减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体地，涉及一种减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法。

背景技术

氢燃料电池可直接将氢气的化学能转化为电能而无需燃烧，由于其高效率和功率密度，零排放，静音运行，是非常具有前景的能源发电动力装置。在实际的氢燃料电池的阳极氢气系统中，阳极排出的尾气含有未消耗掉的氢气、氮气和部分液态水滴，为了再次循环利用没有被燃料电池消耗的氢气，需要周期性的使用排水阀、排氮阀排放出循环其中的水和氮气。

在排水或排氮的工作过程中，由于排氮阀或排水阀的周期性启闭，使得燃料电池堆阳极氢气侧的压力出现较大压力波动，而较大的压力波动会影响燃料电池堆的寿命及性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法，该方法可以减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动，从而可以提高燃料电池堆的寿命及性能。

本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法，包括以下步骤：

检测燃料电池堆的进气管路和/或出气管路的压力；

根据所述燃料电池堆的进气管路和/或出气管路的压力，获得燃料电池氢循环系统的压力波动频率和/或压力波动振幅；

根据所述压力波动频率和/或所述压力波动振幅，在所述燃料电池堆的进气管路和/或出气管路上设置至少一个减小压力波动的器件。

本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法在燃料电池堆的进气管路和/或出气管路上设置减小压力波动的器件，可以减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动，从而可以提高燃料电池堆的寿命及性能。

此外，本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法根据压力波动频率和/或压力波动振幅，在燃料电池堆的进气管路和/或出气管路上设置至少一个减小压力波动的器件。即，可以根据压力波动频率选用合适的减小压力波动的器件，还可以根据压力波动振幅选用合适数量的减小压力波动的器件，从而可以提高减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

在一些实施例中，在所述燃料电池堆的进气管路和/或出气管路上设置至少一个亥姆霍兹共鸣器，其中，所述亥姆霍兹共鸣器的至少部分作为减小压力波动的器件。

在一些实施例中，根据所述压力波动频率，选用所述亥姆霍兹共鸣器。

在一些实施例中，所述压力波动频率与所述亥姆霍兹共鸣器的固有频率一致。

在一些实施例中，在所述燃料电池堆的进气管路和/或出气管路上设置至少一个集气管，在所述集气管内设置具有通孔的隔板，其中，所述集气管的至少部分作为减小压力波动的器件。

在一些实施例中，所述集气管的内径大于所述进气管路和所述出气管路中任一者的内径。

在一些实施例中，在所述燃料电池堆的进气管路上设置压力传感器，且邻近所述燃料电池堆设置。

在一些实施例中，所述器件为一个时，将所述器件设在所述燃料电池堆的出气管路上。

在一些实施例中，所述器件为多个时，将至少一个所述器件设在所述燃料电池堆的进气管路上，且将至少一个所述器件设在所述燃料电池堆的出气管路上，其中，所述燃料电池堆的出气管路上的所述器件的数量大于或等于所述燃料电池堆的进气管路上的所述器件的数量。

在一些实施例中，将所述器件邻近所述燃料电池堆设置。

附图说明

图1是本发明实施例的燃料电池氢循环系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的燃料电池氢循环系统的结构示意图。

图3是本发明实施例的一种器件的结构示意图。

图4是本发明实施例的另一种器件的结构示意图。

附图标记：

燃料电池堆10；氢气进口11；氢气出口12；

进气管路20；氢气源21；截止阀12；减压阀23；喷氢阀24；引射器25；

出气管路30；气水分离器31；排氮阀32；排水阀33；

器件40；通气管41；通气腔411；亥姆霍兹共鸣器42；颈口421；共鸣腔422；集气管43；隔板431；通孔4311；

压力传感器50。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法。

如图1和图2所示，本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法，包括以下步骤：

检测燃料电池堆10的进气管路20和/或出气管路30的压力；

根据燃料电池堆10的进气管路20和/或出气管路30的压力，获得燃料电池氢循环系统的压力波动频率和/或压力波动振幅；

根据压力波动频率和/或压力波动振幅，在燃料电池堆10的进气管路20和/或出气管路30上设置至少一个减小压力波动的器件40。

本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法在燃料电池堆10的进气管路20和/或出气管路30上设置至少一个减小压力波动的器件40，可以减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动，从而提高燃料电池堆10的寿命及性能。

