一种燃料电池系统的预热式氢气进气装置的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体是一种燃料电池系统的预热式氢气进气装置。

背景技术：

燃料电池系统发动机是用于一种利用燃料氢气和氧化剂空气的电化学反应产生电能的新能源汽车用的动力系统。一般车用燃料电池系统由氢气供给系统内的多级减压装置进行降压，以达到燃料电池系统发动机所需的氢气压力后，与燃料电池系统发动机氢气子系统连接进行供氢。因此，氢气入口至燃料电池系统氢气入口之间的供氢管路中，如图1虚线框所示，通常设有主关断阀6、温度传感器16、压力传感器7等部件，这些部件均通过胶管、金属管、接头进行串联式连接，集成度较低，占用空间大，零部件之间管段、接头连接点较多且为刚性密封，氢气泄漏风险较大，安装固定不便。

公开号为“cn210296516u”的实用新型专利公开一种用于燃料电池系统的氢气进气前处理装置，该装置包括氢气气体腔，其与一氢气入口管道相连，氢气入口管道的另一端连接到氢气瓶，氢气瓶中的氢气从氢气入口管道进入氢气气体腔；在氢气入口管道上依次连接有中压传感器和电磁阀，中压传感器用于检测进入氢气气体腔的氢气压力，电磁阀用于控制氢气入口管道的开断状态；氢气气体腔中的氢气经过一比例阀再加入燃料电池氢气系统，比例阀用于调节加入燃料电池氢气系统中氢气的压力和流量；氢气气体腔上还连接一安全阀，安全阀用于氢气气体腔中氢气气压过压后自动泄压。

上述公开专利方案采用集成式的氢气前处理装置，在实际使用过程中，尚存在以下缺陷：

(1)无氢气预热功能，应用燃料电池发动机时，若在低温条件下启动燃料电池发动机，发动机电池中的反应物往往达不到反应温度，从而造成难以启动发动机；或在此基础上增加与装置分开的氢气热交换器，则集成度不够高；

(2)集成化的空间结构设置导致其氢气循环利用率不够高；

(3)气流中存在固体颗粒会对喷嘴和燃料电池系统气道造成堵塞。

技术实现要素：

针对上述现有缺陷，本实用新型目的在于提供一种燃料电池系统的预热式氢气进气装置，具备氢气预热功能，提高反应效率，通过集成化的设计，减少连接点，提高了装置的密封性。

本实用新型的技术方案如下：

一种燃料电池系统的预热式氢气进气装置，包括氢气喷射器；

在所述氢气喷射器的一侧设置有氢气热交换器，所述氢气热交换器内设置有气室以及水室，所述气室与水室之间通过换热芯体隔开；

所述水室设置有用于与燃料电池的高温冷却液接通的水室入口接头、水室出口接头；

所述气室设置有气室入口接头与气室出口接头，所述氢气喷射器设置有氢气喷射器入口和氢气喷射器出口；

所述气室入口接头用于与氢气瓶连接；

所述气室出口接头与氢气喷射器入口连接，所述氢气喷射器出口用于与燃料电池系统氢气入口连接。

通过在氢气喷射器上集成氢气热交换器，具备氢气预热功能，使得氢气能够在进入氢气喷射器前进行升温预热，使氢气和反应物能快速的达到适应的反应条件，提升燃料电池系统反应效率与系统能量利用率，缩减发动机低温启动时间；采用集成化的设计紧凑度高，连接点少，提高了装置的密封性，综上达到本实用新型的目的。

具体的，所述氢气热交换器水室的外侧面与氢气喷射器的侧面相耦合。

具体的，在氢气喷射器上设置有压力传感器和泄压阀，在气室出口接头与氢气喷射器入口的连接处设置有关断阀。

具体的，氢气喷射器上还设置有用于与燃料电池系统氢气出口连接的氢气循环入口，所述气循环入口与氢气喷射器的内部气道连通。

具体的，所述气室入口接头处设置有氢气过滤器。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型通过在氢气喷射器上集成氢气热交换器，使得氢气能够在进入氢气喷射器前进行升温预热，使氢气和反应物能快速的达到适应的反应条件，提升燃料电池系统反应效率与系统能量利用率，缩减发动机低温启动时间；

