2 mm，适用于1~20 kW的电堆功率需求；并且，所述大口径引射器（5）的引射口径为1.8 mm，适用于20~100 kW的电堆功率需求。4.根据权利要求3所述的燃料电池用氢气循环装置，其特征在于，所述控制器进一步包括：数据采集单元，用于获取当前时刻的入堆氢气流量、出堆氢气流量，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于启动后，开启高压氢罐，识别当前时刻需求的入堆氢气流量，当处于低流量需求时选择第一氢喷设备（1）启动、第二氢喷设备（2）关闭，当处于高能量需求时选择第一氢喷设备（1）、第二氢喷设备（2）均启动；以及，监测当前时刻电堆的氢气尾气出口处气体流量的变化，调节尾排机构（3）的开度，以避免电堆内氢气气压出现瞬态变化。5.根据权利要求4所述的燃料电池用氢气循环装置，其特征在于，所述控制器还包括：可控电磁阀一，设于第一氢喷设备（1）的输入端，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入第一氢喷设备（1）内的氢气流量；可控电磁阀二，设于第二氢喷设备（2）的输入端，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入第二氢喷设备（2）内的氢气流量；可控电磁阀三，设于小口径引射器（4）的引流入口处，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入小口径引射器（4）内的氢气尾气流量；可控电磁阀四，设于大口径引射器（5）的引流入口处，用于根据数据处理与控制单元的控制，改变开度调整进入大口径引射器（5）内的氢气尾气流量。6.根据权利要求4或5所述的燃料电池用氢气循环装置，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：入堆气体流量传感器，分别设于电堆的氢气入口处管道内壁上，用于获取当前时刻的入堆氢气流量；出堆气体流量传感器，分别设于电...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，赵兴旺，方川，
申请(专利权)人：山东华清动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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