此外，本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法根据压力波动频率和/或压力波动振幅，在燃料电池堆10的进气管路20和/或出气管路30上设置至少一个减小压力波动的器件40。即，本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法压力值变化可以获得氢气压力波动频率和/或压力波动振幅，本发明实施例的减小燃料电池氢循环系统压力波动的方法可以根据压力波动频率选用合适的减小压力波动的器件40，还可以根据压力波动振幅选用合适数量的减小压力波动的器件40，从而可以提高减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

在一些实施例中，如图1-图3所示，在燃料电池堆10的进气管路20和/或出气管路30上设置至少一个亥姆霍兹共鸣器42，其中，亥姆霍兹共鸣器42的至少部分作为减小压力波动的器件40。

进一步地，根据压力波动频率，选用亥姆霍兹共鸣器42。其中，压力波动频率与亥姆霍兹共鸣器42的固有频率一致。

具体地，在进气管路20和/或出气管路30上设置至少一个通气管41，亥姆霍兹共鸣器42与通气管41相连。也就是说，通气管41设在进气管路20上；或者，通气管41设在出气管路30上；或者通气管41为多个，至少一个设在进气管路20上，至少一个设在出气管路30上。

可以理解的是，亥姆霍兹共鸣器42的固有频率与氢气的波动频率一致，即根据测得的压力值变化可以获得氢气压力波动频率，根据氢气压力波动频率选择亥姆霍兹共鸣器42，使氢气压力波动频率与亥姆霍兹共鸣器42的固有频率一致，进而氢气在亥姆霍兹共鸣器42内产生共振。氢气通过通气管41进入亥姆霍兹共鸣器42内，氢气在亥姆霍兹共鸣器42内产生剧烈振动，氢气波动的能量消耗转化为内能，从而可以减小压力波动能量。

具体地，器件40包括通气腔411、颈口421和共鸣腔422，通气腔411连通进气管路20或出气管路30，颈口421连通通气腔411和共鸣腔422。即，通气管41具有通气腔411，亥姆霍兹共鸣器42具有共鸣腔422以及连通通气腔411与共鸣腔422的颈口421。氢气输送到通气管41中的通气腔411后通过颈口421进入共鸣腔422。氢气在共鸣腔422内产生剧烈振动，与共鸣腔422的壁面摩擦，从而将氢气波动的能量转化为氢气的机械能再转化为内能，进而降低氢气压力波动振幅，从而可以减小压力波动。

在一些实施例中，如图1、图2和图4所示，在燃料电池堆10的进气管路20和/或出气管路30上设置至少一个集气管43，在集气管43内设置具有通孔4311的隔板431，其中，集气管43的至少部分作为减小压力波动的器件40。可以理解的是，集气管43内的氢气通过隔板431后，氢气单向波动，从而可大幅减小氢气波动振幅，从而减小氢气波动。

进一步地，集气管43的内径大于进气管路20和出气管路30中任一者的内径。可以理解的是，集气管43的内径大于进气管路20和出气管路30中任一者的内径，氢气通过隔板431的通孔4311前，氢气在集气管43内的速度和压力降低。也就是说，氢气通过通孔4311时速度和压力会增加，在氢气通过通孔4311前，先将速度和压力降低，避免氢气通过通孔4311时的速度和压力过大。

在一些实施例中，如图1和图2所示，在燃料电池堆10的进气管路20上设置压力传感器50，且邻近燃料电池堆10设置。其中，可以检测进气管路20和出气管路30中至少一者的压力。

可以理解的是，根据压力传感器50测得的压力值变化还可以获得压力波动频率及振幅，从而可以根据压力传感器50测得的压力波动频率以及压力波动振幅可以对应设置减小压力波动的器件40。例如，可以根据压力波动频率对应设置器件40的。即，设置器件40后，利用压力传感器50测得的压力波动振幅仍然较大，可以增加器件40的数量。

此外，氢气在进气管路20上且邻近燃料电池堆10处的压力波动频率最能够反映出燃料电池阳极氢气侧的压力波动。因此，将压力传感器50设在进气管路20上且邻近燃料电池堆10设置可以提高检测燃料电池阳极氢气侧的压力的准确性。

