CN110854415B - 一种燃料电池吹扫装置及其吹扫方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种燃料电池吹扫装置及其吹扫方法。其中燃料电池吹扫装置包括反应炉、三通阀、阳极吹扫阀和阴极吹扫阀；其中，反应炉能对空气进行脱氧处理；阴极吹扫阀的入口与反应炉的出口连通，阴极吹扫阀的出口与燃料电池的阴极及阳极吹扫阀的入口连通，阳极吹扫阀的出口与燃料电池的阳极连通；三通阀的两个出口分别与反应炉的入口及燃料电池的阴极入口连接。本发明还公开了一种采用上述燃料电池吹扫装置的燃料电池吹扫方法。本发明采用电加热反应炉，加热特定的脱氧剂，能对燃料电池的阳极和阴极分别进行吹扫，使燃料电池的性能更好，安全系数更高。

Description

一种燃料电池吹扫装置及其吹扫方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池吹扫装置及其吹扫方法。

背景技术

停启时的电堆性能劣化是影响PEM燃料电池使用寿命的主要原因。在停启时，阴极上形成过高的电势将使阴极催化层上的碳基体更易与氧气或水发生氧化反应，从而造成铂催化剂凝结，电堆性能劣化；同时，阴极中的氧气仍会渗透至阳极，并在下次工作时在阳极形成氢氧界面，进一步劣化电堆的性能。目前，针对氢氧界面最有效的预防措施就是采用氮气进行停启时的吹扫操作，但在车载环境下，氮气的储藏和补充显得十分不便，且在密闭的乘员舱内还存在一定的安全风险。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种燃料电池吹扫装置及其吹扫方法，能对燃料电池的阳极和阴极分别进行吹扫，使燃料电池的性能更好，安全系数更高。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池吹扫装置，反应炉，能对空气进行脱氧处理；

阳极吹扫阀和阴极吹扫阀，所述阴极吹扫阀的入口与所述反应炉的出口连通，所述阴极吹扫阀的出口与所述燃料电池的阴极及所述阳极吹扫阀的入口连通，所述阳极吹扫阀的出口与所述燃料电池的阳极连通；

三通阀，所述三通阀的两个出口分别与所述反应炉的入口及所述燃料电池的阴极入口连接。

作为一种燃料电池吹扫装置的优选方案，所述燃料电池的阳极出口设置有排氢排水阀；所述燃料电池的阴极出口设置有排气截止阀。

作为一种燃料电池吹扫装置的优选方案，所述阳极出口与所述阳极入口连通，且所述阳极入口和所述阳极出口之间设置有回氢截止阀。

作为一种燃料电池吹扫装置的优选方案，所述阳极入口还连接有氢气发生装置，所述氢气发生装置与所述阳极入口之间设置有氢进电磁阀，所述氢进电磁阀和所述阳极入口之间还通过分流阀与所述反应炉的入口连接。

作为一种燃料电池吹扫装置的优选方案，所述三通阀的入口与空压机的出口连接，所述三通阀连通所述空压机和所述反应炉入口，以为所述反应炉反应提供空气；所述三通阀连通所述空压机和所述阴极入口，以为所述燃料电池工作提供空气。

