一种燃料电池供氢系统的制作方法

本发明涉及燃料电池领域，尤指一种燃料电池供氢系统。

背景技术：

燃料电池被誉为继水电、火电、核电之后的第四代发电技术。由于其能源效率高、无活动部件、振动噪声小、排放物无污染、组装简单灵活等原因，逐渐被应用于车用动力、船舶动力、备用电源等领域。

供氢子系统是燃料电池的重要子系统之一，主要为燃料电池发电系统提供具有一定温度、压力、流量和湿度的氢气。实际应用中，为保证氢气充分反应，防止燃料电池在发电过程中发生欠气现象，氢气一般过量供应，过量系数取值1.1～1.5。同时为了提高氢气利用率和系统运行的安全性，未完全反应的氢气一般不直接排入大气，而是通过氢气循环装置循环至入口处，与注入的氢气汇合后进入燃料电池重新参加反应。

在该专利申请号为200980103470.8的专利中，供氢循环系统中的氢循环泵与引射器的回流管直接相连，且氢循环泵放置在引射器的上游。但引射器的二次回流管需要一定的负压环境才能实现引射，而氢循环泵的出口为正压，无法为引射器的二次回流管提供负压环境，导致引射器无法正常工作，因此该供氢系统的设计并不合理。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种燃料电池供氢系统，实现了燃料电池系统运行稳定可靠，并通过第一回收管路和第二回收管路分别对电堆进行供氢，且第一回收管路和第二回收管路在工作状态下只择其一工作即可，而另一个可作为备份，提高了燃料电池的供氢选择性，可靠性强，保证了燃料电池系统的续航能力，避免中途熄火等不良现象，提高了燃料电池系统的工作性能。

本发明提供的技术方案如下：

一种燃料电池供氢系统，包括：

供氢子系统和循环回路；

所述循环回路包括第一回收管路和第二回收管路，所述第一回收管路和所述第二回收管路并联后形成回收管路；

所述循环回路和所述电堆形成回路，所述供氢子系统与所述回收管路连通；

当燃料电池供氢系统处于工作状态时，所述第一回收管路或所述第二回收管路处于工作状态。

本技术方案中，通过对电堆内未反应的氢气进行回收利用，提高燃料电池的氢气利用率，降低燃料电池系统的供氢成本，同时可以防止氢气外排，发生爆炸危险。通过第一回收管路和第二回收管路分别对电堆进行供氢，且第一回收管路和第二回收管路在工作状态下只择其一工作即可，而另一个可作为备份，提高了燃料电池的供氢选择性，可靠性强，保证了燃料电池系统的续航能力，避免中途熄火等不良现象，提高了燃料电池系统的工作性能。

进一步优选地，所述供氢子系统沿氢气流通方向依次设有储氢装置、调压阀、截止阀、溢流阀、第一单向阀和过滤器；所述过滤器与所述循环回路连通；所述供氢子系统沿氢气流通方向于所述过滤器的前方还设有第一压力传感器、第一温度传感器。

本技术方案中，所述储氢装置为具备一定压力的氢气源；通过各种阀门以及过滤器，保证了供给电堆的氢气的温度要求、流量要求、压力要求，还保证了管路的安全性，提高系统的运行性能和效率；通过压力传感器和温度传感器保证了氢气的压力、流量和温度需要的把控，提高系统的运行性能和效率。

进一步优选地，所述第一回收管路沿氢气流通方向依次设有第一电磁阀、引射器、第二单向阀；所述第二回收管路沿氢气流通方向设有第二电磁阀、氢循环泵、第三单向阀。

本技术方案中，引射器无运动部件，可靠性高，以储氢装置的氢气作为动力源，不需要消耗电能，但引射器的引射特性限定了其应用区间，不能覆盖燃料电池的所有负载区域，因此采用与氢循环泵联合使用。在实际应用中，当燃料电池发电量较小时可利用引射器或氢循环泵实现氢气的回收循环使用；当燃料电池发电量较大时通过氢循环泵实现氢气的回收循环使用。

进一步优选地，所述电堆之前的循环回路，沿氢气流通方向设有流量计、稳压器、加湿器、第二压力传感器、第二温度传感器；所述电堆之后的循环回路，沿氢气流通方向设有第三温度传感器、第三压力传感器以及第三电磁阀；所述第三电磁阀控制所述循环回路与外界环境连通或封闭。

本技术方案中，通过稳压器对氢气压力精确控制，通过加湿器对氢气进行加湿，并通过流量计监控燃料电池对氢气的流量需求，通过温度计监控燃料电池对氢气的温度需求，通过压力传感器监控燃料电池对氢气的压力需求，通过第三电磁阀控制循环回路中氢气的排放。

进一步优选地，所述第一回收管路与所述供氢子系统之间设有第四电磁阀；所述第二回收管路与所述供氢子系统之间设有第五电磁阀。

本技术方案中，通过电磁阀控制供氢子系统与每一回收管路(第一回收管路和第二回收管路)的连通或封闭。

本发明提供的一种燃料电池供氢系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本发明中，通过对电堆内未反应的氢气回收利用，提高燃料电池的氢气利用率，同时可以防止氢气外排。通过第一回收管路和第二回收管路对未反应的氢气进行回收，且第一回收管路和第二回收管路在工作状态下只择其一工作即可，而另一个可作为备份，提高了燃料电池的供氢选择性，可靠性强，提高了燃料电池的工作性能。