在一些实施例中，如图1和图2所示，器件40为一个时，将器件40设在燃料电池堆10的出气管路30上。

可以理解的是，燃料电池堆10阳极氢气侧出现较大压力波动的原因在于出气管路30上排氮阀32和/或排水阀33的周期性启闭，即出气管路30上的氢气压力波动造成了燃料电池堆10阳极氢气侧的压力波动。因此，将减小压力波动的器件40设在出气管路30上，可以直接减小出气管路30的压力波动，进而有利于提高器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

在一些实施例中，如图1和图2所示，器件40为多个时，将至少一个器件40设在燃料电池堆10的进气管路20上，且将至少一个器件40设在燃料电池堆10的出气管路30上，其中，燃料电池堆10的出气管路30上的器件40的数量大于或等于燃料电池堆10的进气管路20上的器件40的数量。

可以理解的是，燃料电池阳极氢气侧的压力波动较大时，出气管路30上的器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果有限。因此，在进气管路20上也设置减小压力波动的器件40，可以提高减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

进一步地，出气管路30上的器件40的数量大于或等于进气管路20上的器件40的数量。也就是说，优先在出气管路30上设置减小压力波动的器件40，可以直接减小出气管路30的压力波动，进而有利于提高器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

在一些实施例中，如图1和图2所示，将器件40邻近燃料电池堆10设置。可以理解的是，器件40邻近燃料电池堆10设置，可以在出气管路30中的氢气压力波动传递到燃料电池阳极氢气侧之前，直接减小出气管路30的压力波动，因此有利于提高器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

下面参考附图描述本发明实施例的燃料电池氢循环系统。

如图1和图2所示，本发明实施例的燃料电池氢循环系统包括燃料电池堆10、进气管路20换热出气管路30。燃料电池堆10具有氢气进口11和氢气出口12，进气管路20与氢气进口11连通，出气管路30与氢气出口12连通，进气管路20和出气管路30中的至少一者设有减小压力波动的器件40。也就是说，进气管路20设有减小压力波动的器件40，或者，出气管路30设有减小压力波动的器件40，或者，进气管路20和出气管路30均设有减小压力波动的器件40。

可以理解的是，进气管路20连接氢气源21，氢气源21为储存有高压氢气的高压氢气瓶。进气管路20还设有截止阀12、减压阀23、喷氢阀24和引射器25。氢气源21中氢气经过截止阀12、减压阀23后通过喷氢阀24供给引射器25具有一定压力值的氢气。引射器25依据文丘里效应可以将未消耗的氢气引射，最后通过氢气进口11供给于燃料电池堆10的阳极侧。

需要说明的是，氢气在燃料电池堆10中与阴极侧的氧气发生电化学反应产生电能，并产生水分。氢气在燃料电池堆10中并不能完全被消耗，没有被消耗的氢气携带有产生的液态水和水蒸气从燃料电池堆10的氢气出口12排出到出气管路30，然后进入气水分离器31中。气水分离器31有三个出口，分别与引射器25、排氮阀32和排水阀33连接。排氮阀32将出气管路30中累积的氮气排出，排水阀33将出气管路30中累积的液态水排出。在排水或排氮的工作过程中，由于排氮阀32和/或排水阀33的周期性启闭，使得燃料电池堆10阳极氢气侧的压力出现较大压力波动，而较大的压力波动会影响电堆的寿命及性能。

本发明实施例的燃料电池氢循环系统在进气管路20和出气管路30中的至少一者上设置减小压力波动的器件40，可以减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动，从而可以提高燃料电池堆10的寿命及性能。

在一些实施例中，如图1和图2所示，至少一个器件40设在出气管路30上且邻近氢气出口12设置。

可以理解的是，燃料电池堆10阳极氢气侧出现较大压力波动的原因在于出气管路30上排氮阀32和/或排水阀33的周期性启闭，即出气管路30上的氢气压力波动造成了燃料电池堆10阳极氢气侧的压力波动。因此，将减小压力波动的器件40设在出气管路30上，可以直接减小出气管路30的压力波动，进而有利于提高器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