作为一种燃料电池吹扫装置的优选方案，所述阴极吹扫阀的出口与所述阴极入口之间还设置有中冷器，且所述阳极吹扫阀的入口位于所述中冷器和所述阴极入口之间。

一种燃料电池吹扫方法，能采用如上任一方案所述的燃料电池吹扫装置对所述燃料电池的阳极和阴极进行吹扫。

作为一种燃料电池吹扫方法的优选方案，关机吹扫过程包括：

关闭氢进电磁阀，停止向阳极入口供应氢气，将三通阀连通空压机与反应炉，并关闭阴极吹扫阀，空气吹扫反应炉；

关闭排气截止阀，打开阴极吹扫阀、阳极吹扫阀和排氢排水阀，反应炉内脱氧后气体吹扫阳极；

关闭阳极吹扫阀和排氢排水阀，打开排气截止阀，反应炉内脱氧后的气体吹扫阴极。

作为一种燃料电池吹扫方法的优选方案，关机吹扫完成后，脱氧剂还原流程包括：

打开反应炉的尾排阀和分流阀，氢气吹扫反应炉；

关闭反应炉的尾排阀，反应炉反应，通过分流阀向反应炉内通入适当氢气，通过尾排阀排出反应炉内的水，直到反应炉内脱氧剂全部还原。

作为一种燃料电池吹扫方法的优选方案，开机吹扫流程包括：

打开排氢排水阀和氢进电磁阀，氢气吹扫阳极，吹扫完成后关闭排氢排水阀，并打开回氢截止阀；

将三通阀连通空压机与阴极入口，打开排气截止阀，空气吹扫阴极。

本发明的有益效果为：通过设置阴极吹扫阀和阳极吹扫阀，实现吹扫燃料电池的阴极和阳极的功能，保证了燃料电池的性能；其中，阴极吹扫阀和阳极吹扫阀均与反应炉的出口连接，反应炉能对空气进行脱氧处理，相比现有技术中采用氮气吹扫，采用脱氧后的空气对阳极和阴极进行吹扫更加经济、方便和安全；同时，燃料电池的阴极入口还设置有三通阀，吹扫完成后能将燃料电池的阴极入口封闭，防止空气进入燃料电池发生氧化反应，保证了燃料电池的良好性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的燃料电池吹扫装置的示意图。

图中：

100-燃料电池；

1-反应炉；2-阳极吹扫阀；3-阴极吹扫阀；4-三通阀；5-阴极入口；6-阴极出口；7-阳极入口；8-阳极出口；9-排氢排水阀；10-回氢截止阀；11-排气截止阀；12-空压机；13-氢进电磁阀；14-分流阀；15-尾排阀；16-减压阀；17-引射器；18-反应炉减压阀；19-循环泵；20-中冷器；21-背压阀；22-空滤。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种燃料电池吹扫装置，能对燃料电池100的阳极和阴极分别进行吹扫。该燃料电池吹扫装置包括反应炉1、三通阀4、阳极吹扫阀2和阴极吹扫阀3；其中，反应炉1能对空气进行脱氧处理；阴极吹扫阀3的入口与反应炉1的出口连通，阴极吹扫阀3的出口与燃料电池100的阴极及阳极吹扫阀2的入口连通，阳极吹扫阀2的出口与燃料电池100的阳极连通；三通阀4的两个出口分别与反应炉1的入口及燃料电池100的阴极入口5连接。

通过设置阴极吹扫阀3和阳极吹扫阀2，实现吹扫燃料电池100的阴极和阳极的功能，保证了燃料电池100的性能；其中，阴极吹扫阀3和阳极吹扫阀2均与反应炉1的出口连通，反应炉1能对空气进行脱氧处理，相比现有技术中采用氮气吹扫，采用脱氧后的空气对阳极和阴极进行吹扫更加经济、方便和安全；同时，燃料电池100的阴极入口5还设置有三通阀4，吹扫完成后能将燃料电池100的阴极入口5的封闭，防止空气进入燃料电池100发生氧化反应，保证了燃料电池100的良好性能。

为满足燃料电池100的工作需要，燃料电池100的阳极入口7还连接有氢气发生装置，氢气发生装置与阳极入口7之间设置有氢进电磁阀13，用于控制氢气进入阳极入口7；氢进电磁阀13和阳极入口7之间还设置有氢气支路，该氢气支路的一端与氢进电磁阀13连接，另一端通过分流阀14与反应炉1的入口连接，用于向反应炉1内补充氢气。具体地，氢气支路上，分流阀14之前还设置有反应炉减压阀18，用于保证进入反应炉1内的氢气的压力；氢进电磁阀13与阳极入口7之间还依次设置有减压阀16和引射器17，减压阀16用于控制进入阳极入口7的氢气压力，引射器17用于将氢气引导喷射进阳极入口7。燃料电池100还具有阳极出口8，阳极出口8通过回氢截止阀10与引射器17连接。

为实现对氢气的循环利用，阳极出口8通过回氢截止阀10与引射器17连接，回收的氢气进入阳极入口7。当对阳极进行吹扫时，则关闭回氢截止阀10，能有效防止脱氧空气和其他杂质进入阳极入口7，影响燃料电池100的性能。

阴极吹扫阀3的入口与反应炉1的出口连通，阴极吹扫阀3的出口与燃料电池100的阴极入口5以及阳极吹扫阀2入口连接，燃料电池100的阴极出口6设置有排气截止阀11。吹扫阴极时，打开8的排氢排水阀9和阴极吹扫阀3，脱氧后的空气依次经过阴极吹扫阀3、阴极入口5、阴极、阴极出口6和排气截止阀11，完成对阴极的吹扫。

