專利名稱：燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，具體涉及一種用于燃料電池或燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在新能源技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，燃料電池系統(tǒng)及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的核心部分是燃料電池電堆。燃料電池系統(tǒng)是圍繞著燃料電池電堆，配以燃料供應(yīng)系統(tǒng)、空氣或氧氣供應(yīng)系統(tǒng)、 冷卻水系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構(gòu)成的；燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是應(yīng)用于交通運(yùn)輸設(shè)備的燃料電池系統(tǒng)。大型燃料電池系統(tǒng)通常采用高壓或加壓方式操作。之所以在較高壓力下操作燃料電池及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，是因?yàn)楦邏合氯剂想姵仉姸训慕粨Q電流密度增加，明顯提高電池的開路電壓，最終增加燃料電池的輸出功率。另外，操作壓力高，燃料電池電堆的入口空氣加濕相對(duì)容易。這里的所說的高壓或加壓，是指施加到燃料電池電堆中PEM質(zhì)子交換膜上的燃料系統(tǒng)壓力、氧氣或空氣壓力和冷卻水壓力值較高。在燃料電池電堆的應(yīng)用中，為了延長質(zhì)子交換膜的應(yīng)用期限，應(yīng)當(dāng)保證上述幾個(gè)壓力值相同。追求壓力平衡的目標(biāo)，是提高燃料電池電堆及燃料電池系統(tǒng)和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的關(guān)鍵。由此可見，高壓或加壓燃料電池和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)除了具有上述優(yōu)點(diǎn)外，它對(duì)燃料電池高壓的空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)提出了更高的要求。其中之一就是要求作用于燃料電池電堆中質(zhì)子交換膜上的燃料壓力、氧氣或空氣壓力和冷卻水壓力要平衡，以提高質(zhì)子交換膜的使用壽命。另外，以往燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料(氫氣)供給系統(tǒng)或稱輸入回路，通常由減壓緩沖閥、電磁閥、比例調(diào)節(jié)閥及氫氣回流泵等元件構(gòu)成，這些元件多在化工領(lǐng)域應(yīng)用，具有成本高、溫度范圍有限、響應(yīng)速度慢等缺陷，所構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)或燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)不適用于動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求高的設(shè)備或場合應(yīng)用，例如汽車上的應(yīng)用。再有，由于燃料供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和零部件的局限性，系統(tǒng)無法精確控制燃料電池系統(tǒng)或燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給量。綜上所述缺陷，現(xiàn)有燃料供給系統(tǒng)在某些領(lǐng)域(例如汽車上)應(yīng)用時(shí)，所構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)或燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)復(fù)雜、效率低、控制精度差，很難保證在變化工況條件下的壓力平衡并影響系統(tǒng)使用壽命，更重要的是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能不好，無法超越傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，以低成本、高可靠的方式實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)及多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)供給燃料的恒壓輸入控制、燃料供應(yīng)的精確流量控制。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，包括燃料源和燃料輸送管路，在所述燃料輸送管路上串聯(lián)有閥門、壓力調(diào)節(jié)器和共軌噴射裝置，所述共軌噴射裝置包括前、后兩個(gè)燃料軌和并聯(lián)在所述兩個(gè)燃料軌之間的多個(gè)噴射器，所述噴射器的輸入端都與前燃料軌相連接，噴射器的噴射端都與后燃料軌相連接。優(yōu)選地，所述閥門為電磁閥或手動(dòng)閥。優(yōu)選地，還包括增濕器與所述燃料輸送管路相連接。優(yōu)選地，所述壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置在共軌噴射裝置的上游。優(yōu)選地，所述壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置在共軌噴射裝置的下游。優(yōu)選地，在所述共軌噴射裝置下游的燃料輸送管路上還設(shè)有油軌或壓力緩沖罐。本發(fā)明在燃料輸送管路中引入了共軌噴射裝置，通過噴射器的燃料噴射，可以對(duì)燃料起到緩沖和穩(wěn)壓的作用，通過控制噴射器的開度，可以控制燃料的流量和壓力，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快和成本低的優(yōu)點(diǎn)。將本發(fā)明的共軌燃料供給系統(tǒng)，應(yīng)用于固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、移動(dòng)式燃料電池系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮(高壓或常壓)燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，有效解決燃料電池電堆的壓力平衡問題，大大提高燃料電池電堆的壽命；精確快速控制燃料供給量，提高控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、 壽命長和長久穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，并適合應(yīng)用于汽車等交通工具上，滿足零排放、大功率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特殊需求。該系統(tǒng)方案還可以用于實(shí)現(xiàn)多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)等。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)的第一種實(shí)施例。圖2是本發(fā)明燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)的第二種實(shí)施例。圖3是本發(fā)明燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)的第三種實(shí)施例。圖4是本發(fā)明燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)的第四種實(shí)施例。圖中1、燃料源2、閥門3、壓力調(diào)節(jié)器 4、燃料輸送管路5、前燃料軌 5’、后燃料軌6、噴射器7、增濕器8、共軌噴射裝置9、油軌或壓力緩沖罐