此外，器件40邻近氢气出口12设置，可以在出气管路30中的氢气压力波动传递到燃料电池阳极氢气侧之前，直接减小出气管路30的压力波动，因此有利于提高器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

在一些实施例中，如图2所示，器件40为多个，至少一个器件40设在进气管路20上，至少一个器件40设在出气管路30上。

可以理解的是，燃料电池阳极氢气侧的压力波动较大时，出气管路30上的器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果有限。因此，在进气管路20上也设置减小压力波动的器件40，可以提高减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

进一步地，出气管路30上的器件40的数量大于或等于进气管路20上的器件40的数量。也就是说，优先在出气管路30上设置减小压力波动的器件40，可以直接减小出气管路30的压力波动，进而有利于提高器件40减小燃料电池阳极氢气侧的压力波动的效果。

在一些实施例中，如图1和图2所示，进气管路20和出气管路30中的至少一者设有压力传感器50。压力传感器50可以检测进气管路20和出气管路30中至少一者的压力。可以理解的是，根据压力传感器50测得的压力值变化还可以获得压力波动频率及振幅，从而可以根据压力传感器50测得的压力波动频率以及压力波动振幅可以对应设置减小压力波动的器件40。例如，可以根据压力波动振幅对应设置器件40的数量。即，设置器件40后，利用压力传感器50测得的压力波动振幅仍然较大，可以增加器件40的数量。

在一些实施例中，如图1和图2所示，压力传感器50设在进气管路20上且邻近氢气进口11设置。可以理解的是，氢气在进气管路20上且邻近氢气进口11处的压力波动频率最能够反映出燃料电池阳极氢气侧的压力波动。因此，将压力传感器50设在进气管路20上且邻近氢气进口11设置可以提高检测燃料电池阳极氢气侧的压力的准确性。

在一些实施例中，如图1-图3所示，器件40包括通气管41和亥姆霍兹共鸣器42，通气管41设在进气管路20或出气管路30上，亥姆霍兹共鸣器42与通气管41相连。也就是说，通气管41设在进气管路20上；或者，通气管41设在出气管路30上；或者通气管41为多个，至少一个设在进气管路20上，至少一个设在出气管路30上。

可以理解的是，亥姆霍兹共鸣器42的固有频率与氢气的波动频率一致，即根据压力传感器50测得的压力值变化可以获得氢气压力波动频率，根据氢气压力波动频率选择亥姆霍兹共鸣器42，使氢气压力波动频率与亥姆霍兹共鸣器42的固有频率一致。氢气通过通气管41进入亥姆霍兹共鸣器42内，氢气在亥姆霍兹共鸣器42内产生剧烈振动，氢气波动的能量消耗转化为内能，从而可以减小压力波动能量。

具体地，器件40包括通气腔411、颈口421和共鸣腔422，通气腔411连通进气管路20或出气管路30，颈口421连通通气腔411和共鸣腔422。即，通气管41具有通气腔411，亥姆霍兹共鸣器42具有共鸣腔422以及连通通气腔411与共鸣腔422的颈口421。氢气输送到通气管41中的通气腔411后通过颈口421进入共鸣腔422。氢气在共鸣腔422内产生剧烈振动，与共鸣腔422的壁面摩擦，从而将氢气波动的能量转化为氢气的机械能再转化为内能，进而降低氢气压力波动振幅，从而可以减小压力波动。

在一些实施例中，如图1、图2和图4所示，器件40包括集气管43，集气管43内设置具有通孔4311的隔板431，通孔4311的轴向与集气管43的轴向一致。可以理解的是，集气管43内的氢气通过隔板431后，氢气单向波动，从而可大幅减小氢气波动振幅，从而减小氢气波动。

进一步地，集气管43的内径大于进气管路20和出气管路30中任一者的内径。可以理解的是，集气管43的内径大于进气管路20和出气管路30中任一者的内径，氢气通过隔板431的通孔4311前，氢气在集气管43内的速度和压力降低。也就是说，氢气通过通孔4311时速度和压力会增加，在氢气通过通孔4311前，先将速度和压力降低，避免氢气通过通孔4311时的速度和压力过大。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。