一種燃料電池系統的電控噴氫壓力調節裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池系統領域，尤其是涉及一種燃料電池系統的電控噴氫壓力調節裝置。
【背景技術】
[0002]燃料電池供氫系統用于的燃料電池系統是一種電化學的反應裝置，將氫氣和含有氧氣的空氣作為燃料氣體和氧化劑氣體供入燃料電池堆中，在電化學反應作用下轉換成電功率和水。質子交換膜燃料電池(PEMFC) —般包含2個多孔的導電電極層以及布置在之間的固體高分子電解質膜以形成膜電極組件(MEA)。為了加快所需的電化學反應，陽極電極和陰極電極均包含催化劑。這些催化劑分布在膜電極層的表面。
[0003]在陽極，氫氣通過多孔電極層移動并且通過催化劑氧化以產生質子和電子。質子通過固體高分子電解質向陰極移動。氧氣通過多孔陰極移動且在陰極催化劑處與通過膜的質子反應生成水。電子通過外部電路從陽極移動到陰極形成電流。
[0004]由于燃料電池反應過程中會消耗氫、氧及生成水，因此會導致燃料電池內部雜質氣體及水的聚集，從而影響燃料電池的工作性能。因此，為了維持燃料電池的正常工作，反應氣體流量必須足夠大，以便能夠將雜質氣體和水分排出燃料電池內部。這個是為什么燃料氣體和氧化劑氣體的供給通常大于電化學反應需要的數量被供應到燃料電池的主要原因。
[0005]為了節省昂貴燃料的同時還能改善燃料電池系統的整體效率和反應氣體的流動特性，燃料電池堆出口處的未反應燃料氣體通常被再循環回燃料電池堆的入口處。換句話說，從燃料電池的陽極排釋放的未反應燃氣首先通過氣體/水分離器將所含液態水分離，然后被引導回去與燃料電池陽極入口處新鮮燃料氣體混合，以改善燃料電池陽極入口燃料氣體的溫度、濕度、電化學當量比特性。本發明中借助于引射器的壓差對燃料電池堆出口未反應的燃氣進行引射循環利用。使用引射器的優點在于，當引射器VENTURI效應操作時，它們具有比電驅動回氫栗更簡單的結構且它們不需要任意潤滑劑和寄生功耗，因為它們不包含任意運動部件，本身不消耗任何功率，使用引射器的缺點是在于它們具有窄操作范圍。這個在汽車應用的情況中可能是個問題，其中燃料和氧化劑消耗率可能明顯變化。但通過改變引射器入口壓力可以增加引射器的工作范圍，從而使其在較大的工況范圍能夠正常工作。
[0006]現有的技術方案主要有三種:1)通過氫氣循環栗在燃料電池入口與氫出口形成壓差，使得燃料電池中未反應的過量氫氣循環。但是氫氣循環栗的成本高，可靠性低，而且消耗的功率較大。2)采用引射器，雖然引射器VENTURI效應操作時，由于它們不包含任意運動部件，本身不消耗任何功率所以它們具有比電驅動回氫栗更簡單的結構且它們不需要任意潤滑劑和寄生功耗，而使用引射器的缺點是在于它們具有較窄操作范圍，不能適用于汽車應用，當怠速時，氫氣的消耗流量可能低于能產生VENTURI效應的最低值。3)采用氫氣循環栗與引射器并聯，雖然該方案可以采用一個較小功率的氫氣循環栗解決引射器較窄工作范圍的問題，但其在成本、可靠性及寄生功耗等方面的劣勢無法回避。
【發明內容】
[0007]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種改善燃料電池工作環境、安全可靠、防倒流、回氫保溫的燃料電池系統的電控噴氫壓力調節裝置。
[0008]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0009]—種燃料電池系統的電控噴氫壓力調節裝置，用于控制燃料電池系統氫氣側進氣，該電控噴氫壓力調節裝置包括:
[0010]燃料電池電堆:用以進行氫燃料電池的反應，產生電能；
[0011]氫氣側進氣壓力控制組件:與燃料電池電堆的氫氣進氣管連接，用以控制氫氣的進氣壓力以及氫氣的回流；
[0012]排水組件:與燃料電池電堆的氫氣排氣管連接，用以將廢水排出；