(2)本实用新型在气室的入口处集成了氢气过滤器，使得装置整体具备过滤功能，将进入气室的气流中存在固体颗粒进行过滤，不会对喷嘴和燃料电池系统气道造成堵塞；

(3)本实用新型在氢气喷射器上设置氢气循环入口，具备氢气循环功能，通过虹吸效应将燃料电池系统氢气气流引入氢气喷射器前端，充分提高氢气利用率；

(4)本实用新型采用压力传感器、泄压阀、关断阀等多功能集成式进气装置设计，结构紧凑，减少布置空间以及管路的连接，密封稳定性能好。

附图说明

图1为现有技术中氢气子系统管路中的连接示意图。

图2为本实用新型一种燃料电池系统的预热式氢气进气装置的正面示意图。

图3本实用新型一种燃料电池系统的预热式氢气进气装置的背面示意图。

图4本实用新型氢气子系统管路中的连接示意图。

图中，1-氢气喷射器，2-氢气热交换器，3-氢气过滤器，4-气室入口接头，5-氢气入口接头，6-关断阀，7-压力传感器，8-泄压阀，9-氢气喷射器出口，10-氢气循环入口，11-水室入口接头，12-水室出口接头，13-氢气瓶，14-减压阀，15-燃料电池系统，16-温度传感器。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。在实施例的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

根据本方案具体实施方式的一种燃料电池系统15的预热式氢气进气装置，如图2-3所示，包括氢气喷射器1，在所述氢气喷射器1的一侧设置有氢气热交换器2，所述氢气热交换器2内设置有气室以及水室，所述气室与水室之间通过换热芯体隔开。所述水室设置有用于与燃料电池的高温冷却液接通的水室入口接头11、水室出口接头12；所述气室设置有气室入口接头4与气室出口接头，所述氢气喷射器1设置有氢气喷射器入口和氢气喷射器出口9；其中所述水室入口接头11、水室出口接头12、气室入口接头4均设置在氢气热交换器2的一侧，气室出口接头设置在氢气热交换器2的另一侧。所述气室入口接头4用于与氢气瓶13连接；所述气室出口接头与氢气喷射器入口连接，所述氢气喷射器出口9用于与燃料电池系统15氢气入口连接。

本实施例的工作原理如下：

如图2-4所示，整车氢气瓶13氢气经过减压阀14减压后，接入氢气热交换器2的气室入口接头4；氢气热交换器2的气室出口接头与氢气喷射器入口集成连接并接入关断阀6后进入氢气喷射器1的内部气道中，参考图3，而水室入口接头11接入燃料电池冷却液高温一侧，通过热传导利用冷却液余热对气室内的氢气进行加热，实现氢气加热功能，提升燃料电池系统15反应效率与系统能量利用率，缩减低温启动时间；氢气喷射器1通过氢气喷射器出口9与燃料电池系统15氢气入口连接，氢气燃料与燃料电池系统15发生化学反应，为发动机提供电力。

作为本实施例的优选实施方案，所述氢气热交换器2水室的外侧面与氢气喷射器1的侧面相耦合，使得氢气热交换器2水室大部分用于给气室的氢气预热，小部分经过氢气热交换器2与氢气喷射器1之间的壁面传递给氢气喷射器的气道，为氢气喷射器1预热，进一步提高能量利用率。

作为本实施例的优选实施方案，在气室出口接头与氢气喷射器入口的连接处设置有关断阀6，主关断阀6用于切断进入燃料电池系统15氢气进行保护系统；在氢气喷射器1上设置有压力传感器7和泄压阀8，通过集成压力传感器7对进入模块压力进行实时监控，若压力过高，则通过关断阀6切断氢气供应，打开泄压阀8对压力进行泄放，保护氢气喷射器1和燃料电池系统15，同时实现压力监测功能、压力泄放功能、氢气截断功能。

作为本实施例的优选实施方案，氢气喷射器1上还设置有用于与燃料电池系统15氢气出口连接的氢气循环入口10，所述气循环入口与氢气喷射器1的内部气道连通。所述氢气循环入口10与氢气喷射器1的出口同侧，且所述氢气循环入口10设置在氢气喷射器1的出口上游。燃料电池系统15氢气出口通过氢气循环入口10与氢气喷射器1连接，通过虹吸效应将燃料电池系统15氢气气流引入氢气喷射器前端，实现氢气喷射及氢气循环功能，充分提高氢气利用率。

作为本实施例的优选实施方案，所述气室入口接头4处设置有氢气过滤器3。整车气瓶氢气经过减压阀14减压后，接入装置氢气入口接头5，参考图2，氢气经氢气过滤器3后和接入氢气热交换器2的气室入口接头4；氢气过滤器3对进入氢气喷射器1的氢气进行过滤，降低氢气中固体颗粒堵塞喷射器喷嘴的风险，实现氢气过滤功能。

综上，本实施例如图4所示，将虚线框内的部件集成为一个整体，除了上述的效果以外，还减少了零件的整体体积空间，使零件一体化，结构紧凑，减少布置空间以及管路的连接，密封稳定性能好。

虽然，上文中已经用具体实施方式，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。