优选地，阴极吹扫阀3与阴极入口5之间设置有中冷器20，用于保证吹扫阴极的气体具有合适的温度；排气截止阀11的下游设置有背压阀21，用于保证阴极出口6处具有一定压力。

阳极吹扫阀2的入口与阴极吹扫阀3的出口连通，阳极吹扫阀2的出口与阳极入口7连通，进一步地，阳极吹扫阀位于中冷器20的下游，使吹扫阳极的气体具有合适的温度，燃料电池100的阳极出口8设置有排氢排水阀9。吹扫阳极时，关闭回氢截止阀10，打开排氢排水阀9、阳极吹扫阀2和阴极吹扫阀3，脱氧后的空气依次经过阴极吹扫阀3、中冷器20、阳极吹扫阀2、阳极入口7、阳极、阳极出口8和排氢排水阀9，完成对阳极的吹扫。

进一步地，三通阀4的入口连接有空压机12，三通阀4的两个出口分别连接反应炉1的入口以及燃料电池100的阴极入口5。当燃料电池100需要进行吹扫时，三通阀4连通空压机12和反应炉1入口，为反应炉1反应提供空气，便于反应炉1反应对空气进行脱氧，以对阳极和阴极进行吹扫；当燃料电池100正常工作时，三通阀4连通空压机12和燃料电池100的阴极入口5，以为燃料电池100工作提供空气。

于本实施例中，反应炉1出口和氢气支路之间还设置有循环泵19，用于使反应炉1内气体流动，以保证反应炉1内气体反应充分；反应炉1还设置有尾排阀15，用于排出反应炉1内反应后的水或气体；空压机12之前设置有空滤22，用于过滤空气，保证进入燃料电池吹扫装置内的气体的清洁；其中循环泵19、尾排阀15和空滤22均属于本领域常规技术手段，具体结构和安装方式在此不再赘述。

实施例二

本实施方式还提供一种燃料电池吹扫方法，能采用实施例一中所述的燃料电池吹扫装置对燃料电池100的阳极和阴极进行吹扫。

具体地，燃料电池吹扫方法中的关机吹扫过程为：关闭氢进电磁阀13，氢气停止供应，待阳极氢气压力降至设定值后，关闭回氢截止阀10，打开尾排阀15，三通阀4切换至与反应炉1连通，关闭阴极吹扫阀3，启动空压机12向反应炉1中供应空气，进行反应炉1吹扫工作，排出反应炉1内可能存在的水及氢气；反应炉1吹扫完成后，空压机12进入待机状态，反应炉1开始加热，待加热到反应温度，关闭排气截止阀11和尾排阀15，打开阴极吹扫阀3、阳极吹扫阀2和排氢排水阀9，空压机12进入工作状态开始鼓风，富氧空气进入反应炉1反应脱氧后经阴极吹扫阀3进入中冷器20进行降温，随后经过阳极吹扫阀2进入燃料电池100的阳极进行吹扫；阳极吹扫完成后，关闭阳极吹扫阀2和排氢排水阀9，打开排气截止阀11，随后富氧空气依次通过阴极吹扫阀3和中冷器20进入燃料电池100的阴极进行吹扫；阴极吹扫完成后，打开尾排阀15，关闭阴极吹扫阀3，关闭排气截止阀11，反应炉1停止加热，空压机12继续鼓风冷却反应炉1，当反应炉1冷却到设定温度，空压机12停止工作，关闭尾排阀15。

燃料电池吹扫方法中的开机吹扫流程包括：打开排氢排水阀9，打开氢进电磁阀13，氢气供入阳极入口7，开始阳极吹扫；吹扫完成后，关闭排氢排水阀9，打开回氢截止阀10，阳极准备完毕。三通阀4接入燃料电池侧，打开排气截止阀11，空压机12工作，开始阴极吹扫，直至燃料电池100内空气状态达到需求，阴极准备完毕，燃料电池100可接进入启动流程。

当完成停机脱氧吹扫后，脱氧剂由于与空气中的氧气发生化学反应，化学性质发生改变，需在下次燃料电池100启动，进入正常工作状态后对脱氧剂进行还原，以满足重复使用的目的。