[0013]控制器:分別與氫氣側進氣壓力控制組件和氫氣排氣組件連接，用以控制氫氣側進氣壓力控制組件和氫氣排氣組件，調節氫氣進氣側壓力。
[0014]所述的排水組件包括汽水分離器和氫排電磁閥，所述的燃料電池電堆的氫氣排氣管、汽水分離器的出水口和氫排電磁閥依次連接，所述的氫排電磁閥與控制器連接。
[0015]所述的氫氣側進氣壓力控制組件包括氫氣進氣電磁閥、電控噴氫調節閥和回氫引射器，所述的氫氣進氣電磁閥、電控噴氫調節閥、回氫引射器和燃料電池電堆的氫氣進氣管依次連接，所述的回氫引射器的引射口與汽水分離器的出氫口通過管道連接。
[0016]所述的回氫引射器的引射口與汽水分離器的出氫口之間的管道上設有單向閥。
[0017]所述的回氫引射器的引射口與汽水分離器的出氫口之間的管道外側包裹有保溫層。
[0018]所述的氫氣側進氣壓力控制組件還包括分別與控制器連接的高壓壓力傳感器和低壓壓力傳感器，所述的高壓壓力傳感器設置在氫氣進氣電磁閥的入口管道上，所述的低壓壓力傳感器設置在燃料電池電堆的氫氣進氣管處。
[0019]所述的電控噴氫調節閥包括多個高頻小流量電磁閥，所述的多個高頻小流量電磁閥均與控制器連接。
[0020]當系統正常工作時，首先由高壓壓力傳感器判斷氫氣壓力是否正常，然后控制氫氣進氣電磁閥的開啟，系統進入工作狀態，然后控制器根據低壓壓力傳感器的反饋值，調節電控噴氫調節閥內高頻小流量電磁閥的開啟數量及頻率，對進入燃料電池電堆的壓力值進行控制，最終使低壓壓力傳感器的反饋值與目標設定值一致，保證燃料電池電堆的氫氣進氣管的氫氣壓力，在運行過程中，回氫引射器利用文丘里原理將燃料電池電堆排氣管的氫氣返回回氫引射器，在回氫引射器內部將其與電控噴氫調節閥供給過來的氫氣進行混合，同時汽水分離器將燃料電池電堆排氣管處的氫氣中多余水分分離出來。
[0021]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0022]—、改善燃料電池工作環境:本發明利用燃料電池電堆排氣管處的高溫、高濕氫氣與電控噴氫調節閥供給的氫氣在回氫引射器內部進行混合后提高進入燃料電池電堆氫氣的溫度與濕度，改善燃料電池的工作條件、提高了氫氣的利用率。
[0023]二、安全可靠、防倒流:本發明在回氫引射器的引射口與汽水分離器的出氫口之間的管道上設有單向閥，防止由于壓力的變化在瞬態過程中回氫引射器引射口的壓力高于燃料電池出口處的壓力，從而產生氫氣由引射口處倒流至燃料電池電堆出口處，采用單向閥可以確保在任何情況下都不會產生氫氣倒流現象。
[0024]三、回氫保溫:由于燃料電池電堆出口的高溫高濕的氣體跟環境溫度的溫差很大，容易冷凝，減少了引射回去的水分，本發明在回氫引射器的引射口與汽水分離器的出氫口之間的管道外側包裹有保溫層，不僅減少了通過氣水分離器排出的冷凝水，并且能夠為回流的氫氣保溫。
[0025]四、操作范圍寬:本發明采用電控噴氫調節閥和回氫引射器串聯的結構，通過電控噴氫調節閥控制氫氣的壓力，結合回氫引射器的VENTURI效應能使本裝置的操作范圍得到較大的提升。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的系統結構圖。
[0027]其中，1、氫氣進氣電磁閥，2、電控噴氫調節閥，3、回氫引射器，4、燃料電池電堆，5、汽水分離器，6、單向閥，7、保溫層，8、氫排電磁閥，9、高壓壓力傳感器，10、低壓壓力傳感器。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0029]實施例:
[0030]如圖1所示，一種燃料電池系統的電控噴氫壓力調節裝置，用于控制燃料電池系統氫氣側進氣，該電控噴氫壓力調節裝置包括:
[0031]燃料電池電堆4:用以進行氫燃料電池的反應，產生電能；
[0032]氫氣側進氣壓力控制組件:與燃料電池電堆的氫