CN100483819C - 一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统 - Google Patents
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Abstract
一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，包括燃料电池堆(1)、氢气供给部分(2)、氢气回流部分(3)，其特征在于还包括氢气吹扫部分(4)，氢气吹扫部分(4)由装有吹扫气体的高压吹扫气瓶(41)、与吹扫气瓶连接的吹扫气体控制电磁阀(44)、与吹扫气体控制电磁阀(44)连通的减压阀(43)、以及连接在吹扫气瓶(41)上的单向阀(42)组成。经过氢气吹扫部分的吹扫，使燃料电池堆内的氢腔及氢气通道内的残留氢气被清除，在开机或者停机时，可有效的防止燃料电池氢腔内因电化学反应产生的瞬间较高电势，致使膜电极烧毁，从而大大提高了质子交换膜燃料电池的使用寿命。本发明还具有结构简单，效率高，寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池，尤其涉及质子交换膜燃料电池的氢气系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池可以用作车、船的动力装置。以质子交换膜燃料电池为动力装置的发动机的工作方式与内燃机类似，必须连续不断地把氢燃料和氧化剂送入电池，并连续排出反应产物水和一定的废热以维持电池物料与热的平衡。所以为维持质子交换膜燃料电池发动机系统连续工作，通常包括空气系统、氢气系统和冷却部分。空气系统向燃料电池提供具有一定压力、湿度温度的空气量，保证氧化剂的供应；氢气系统提供具有相应压力、湿度和温度的氢气量，满足还原剂的需求；冷却部分保证燃料电池需要的工作温度。
目前使用的质子交换膜燃料电池发动机的氢气支持系统只包括氢气供应部分和回流部分。氢气供应部分通常包括与高压氢气瓶依次连接的减压装置、稳压装置、增湿装置。回流部分通常包含了与分水装置连接的尾排控制阀和回流泵。
现有质子交换膜燃料电池发动机氢气系统有如下不足：
1、当质子交换膜燃料电池发动机长时间停机的时候，由于电池氢腔和氢气管路存在不可避免的微量泄漏，使空气进入电池氢腔内，在电池膜电极(MEA)上催化剂的作用下，氢腔内残留的氢气和空气中的氧气发生电化学反应，瞬间产生较高的电势，容易烧毁膜电极(MEA)，降低质子交换膜燃料电池的使用寿命。
2、质子交换膜燃料电池发动机开机通入氢气时，在电池膜电极(MEA)上催化剂的作用下，氢气首先与氢腔内泄漏进的空气中氧气发生电化学反应，也要瞬间产生较高的电势，容易烧毁膜电极(MEA)。
3、新组装的质子交换膜燃料电池发动机，由于管路、氢路元件及电池氢腔内自然存在大量空气，开机时更容易出现氢腔内电化学反应，瞬间产生较高的电势，降低质子交换膜燃料电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足，提供的一种提高燃料电池发动机使用寿命的氢气系统。
本发明的技术方案是：一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，包括燃料电池堆、氢气供给部分、氢气回流部分，其特征在于所述的氢气系统中还包括了氢气吹扫部分，氢气吹扫部分由装有吹扫气体的高压吹扫气瓶、与吹扫气瓶连接的吹扫气体控制电磁阀、与吹扫气体控制电磁阀连通的减压阀、以及连接在吹扫气瓶上的单向阀组成，氢气吹扫部分的减压阀与氢气系统的氢气增湿装置连通，吹扫气瓶上的单向阀是向高压吹扫气瓶充气用的阀。
本发明所述的一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，其特征在于所述的吹扫气瓶内的气体为惰性气体。
本发明所述的一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，其特征在于所述的吹扫气瓶内的惰性气体是氮气或氩气。