脱氧剂还原流程包括：打开尾排阀15，打开分流阀14，氢气供入反应炉1内，用氢气对反应炉1进行吹扫，排出空气；反应炉1吹扫完成后，关闭尾排阀15，加热反应炉1至设定温度，循环泵19开始工作，分流阀14根据设定氢气压力需要定期开启向反应炉1补入氢气，尾排阀15定期开启排出反应生成水，直至反应炉1内脱氧剂完成还原；彻底关闭分流阀14，循环泵19停止工作，待反应炉1自然冷却到设定温度后，打开尾排阀15进行排水排气，达到设定的开启延时后关闭尾排阀15。若环境温度低于冰点，需维持反应炉1自加热，使其温度在冰点以上直至系统停机吹扫。脱氧剂经过多次的氧化及还原后，其物理特性将发生改变，定期更换脱氧剂以达到预期的能力需求。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种燃料电池吹扫装置，其特征在于，包括：

反应炉(1)，能对空气进行脱氧处理；

阳极吹扫阀(2)和阴极吹扫阀(3)，所述阴极吹扫阀(3)的入口与所述反应炉(1)的出口连通，所述阴极吹扫阀(3)的出口与所述燃料电池(100)的阴极及所述阳极吹扫阀(2)的入口连通，所述阳极吹扫阀(2)的出口与所述燃料电池(100)的阳极连通；

三通阀(4)，所述三通阀(4)的两个出口分别与所述反应炉(1)的入口及所述燃料电池(100)的阴极入口(5)连接；

所述反应炉(1)设置有尾排阀(15)，用于排出所述反应炉(1)内反应后的水或气体。

2.根据权利要求1所述的燃料电池吹扫装置，其特征在于，所述燃料电池(100)的阳极出口(8)设置有排氢排水阀(9)；所述燃料电池(100)的阴极出口(6)设置有排气截止阀(11)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池吹扫装置，其特征在于，所述阳极出口(8)与阳极入口(7)连通，且所述阳极入口(7)和所述阳极出口(8)之间设置有回氢截止阀(10)。

4.根据权利要求3所述的燃料电池吹扫装置，其特征在于，所述阳极入口(7)还连接有氢气发生装置，所述氢气发生装置与所述阳极入口(7)之间设置有氢进电磁阀(13)，所述氢进电磁阀(13)和所述阳极入口(7)之间还通过分流阀(14)与所述反应炉(1)的入口连接。

5.根据权利要求1所述的燃料电池吹扫装置，其特征在于，所述三通阀(4)的入口与空压机(12)的出口连接，所述三通阀(4)连通所述空压机(12)和所述反应炉(1)入口，以为所述反应炉(1)反应提供空气；所述三通阀(4)连通所述空压机(12)和所述阴极入口(5)，以为所述燃料电池(100)工作提供空气。

6.根据权利要求1所述的燃料电池吹扫装置，其特征在于，所述阴极吹扫阀(3)的出口与所述阴极入口(5)之间还设置有中冷器(20)，且所述阳极吹扫阀(2)的入口位于所述中冷器(20)和所述阴极入口(5)之间。

7.一种燃料电池吹扫方法，其特征在于，能采用如权利要求1-6任一项所述的燃料电池吹扫装置对所述燃料电池(100)的阳极和阴极进行吹扫。

8.根据权利要求7所述的燃料电池吹扫方法，其特征在于，关机吹扫过程包括：

关闭氢进电磁阀(13)，停止向阳极入口供应氢气，将三通阀(4)连通空压机(12)与反应炉(1)，并关闭阴极吹扫阀(3)，空气吹扫反应炉(1)；

关闭排气截止阀(11)，打开阴极吹扫阀(3)、阳极吹扫阀(2)和排氢排水阀(9)，反应炉(1)内脱氧后气体吹扫阳极；

关闭阳极吹扫阀(2)和排氢排水阀(9)，打开排气截止阀(11)，反应炉(1)内脱氧后的气体吹扫阴极。

9.根据权利要求8所述的燃料电池吹扫方法，其特征在于，关机吹扫完成后，脱氧剂还原流程包括：

打开反应炉(1)的尾排阀(15)和分流阀(14)，氢气吹扫反应炉(1)；

关闭反应炉(1)的尾排阀(15)，反应炉(1)反应，通过分流阀(14)向反应炉(1)内通入适当氢气，通过尾排阀(15)排出反应炉(1)内的水，直到反应炉(1)内脱氧剂全部还原。

10.根据权利要求7所述的燃料电池吹扫方法，其特征在于，开机吹扫流程包括：

打开排氢排水阀(9)和氢进电磁阀(13)，氢气吹扫阳极，吹扫完成后关闭排氢排水阀(9)，并打开回氢截止阀(10)；

将三通阀(4)连通空压机(12)与阴极入口(5)，打开排气截止阀(11)，空气吹扫阴极。

Images