[發明專利]一種帶有比例閥的燃料電池引射裝置

在審

• 申請號: 202110200166.8
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN112701323A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 任樹興;周百慧;方川
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/0438;H01M8/04537;H01M8/04955;H01M8/04746
• 代理公司: 北京共騰智慧專利代理事務所(普通合伙) 11608
• 代理人: 姚星

本發明提供了一種帶有比例閥的燃料電池引射裝置，包括：比例閥、開關閥、引射器和腔體，所述腔體包括高壓腔、中壓腔和低壓腔；所述高壓腔通過所述開關閥與所述低壓腔連通，所述低壓腔的出口與電堆氫氣入堆管路連通；所述高壓腔通過所述比例閥與所述中壓腔連通，所述中壓腔與所述引射器的入口相連，所述引射器的噴射口與電堆氫氣入堆管路連通，所述引射器的回流入口與電堆氫氣回流口連通；通過上述引射裝置使氫氣進入電堆的路徑分為兩條：路徑1.氫氣由高壓腔經開關閥噴射到低壓腔后，進入電堆；路徑2.氫氣由高壓腔經比例閥流到中壓腔，經引射器進入電堆。通過控制路徑1和路徑2的氫氣比例，能夠有效的響應電堆不同的工況需求。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別是涉及一種帶有比例閥的燃料電池引射裝置。

背景技術

隨著世界各國石油，煤炭等自然資源的匱乏，風能、核能、太陽能和燃料電池等清潔能源越來越受到各國政府的重視。我國是煤炭儲量和消費的大國，同時我國又是石油、燃氣的“弱國”，每年需要大量的油氣進口支持，新能源產業的發展是順應能源結構改革的必然結果。

燃料電池通過質子交換膜分隔開的2個電極中間的燃料(純凈氫氣、甲烷等)的化學反應直接產生電能。相比汽油機和柴油機，燃料電池不僅有極高的能量利用效率，而且排放物只有水，對環境沒有任何污染。

傳統的動力系統，會釋放出COx，NOx，SOx等有害氣體及PM顆粒等污染物，熱效率低，且污染環境。氫燃料電池，是使用氫元素，進行電解水的逆反應，把氫和氧分別供給給陽極和陰極，氫在催化劑作用下，放出電子，氫離子通過質子交換膜流向陰極，而電子通過外循環到達陰極，從而產生電流，氫離子在陰極和氧、電子結合而產生水。氫燃料電池產生電的過程，是電化學反應，直接將化學能轉換為電能，整個過程的最終產物是水。氫燃料電池是無污染、無噪聲、高效率的新能源，具有極大的發展潛力。

在氫燃料電池系統中，大部分的供給氫氣的方式是氫氣循環方式，將未反應的氫氣進行再利用，從而提高氫氣的利用率，同時，氫氣循環還能改善電堆內的水平衡，避免電堆內發生水淹，提高電堆的工作效率。但目前的氫循環系統在使用時存在較多的問題。首先，氫氣的分子量較小，一定壓力的氫氣很容易發生泄漏，在目前結構氫循環系統中的氫噴射器工作過程中，氫氣的密封是一個難題。目前結構的氫循環系統中，會存在一個氫循環泵，使氫氣在氫循環系統中流動起來，如果通過氫噴射器噴射氫氣時產生的射流能量，帶動氫氣流動，將可以極大的簡化氫循環系統的結構，取消循環泵。當引射器沒有建立起壓力，供給壓力不足時，通常采用一種結構，將低壓氫氣通過旁路（BY pass）直接引入電堆。現有的氫噴射器都是用電池開關閥控制進入引射區或者旁路（BY pass）的流量和壓力。

燃料電池電堆的膜的機械壽命和膜兩側的壓力交變有關系，所以保證膜兩側的壓差維持在較為恒定的工況下，所以需要氫氣壓力能夠快速響應系統快速加減載等情況下的需求，因此，現有技術中常見的兩種方案如下：

1.采用氫氣噴射器和循環泵聯用的方式，氫氣噴射器用來快速響應流量的供給，循環泵用來回流電堆出口的氫氣，同時為氫氣增濕，提高氫氣利用率。

2.采用氫氣噴射器和引射器聯用的方式，氫氣噴射器能夠快速響應流量的供給，引射器用來回流電堆出口氫氣，同時為氫氣增濕，提高氫氣利用率。

上述兩種方案存在以下問題：

(1)開關電磁閥存在噪音，從而導致氫氣流量與電堆的需求不相適應；

(2)為了調節氫氣流量，需要高頻開關電磁閥，從而影響電磁閥的壽命；

(3)裝置結構復雜，制造成本高。

發明內容

針對現有技術中的上述問題，本發明提供一種帶有比例閥的燃料電池引射裝置。通過將開關閥、引射器與比例閥組合并進行了集成設計，降低了氫噴射裝置和引射器集成設計中存在的噪音、密封、成本和壽命等問題。通過用比例閥控制進入引射器的前端壓力，保證回流量和部分新鮮氫氣供給，用開關閥快速響應電堆流量和壓力的需求。