本发明所述的一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，包括燃料电池堆、氢气供给部分、氢气回流部分，氢气系统的工作程序包括氢气供给部分的高压氢气瓶内的氢气经过减、稳压和增湿后进入燃料电池堆，在燃料电池堆内反应后，每参加反应的氢气携带杂质和反应生成的部分水，进入氢气回流部分的分水器，分水后氢气经回流泵送进氢气供给部分的增湿装置与新鲜氢气一起又进入燃料电池堆参加反应；杂质、水和少部分氢气经尾排电磁阀断地排入大气。其特征在于所述的氢气系统工作程序中，还包括以下氢气吹扫部分的工作程序：
1)在启动氢气供给部分的高压氢气瓶向燃料电池堆输送氢气前，先启动氢气吹扫部分，打开吹扫气体控制电磁阀和氢气回流部分的尾排电磁阀；
2)吹扫气瓶内的吹扫气体经过减压阀和稳压装置后，进入氢气供给部分的氢气增湿装置，对氢气增湿装置进行吹扫后，由燃料电池堆的氢气入口进入燃料电池堆，对燃料电池堆进行吹扫；
3)吹扫气体吹扫过燃料电池堆后，由氢气出口流出，经氢气分水器和尾排电磁阀排入大气；
4)吹扫完成后，关闭吹扫气体控制电磁阀，启动氢气供给部分，打开控制电磁阀，开启氢气回流泵，高压氢气瓶内的氢气进入向电池堆输送氢气的工作程序；
5)氢气系统停机时，先关闭控制电磁阀，然后开启吹扫气体控制电磁阀，尾排电磁阀保持开启状态，再次对氢气系统进行吹扫，吹扫完后，关闭吹扫气体控制电磁阀、尾排电磁阀和氢气回流泵，系统进入完全停机状态。
本发明所述一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，其特征在于吹扫气体进入电堆的压力与进入电堆的氢气压力相同。压力不足时，由高压气源通过连接在吹扫气瓶上的单向阀对吹扫气瓶进行充气，充气过程在停机状态下进行。
本发明的有益效果是：
1、经过氢气吹扫部分的吹扫，使燃料电池堆内的氢腔及氢气通道内的残留氢气被清除，在开机或者停机时，可有效的防止燃料电池氢腔内，在电池膜电极(MEA)上催化剂的作用下氢氧发生电化学反应的发生，致使瞬间产生较高的电势烧毁膜电极(MEA)，从而大大提高了质子交换膜燃料电池的使用寿命。
2、本发明仅在源侄子交换米燃料电池的氢气系统的基础上，增加了氢气吹扫部分，吹扫部分的结构简单，效率高，寿命长，可大幅度提高质子交换膜燃料电池发动机的使用寿命。
3、本发明的氢气系统，工作过程操作方便，容易掌握。
4、本发明适用性广，可广泛应用于质子交换膜燃料电池的氢气系统。
附图说明
本发明有附图2幅，其中：
图1为本发明的氢气系统图。
图2为常见发动机的氢气系统图。
附图中，1、燃料电池堆 11、氢气出口 12、氢气入口 2、氢气供给部分 21、高压氢气瓶 22、控制电磁阀 23、减压装置 24、稳压装置 25、氢气增湿装置 26、单向阀 3、氢气回流部分 31、氢气分水器 32、氢气回流泵 33、尾排电磁阀 4、氢气吹扫部分 41、吹扫气瓶 42、单向阀43、减压阀 44、吹扫气体控制电磁阀。
具体实施方式
下面将结合附图1的实施例对本发明作进一步说明。
氢气系统包括燃料电池堆1、氢气供给部分2、氢气回流部分3和氢气吹扫部分4。燃料电池堆1设有氢气入口12和氢气出口11。氢气供给部分2包括依次与高压氢气瓶21联接的控制电磁阀22、减压装置23、稳压装置24、氢气增湿装置25及连接在高压氢气瓶上的单向阀26。增湿装置的出口与燃料电池堆1的氢气入口12连接。氢气回流部分3包括与燃料电池堆的氢气出口连接的氢气分水器31、与氢气分水器连接的氢气回流泵32及尾排电磁阀33。氢气吹扫部分4由与装有高压吹扫气体---氮气的吹扫气瓶41依次连接的吹扫气体控制电磁阀44、减压阀43以及连接在吹扫气瓶41上的单向阀42组成，氢气吹扫部分的减压阀43与氢气供给部分的稳压装置连接。
氢气系统工作时，首先打开吹扫气体控制电磁阀44和尾排电磁阀33，吹扫气瓶41内的气体依次经过吹扫气体控制电磁阀44、减压阀43、稳压装置24和氢气增湿装置25，由燃料电池堆1的氢气入口11进入燃料电池堆1后，由氢气出口12流出，经氢气分水器31和尾排电磁阀33排入大气。吹扫后，关闭吹扫气体控制电磁阀44，打开氢气控制电磁阀22，开启氢气回流泵32，高压氢气瓶21内的氢气依次经过控制电磁阀22，减压装置23、稳压装置24，进入氢气增湿装置25，增湿后携带水汽，由氢气入口12进入燃料电池堆1，与阳极氧化剂进行反应，燃料电池堆1开始发电，部分氢气，杂质和反应生成的部分水，由氢气出口11流入氢气分水器31，进行分水，在氢气回流泵32的工作下，大部分尾排氢气送进了氢气增湿装置25后，与新鲜氢气一起进入燃料电池堆1参加反应；由于尾排电磁阀33不断地开启和关闭，氢气分水器31内的杂质，水，和少部分氢气被间断地排入大气。
