[发明专利]一种燃料电池系统的电控喷氢压力调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统领域，尤其是涉及一种燃料电池系统的电控喷氢压力调节装置。

背景技术

燃料电池供氢系统用于的燃料电池系统是一种电化学的反应装置，将氢气和含有氧气的空气作为燃料气体和氧化剂气体供入燃料电池堆中，在电化学反应作用下转换成电功率和水。质子交换膜燃料电池(PEMFC)一般包含2个多孔的导电电极层以及布置在之间的固体高分子电解质膜以形成膜电极组件(MEA)。为了加快所需的电化学反应，阳极电极和阴极电极均包含催化剂。这些催化剂分布在膜电极层的表面。

在阳极，氢气通过多孔电极层移动并且通过催化剂氧化以产生质子和电子。质子通过固体高分子电解质向阴极移动。氧气通过多孔阴极移动且在阴极催化剂处与通过膜的质子反应生成水。电子通过外部电路从阳极移动到阴极形成电流。

由于燃料电池反应过程中会消耗氢、氧及生成水，因此会导致燃料电池内部杂质气体及水的聚集，从而影响燃料电池的工作性能。因此，为了维持燃料电池的正常工作，反应气体流量必须足够大，以便能够将杂质气体和水分排出燃料电池内部。这个是为什么燃料气体和氧化剂气体的供给通常大于电化学反应需要的数量被供应到燃料电池的主要原因。

为了节省昂贵燃料的同时还能改善燃料电池系统的整体效率和反应气体的流动特性，燃料电池堆出口处的未反应燃料气体通常被再循环回燃料电池堆的入口处。换句话说，从燃料电池的阳极排释放的未反应燃气首先通过气体/水分离器将所含液态水分离，然后被引导回去与燃料电池阳极入口处新鲜燃料气体混合，以改善燃料电池阳极入口燃料气体的温度、湿度、电化学当量比特性。本发明中借助于引射器的压差对燃料电池堆出口未反应的燃气进行引射循环利用。使用引射器的优点在于，当引射器VENTURI效应操作时，它们具有比电驱动回氢泵更简单的结构且它们不需要任意润滑剂和寄生功耗，因为它们不包含任意运动部件，本身不消耗任何功率，使用引射器的缺点是在于它们具有窄操作范围。这个在汽车应用的情况中可能是个问题，其中燃料和氧化剂消耗率可能明显变化。但通过改变引射器入口压力可以增加引射器的工作范围，从而使其在较大的工况范围能够正常工作。

现有的技术方案主要有三种：1)通过氢气循环泵在燃料电池入口与氢出口形成压差，使得燃料电池中未反应的过量氢气循环。但是氢气循环泵的成本高，可靠性低，而且消耗的功率较大。2)采用引射器，虽然引射器VENTURI效应操作时，由于它们不包含任意运动部件，本身不消耗任何功率所以它们具有比电驱动回氢泵更简单的结构且它们不需要任意润滑剂和寄生功耗，而使用引射器的缺点是在于它们具有较窄操作范围，不能适用于汽车应用，当怠速时，氢气的消耗流量可能低于能产生VENTURI效应的最低值。3)采用氢气循环泵与引射器并联，虽然该方案可以采用一个较小功率的氢气循环泵解决引射器较窄工作范围的问题，但其在成本、可靠性及寄生功耗等方面的劣势无法回避。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改善燃料电池工作环境、安全可靠、防倒流、回氢保温的燃料电池系统的电控喷氢压力调节装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池系统的电控喷氢压力调节装置，用于控制燃料电池系统氢气侧进气，该电控喷氢压力调节装置包括：

燃料电池电堆：用以进行氢燃料电池的反应，产生电能；

氢气侧进气压力控制组件：与燃料电池电堆的氢气进气管连接，用以控制氢气的进气压力以及氢气的回流；

排水组件：与燃料电池电堆的氢气排气管连接，用以将废水排出；

控制器：分别与氢气侧进气压力控制组件和氢气排气组件连接，用以控制氢气侧进气压力控制组件和氢气排气组件，调节氢气进气侧压力。

所述的排水组件包括汽水分离器和氢排电磁阀，所述的燃料电池电堆的氢气排气管、汽水分离器的出水口和氢排电磁阀依次连接，所述的氢排电磁阀与控制器连接。

所述的氢气侧进气压力控制组件包括氢气进气电磁阀、电控喷氢调节阀和回氢引射器，所述的氢气进气电磁阀、电控喷氢调节阀、回氢引射器和燃料电池电堆的氢气进气管依次连接，所述的回氢引射器的引射口与汽水分离器的出氢口通过管道连接。

所述的回氢引射器的引射口与汽水分离器的出氢口之间的管道上设有单向阀。

所述的回氢引射器的引射口与汽水分离器的出氢口之间的管道外侧包裹有保温层。