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的第一實(shí)施如圖1所示，燃料源1由高壓氫瓶構(gòu)成，其中包括緩沖閥和溢流閥等必要構(gòu)成部件，當(dāng)然在本發(fā)明中并不限于使用氫燃料，也可以是CNG(壓縮天然氣)、 LPG(液化石油氣)、汽油、乙醇汽油等其它可用的燃料。高壓氫瓶1與一個(gè)燃料輸送管路4 相連接，可以為燃料電池或燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃料。燃料輸送管路4中依次串聯(lián)有閥門2、壓力調(diào)節(jié)器3和共軌噴射裝置8，其中，共軌噴射裝置8包括前、后兩個(gè)燃料軌5、5’和并聯(lián)在這兩個(gè)燃料軌之間的多個(gè)噴射器6，每個(gè)噴射器6的輸入端都與前燃料軌5相連接，噴射器6的噴射端都與后燃料軌5’相連接，噴射器6向后燃料軌5’中噴射燃料，起到緩沖和穩(wěn)壓的作用，通過控制噴射器6的開度，可以控制燃料的流量和壓力。噴射器6的數(shù)量及噴射控制策略根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定。其中的閥門2可以是手動(dòng)閥，也可以是電磁閥。壓力調(diào)節(jié)器3將輸入的高壓力燃料(氫氣)降壓為適合燃料電池系統(tǒng)電堆應(yīng)用的恒定壓力，噴射器6根據(jù)燃料電池的運(yùn)行工況，調(diào)節(jié)燃料(氫氣)的輸出，供給燃料電池系統(tǒng)電堆使用。在本實(shí)施例中，壓力調(diào)節(jié)器 3設(shè)置在共軌噴射裝置8的上游，經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)器3減壓以后，到達(dá)共軌噴射裝置8的氫氣壓力已大為降低，共軌噴射裝置8無需承受很高的壓力，這有利于降低共軌噴射裝置8的成本。本發(fā)明的第二實(shí)施例如圖2所示，它是在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加了增濕器7，增濕器7與燃料輸送管路4的多個(gè)位置相連接，根據(jù)燃料電池對(duì)氫氣(燃料)的濕度要求，配套增設(shè)增濕功能。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定性，在共軌噴射裝置8下游的燃料輸送管路上還可以設(shè)置壓力緩沖罐9;應(yīng)用在多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)時(shí)，在共軌噴射裝置8下游的燃料輸送管路上可以設(shè)置油軌9。本發(fā)明的第三實(shí)施例如圖3所示，它與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，壓力調(diào)節(jié)器3設(shè)置在共軌噴射裝置8的下游，由共軌噴射裝置8輸出的高壓氫氣再經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)器3調(diào)壓后供給燃料電池系統(tǒng)，在這種結(jié)構(gòu)中，共軌噴射裝置8需要承受較高的壓力，但由于噴射器6 的噴射壓力高，在調(diào)節(jié)噴射器6的開度時(shí)，燃料壓力的響應(yīng)速度快，這有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。本發(fā)明的第四實(shí)施例如圖4所示，它是在第三實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加了增濕器7，分別與燃料輸送管路的多個(gè)位置相連接，可以為燃料增濕。本發(fā)明可以解決傳統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)/燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料輸入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，燃料電池電堆PEM質(zhì)子交換膜受壓力不平衡造成電堆及燃料電池系統(tǒng)壽命短問題；還體現(xiàn)燃料供給、輸入系統(tǒng)燃料流量無法精確、快速控制的問題導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，結(jié)果導(dǎo)致負(fù)載波動(dòng)引起燃料電池的燃料輸入壓力波動(dòng)或燃料輸入變化引起的燃料電池輸出波動(dòng)，輸出特性軟的問題和長期運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題等。該系統(tǒng)方案還可以實(shí)現(xiàn)在多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)上的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，包括燃料源和燃料輸送管路， 其特征是在所述燃料輸送管路上串聯(lián)有閥門、壓力調(diào)節(jié)器和共軌噴射裝置，所述共軌噴射裝置包括前、后兩個(gè)燃料軌和并聯(lián)在所述兩個(gè)燃料軌之間的多個(gè)噴射器，所述噴射器的輸入端都與前燃料軌相連接，噴射器的噴射端都與后燃料軌相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，其特征是 所述閥門為電磁閥或手動(dòng)閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，其特征是 還包括增濕器與所述燃料輸送管路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，其特征是 所述壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置在共軌噴射裝置的上游。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，其特征是 所述壓力調(diào)節(jié)器設(shè)置在共軌噴射裝置的下游。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，其特征是 在所述共軌噴射裝置下游的燃料輸送管路上還設(shè)有油軌或壓力緩沖罐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池或多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃料供給系統(tǒng)，包括燃料源和燃料輸送管路，在燃料輸送管路上串聯(lián)有閥門、壓力調(diào)節(jié)器和共軌噴射裝置，共軌噴射裝置包括前、后兩個(gè)燃料軌和并聯(lián)在兩個(gè)燃料軌之間的多個(gè)噴射器，噴射器的輸入端都與前燃料軌相連接，噴射器的噴射端都與后燃料軌相連接。本發(fā)明可以充分發(fā)揮燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，有效解決燃料電池電堆的壓力平衡問題，大大提高燃料電池電堆的壽命；精確快速控制燃料供給量，提高控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、壽命長和長久穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，并適合應(yīng)用于汽車等交通工具上，滿足零排放、大功率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特殊需求。
文檔編號(hào)F02M43/00GK102544552SQ20111041937
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者倪天鹿, 劉奮, 盧冶, 干頻, 章道彪 申請(qǐng)人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司