氢气系统停机时，关闭氢气控制电磁阀22，开启吹扫气体控制电磁阀44，并保证尾排电磁阀33开启，再次对氢气系统进行吹扫，吹扫完后，关闭吹扫气体控制电磁阀44、尾排电磁阀33和氢气回流泵32，系统完全进入停机状态。
当吹扫气瓶41内气体压力不足时，由高压吹扫气体气源通过单向阀42对吹扫气瓶41进行充气；充完气后，切断高压气源，单向阀42自动关闭，保证吹扫气瓶41内气体不外漏。充气过程在停机状态下进行。
Claims (5)
1、一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，包括燃料电池堆(1)、氢气供给部分(2)、氢气回流部分(3)，其特征在于所述的氢气系统中还包括了氢气吹扫部分(4)，氢气吹扫部分(4)由装有吹扫气体的高压吹扫气瓶(41)、与吹扫气瓶连接的吹扫气体控制电磁阀(44)、与吹扫气体控制电磁阀(44)连通的减压阀(43)、以及连接在吹扫气瓶(41)上与吹扫气体控制电磁阀(44)不在同一条气路上的单向阀(42)组成，氢气吹扫部分(4)的减压阀(43)与氢气系统的氢气增湿装置连通。
2、根据权利要求1所述一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，其特征在于所述的吹扫气瓶(41)内的气体为惰性气体。
3、根据权利要求2所述的一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，其特征在于所述的吹扫气瓶(41)内的惰性气体是氮气或氩气。
4、一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统的运行方法，包括燃料电池堆(1)、氢气供给部分(2)、氢气回流部分(3)，氢气系统工作程序包括氢气供给部分的高压氢气瓶(21)内的氢气经过减、稳压和增湿后进入燃料电池堆(1)，在燃料电池堆(1)内反应后，没参加反应的氢气携带杂质和反应生成的部分水，进入氢气回流部分的分水器(31)，分水后氢气经回流泵(32)送进氢气供给部分的增湿装置(25)与新鲜氢气一起又进入燃料电池堆(1)参加反应；杂质、水和少部分氢气经尾排电磁阀(33)间断地排入大气，其特征在于所述的氢气系统工作程序中，还包括以下氢气吹扫部分(4)的工作程序：
1)在启动氢气供给部分的高压氢气瓶(21)向燃料电池堆输送氢气前，先启动氢气吹扫部分，打开吹扫气体控制电磁阀(44)和氢气回流部分的尾排电磁阀(33)；
2)吹扫气瓶(41)内的吹扫气体经过减压阀(43)和稳压装置(24)后，进入氢气供给部分的氢气增湿装置(25)，对氢气增湿装置(25)进行吹扫后，由燃料电池堆(1)的氢气入口(12)进入燃料电池堆(1)，对燃料电池堆(1)进行吹扫；
3)吹扫气体吹扫过燃料电池堆后，由氢气出口(11)流出，经氢气分水器(31)和尾排电磁阀(33)排入大气；
4)吹扫完成后，关闭吹扫气体控制电磁阀(44)，启动氢气供给部分，打开控制电磁阀(22)，开启氢气回流泵(32)，高压氢气瓶(21)内的氢气进入向电池堆输送氢气的工作程序；
5)氢气系统停机时，先关闭控制电磁阀(22)，然后开启吹扫气体控制电磁阀(44)，尾排电磁阀(33)保持开启状态，再次对氢气系统进行吹扫，吹扫完后，关闭吹扫气体控制电磁阀(44)、尾排电磁阀(33)和氢气回流泵(32)，系统进入完全停机状态。
5、根据权利要求1和4所述一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，其特征在于吹扫气体进入电池堆(1)的压力与进入电池堆(1)的氢气压力相同。
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