2、本发明中，通过各种阀门以及过滤器，保证了供氢气的温度要求、湿度要求、压力需求、流量需求，还保证了管路的安全性，提高系统的运行性能和效率。

3、本发明中，被回收的氢气可于第一回收管路和第二回收管路中择一流通，有效保证了本系统运行的稳定性和可靠性。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对燃料电池供氢系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的一种实施例示意图；

图2是本发明的另一种实施例示意图。

附图标号说明：

1.储氢装置，2.调压阀，3.截止阀，4.溢流阀，5-1.第一单向阀，5-2.第二单向阀，5-3.第三单向阀，6.过滤器，7.引射器，8-1.第一电磁阀，8-2.第二电磁阀，8-3.第三电磁阀，8-4.第四电磁阀，8-5.第五电磁阀，9.氢循环泵，10.稳压器，11.加湿器，12.电堆，13-1.第一压力传感器，13-2.第二压力传感器，13-3.第三压力传感器，14-1.第一温度传感器，14-2.第二温度传感器，14-3.第三温度传感器，15.流量计。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在实施例一中，如图1和2所示，一种燃料电池供氢系统，包括：供氢子系统和循环回路；循环回路包括第一回收管路和第二回收管路，第一回收管路和第二回收管路并联后形成回收管路；循环回路和电堆12形成回路，供氢子系统与回收管路连通；当燃料电池供氢系统处于工作状态时，第一回收管路或第二回收管路处于工作状态(即导通状态)。在实际应用中，通过对电堆12内未反应的氢气回收利用，提高燃料电池的氢气利用率，同时可以防止氢气外泄。第一回收管路和第二回收管路在工作状态下只择其一工作即可，而另一个可作为备份，提高了燃料电池的供氢选择性，可靠性强。

在实施例二中，如图1和2所示，在实施例一的基础上，供氢子系统沿氢气流通方向依次设有储氢装置1、调压阀2、截止阀3、溢流阀4、第一单向阀5-1、过滤器6；过滤器6与循环回路连通。优选地，供氢子系统沿氢气流通方向于过滤器6的前方还设有第一压力传感器13-1、第一温度传感器14-1。值得说明的是储氢装置1为带压氢源，通过调压阀2调节氢气的压力值，通过第一压力传感器13-1和第一温度传感器14-1对供氢子系统的氢气的压力和温度进行监控。

在实施例三中，如图1和2所示，在实施例一或二的基础上，第一回收管路沿氢气流通方向依次设有第一电磁阀8-1、引射器7、第二单向阀5-2；第二回收管路沿氢气流通方向依次设有第二电磁阀8-2、氢循环泵9和第三单向阀5-3。优选地，循环回路沿氢气流通方向依次设有第三温度传感器14-3、第三压力传感器13-3、第三电磁阀8-3；第三电磁阀8-3控制循环回路与外界环境的连通或封闭。第三温度传感器14-3、第三压力传感器13-3、第三电磁阀8-3均设于电堆12之后；通过第三电磁阀8-3控制循环回路中氢气的排放。

优选地，当燃料电池发电量较小时(比如负载电流在0～150a)，氢气流量小，引射器7作为动力源，第一电磁阀8-1为开启状态，第二电磁阀8-2为关闭状态，氢气流经第二单向阀5-2、稳压器10、加湿器11、电堆12；而在电堆12中未充分反应氢气流经第一电磁阀8-1流入引射器7，完成循环。

当燃料电池发电量较小时(比如负载电流在0～150a)，氢气流量小，也可以采用氢循环泵9作为动力源，第一电磁阀8-1为关闭状态，第二电磁阀8-2为开启状态，氢气流经第三单向阀5-3、稳压器10、加湿器11、电堆12；而在电堆12中未充分反应氢气流经第二电磁阀8-2流向氢循环泵9，完成循环。

当燃料电池发电量较大时(比如负载电流在150～300a)，氢气流量大，采用氢循环泵9作为动力源，第一电磁阀8-1为关闭状态，第二电磁阀8-2为开启状态，氢气流经第三单向阀5-3、稳压器10、加湿器11、电堆12；而在电堆12中未充分反应氢气流经第二电磁阀8-2流向氢循环泵9，完成循环。

值得说明的是，燃料电池发电量的大小划分可根据实际需要进行设置，上述实施例的燃料电池发电量的划分以150a为划分值，以实现引射器7和氢循环泵9的工作状态进行限定，优选地，划分值为90～220a中的任一值，具体根据实际需要进行设置。

在实施例四中，如图1和2所示，在实施例一、二或三的基础上，循环回路沿氢气流通方向设有流量计15、稳压器10、加湿器11、第二压力传感器13-2、第二温度传感器14-2；流量计15、稳压器10、加湿器11、第二压力传感器13-2、第二温度传感器14-2均设于电堆14之前，氢气经稳压器10稳压、加湿器11加湿后再流向电堆12。优选地，稳压器10可为氢气比例调节阀或者氢气喷射组件。优选地，第一回收管路与供氢子系统之间设有第四电磁阀8-4；第二回收管路与供氢子系统之间设有第五电磁阀8-5。在实际应用中，当第一回收管路(即引射器7)处于工作状态时，第二电磁阀8-2和第五电磁阀8-5关闭，第一电磁阀8-1、第四电磁阀8-4导通；当第二回收管路(即氢循环泵9)处于工作状态时，第四电磁阀8-4和第一电磁阀8-1关闭，第二电磁阀8-2、第五电磁阀8-5导通。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。