[发明专利]氢气液滴防止装置及应用该装置的燃料电池车

说明书

技术领域

 本发明涉及燃料电池车，包括可防止使用喷射器进行氢气再循环时液滴流入燃料电池堆而耐久性及输出功率下降的问题的氢气液滴防止装置及应用该氢气液滴防止装置的燃料电池车辆。

背景技术

与空气一起向燃料电池堆供应的氢的供应量一般约达需求量的1.5倍，以保证氢气的稳定供应。

超过所需供应量的氢气的一部分在燃料电池堆中无法产生反应，并且未反应氢气不排放到空气中，而是作为备用，使其重新流入堆入口，再次循环使用。

该装置称为氢气再循环装置。

一般使用的氢气再循环装置还具备风机和喷射器使燃料电池堆中未反应且呈减压状态的氢气升压至与供应压相同的压力。

风机为一种泵，利用高速电机旋转的叶轮使低氢气压上升，喷射器是向从氢气槽供应的高压氢气（10bar）喷射氢气使低氢气压上升。

图3是具备氢气再循环装置的普通燃料电池车结构示意图。

如图所示，燃料电池车具备热控制装置400，该热控制装置由在氢气槽100和燃料电池堆200之间具备供气阀100a的氢气线300连接，用循环冷却水的方式对燃料电池堆200实施热控制，并具备氢气再循环装置500而使燃料电池堆200中未反应的氢气再循环。

所述热控制装置400由利用冷却水对从燃料电池堆200产生的热进行冷却而抽吸（Pumping）冷却水的冷却泵，以及进行外部热交换的散热器和循环冷却水的冷却水线组成。

所述热控制装置400对约65度以上的冷却水实施热管理控制。

氢气再循环装置500由使再循环的氢气压力上升至供应压（10bar）水平的风机和为之与在氢气线300流动的氢气混合而进行喷射的喷射器组成，利用风机和喷射器方便控制和提高效率。

从所述氢气再循环装置500的原理来看，风机通过电机使叶轮旋转，抽吸出从燃料电池堆200再循环的余气（氢气+氮气+饱和水蒸气）使其升压，则喷射器会利用流入燃料电池堆200的流体的流动能量，通过喷嘴和扩散器结构实施二次加压，然后使其再向燃料电池堆200循环。

所述喷射器同时可以实现将氢气槽100的氢气向燃料电池堆200供应的基本作用。

发明内容

技术课题

从燃料电池堆200流出且再循环的氢气中含有65度以上的100%饱和水蒸气，并因在此状态下流入喷射器之前的温度下降导致饱和水蒸气凝结而成为水的状态。

如上所述，因再循环氢气含有凝缩的水，使通过喷射器吸入的吸入量随之减少，燃料电池堆200则无法得到足够的氢气量。

尤其在冬天等气温低的环境下，从氢气槽产生的氢气产生液滴的几率较大，因而在喷射器中的再循环氢气与氢气混合时，饱和水蒸气凝缩而成的液滴堵塞喷口，使流入燃料电池堆的氢气不通畅甚至导致无法供应氢气。

如果所形成的液滴流入燃料电池堆200则降低燃料电池堆200的耐久性，而且燃料电池堆200的电输出功率也随之下降。

所述因冬季氢气液滴造成的冷却启动性恶化的现象，可以使用加热器加热氢气的方式解决，但用加热器加热需要消耗时间，并相应地延迟启动时间而造成不便。

鉴于所述问题，本发明的目的在于提供一种利用燃料电池堆的废热实施热交换而提高向燃料电池堆供应的氢气温度，以降低氢气的水分含量，尤其在外部气温低的状态下可彻底防止因氢气内所含水分而形成液滴的氢气液滴防止装置。

同样鉴于所述问题，本发明是在流入燃料电池堆之前，至少在两处以上利用从燃料电池堆产生的高温冷却水实施热交换，从而提供一种可彻底防止从氢气槽流入燃料电池堆的氢气中水分和在燃料电池堆中再循环的未反应余气（氢气+氮气+饱和水蒸气）内饱和水蒸气在低气温下形成液滴的方法的利用氢气液滴防止装置的燃料电池车。

技术方案

为实现所述目的，本发明涉及氢气液滴防止装置的特征在于，其组成包括热交换机：在为从氢气槽流出的氢气和从燃料电池堆流出的未反应余气供应至所述燃料电池堆而连接的氢气线，使冷却所述燃料电池堆的高温冷却水循环，用所述高温冷却水的废热提升所述氢气和所述未反应余气的温度，从而减少所述氢气所含水分和所述未反应余气所含饱和水蒸气的量。

所述热交换机与用于控制冷却水温以对所述燃料电池堆实施热控制的热控制装置连接而使所述高温冷却水循环。

所述热交换机安装在从所述燃料电池堆产生的高温冷却水向形成所述热控制装置而实施冷却水外部热交换的散热器流动之前被分支的位置。