[发明专利]模块式氢再循环装置

说明书

技术领域

 本发明涉及氢再循环装置，特别是关于在低负荷区域同时使用喷射器和鼓风机，在高负荷区域仅使用喷射器，既能解除鼓风机造成的所有问题，还能大大提高再循环性能的模块式氢再循环装置的发明。

背景技术

一般来讲，为了能够稳定供应，与空气一起供应给燃料电池堆的氢气要比需求量多出约1.5倍。 

如上所述，因氢气供应量超过需求量，部分氢气无法在堆中反应，未经反应的氢气要回到堆入口重新利用，能实现这种再循环过程的装置就叫氢再循环装置。

一般来讲，氢再循环装置包括鼓风机与喷射器，可以将堆中未反应、下降的氢气压力提升至与供应压力相同的水平。

作为泵的一种，鼓风机可以利用通过高速电动机旋转的叶轮提高低压氢压力，喷射器则向氢气罐供应的高压氢(10bar)喷射氢气，提高低压氢压力。

图3(a)、(b)是安装在燃料电池汽车中的氢再循环装置。

如图所示，氢再循环装置120、230由利用配备流量阀门113、212的氢线111、211从氢气罐100、200接收氢气供应的燃料电池堆110、210后端的分支，并将分支部分连接到流量阀门113、212后端的布局组成。

图3(a)是用并联式混合动力方式排列鼓风机和喷射器的氢再循环装置120，其中鼓风机121安装在从燃料电池堆110后端分支，并与从流量阀门113输出的次氢线112相连的鼓风机再循环线124；相反的，喷射器123则安装在从鼓风机再循环线124分支，从流量阀门113输出与燃料电池堆110前端相连的氢线111连接的喷射器再循环线124。

在上述鼓风机再循环线124与喷射器再循环线122的分支支点安装再循环阀门125。

另外，上述次氢线112在喷射器123后端与氢线111相连接。 

相反的，图3(b)作为用串联混合动力方式排列鼓风机与喷射器的氢再循环装置230，喷射器123在流量阀门212后端安装到氢线211的同时与燃料电池堆110后端分支的再循环线233连接。相反的，鼓风机231在喷射器232后端安装到再循环线233。

如上所述，由上述结构组成的氢再循环装置120、230通过掌握再循环控制的控制器启动时，鼓风机121、231可通过电动机叶轮旋转力，从燃料电池堆110、210抽出进入再循环环节的剩余气体(氢+氮+饱和水蒸汽)，提高压力；喷射器123、232是利用向燃料电池堆110、210供应的流体的流动能量，并利用喷嘴及扩散结构对上述剩余气体(氢+氮+饱和水蒸汽)加压后，再循环至燃料电池堆110、210。

上述喷射器123、232可同时实现向燃料电池堆110、210供应氢气罐100、200中的氢气的一次性作用。

发明内容

技术课题

但是，图3(a)所示的并联式混合动力方式的氢再循环装置120至少需要2个再循环线122、124和再循环阀门125。与串联式混合动力方式相比并联式更为复杂，因此，用于汽车布局难免存在不利的因素。

特别是并联式混合动力方式氢再循环装置120复杂的结构既存在组合性低下的问题，还存在再循环氢气压力大幅下降等问题。

相反的，与并联式混合动力方式相比图3(b)所示的串联式混合动力方式的氢再循环装置230比较简单，有利于汽车布局。特别是鼓风机231负责低负荷(低流量)区域，喷射器232负责高负荷(高流量)区域，可根据负荷分担再循环性能。

但是，串联式混合动力方式的氢再循环装置230，因鼓风机231导致的低流量再循环式时的喷射器232结构本身，不可避免的受到流动阻力。相反的，喷射器形成的高流量再循环时，则因鼓风机231流入受阻。

因此，串联式混合动力方式的氢再循环装置230，因鼓风机231与喷射器232的串联式排列，低负荷(低流量)区域与高负荷(高流量)区域中再循环氢气的流入均受阻，存在氢再循环装置230很难发挥出最大性能的问题。

考虑到上述问题，本发明的目的在于提供氢再循环时在低负荷(低流量)区域由喷射器一次加压，紧接着用鼓风机二次加压；相反的在高负荷(高流量)区域仅使用喷射器加压，减少因鼓风机转动消耗的动力并降低启动噪音的模块式氢再循环装置。

另外，本发明目的还在于，提供一种模块式氢再循环装置，对鼓风机与喷射器以及气体管道做模块化处理，减少零部件数量，并简化整体布局。

技术方案