CN113675441B - 一种用于燃料电池的吹扫保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池的吹扫保护装置，包括电磁阀、过滤器、真空泵、气体循环泵、汽水分离器、质量流量计、高频电磁阀、背压阀、阻火器、减压阀、质量流量控制器、止回阀、压力传感器、温度传感器、氢气浓度传感器、氧气浓度传感器等主要零部件；本发明利用真空泵快速抽取残余反应气和产物；本发明具有氮气定流量连续背压吹扫和定压力脉冲吹扫功能；本发明在氮气循环吹扫的同时可添加微量氧气进行燃料电池阳极侧活化。

Description

一种用于燃料电池的吹扫保护装置
技术领域
本发明属于吹扫设备技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的吹扫保护装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的先进发电装置，是当前最具潜力的氢能应用方式。该发电装置具有环境友好、振动与噪音小、能量密度高、能量转换效率高、功率组合灵活等诸多优点。
质子交换膜燃料电池在启动前，一般需要置换燃料电池内部的气体；在停机后，为了迅速降低燃料电池电压，一般需要尽快排空残余反应气和产物水；在燃料电池运行一段时间性能有所下降后，在阳极侧适当通入微量氧气有利于性能恢复。
为满足上述燃料电池运行保障需要，一般都采用外接氮气吹扫置换的方式，存在吹扫流程不规范、吹扫不彻底、耗时长、功能单一等问题。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种用于燃料电池的吹扫保护装置，以满足燃料电池吹扫、置换、再活化等需要。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于燃料电池的吹扫保护装置，包括抽真空支路、氮气吹扫支路和氮气循环支路；所述的抽真空支路包括顺序连接的出气电磁阀、主过滤器、汽水分离器、主质量流量计和阻火器，用于排空氢气，所述的出气电磁阀反应气进口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆反应气出口端相连接，所述的汽水分离器上还连接有排水电磁阀，用于排水；所述的氮气吹扫支路包括顺序连接的氮气过滤器、氮气减压阀、氮气电磁阀、氮气质量流量控制器、氮气止回阀以及顺序连接的进气电磁阀和阻火器，用于氮气吹扫，所述氮气过滤器的进口端连接外部氮气源，所述的氮气止回阀通过出气电磁阀出口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆反应气出口端相连接，所述的进气电磁阀出口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆反应气进口端相连接；所述的氮气循环支路包括顺序连接的主过滤器、汽水分离器、主质量流量计以及顺序连接的氧气过滤器、氧气减压阀、氧气电磁阀、氧气质量流量控制器、氧气止回阀，所述氧气过滤器的进口端连接外部氧气源，所述的主质量流量计和氧气止回阀同时连接进气电磁阀。
所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其进气电磁阀入口与主质量流量计之间还连接有由背压阀和高频电磁阀并联构成的吹扫辅助支路。
所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其汽水分离器与主质量流量计之间还连接有由真空泵和气体循环泵并联构成的吹扫气驱动装置。其中真空泵和气体循环泵上分别串联有第一吹扫电磁阀和第二吹扫电磁阀。
所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其氧气过滤器出口端连接管上设置有压力传感器。
所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，出气电磁阀出口段连接管上设置有压力传感器、氢气浓度传感器、氧气浓度传感器。氮气过滤器出口端连接管上设置有压力传感器。进气电磁阀出口端连接管上设置有压力传感器和温度传感器。
本发明的有益效果是：
1，利用真空泵快速抽取残余反应气和产物，减少吹扫气体的消耗，具有氮气定流量连续背压吹扫和定压力脉冲吹扫功能，而且可以按需要收集残余反应气和产物，适用于对外排放吹扫气体受限的密封环境。
2，氮气吹扫时可量化控制，设置为定流量连续背压吹扫模式时，可调节吹扫流量和背压；设置定压力脉冲吹扫模式时，可调节吹扫压力和脉冲排放量。
3，在氮气循环吹扫的同时可添加微量氧气进行燃料电池阳极侧活化，有利于燃料电池性能恢复。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中标记说明：1—质子交换膜燃料电池电堆，2—出气电磁阀，3—主过滤器，4—第一吹扫电磁阀，5—第二吹扫电磁阀，6—真空泵，7—气体循环泵，8—汽水分离器，9—主质量流量计，10—高频电磁阀，11—背压阀，12—阻火器，13—氮气过滤器，14—氮气减压阀，15—氮气电磁阀，16—氮气质量流量控制器，17—氮气止回阀，18—氧气过滤器，19—氧气减压阀，20—氧气电磁阀，21—氧气质量流量控制器，22—氧气止回阀，23—排水电磁阀，24—进气电磁阀，26—氢气浓度传感器，27—氧气浓度传感器，28—温度传感器，25/29/30/31—压力传感器。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明如下。
如图1所示，本发明公开了一种用于燃料电池的吹扫保护装置，包括抽真空支路、氮气吹扫支路和氮气循环支路。
所述的抽真空支路包括顺序连接的出气电磁阀2、主过滤器3、汽水分离器8、主质量流量计9和阻火器12，用于排空氢气，所述的出气电磁阀2反应气进口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆1反应气出口端相连接，所述的汽水分离器8上还连接有排水电磁阀23，用于排水。
所述的氮气吹扫支路包括顺序连接的氮气过滤器13、氮气减压阀14、氮气电磁阀15、氮气质量流量控制器16、氮气止回阀17以及顺序连接的进气电磁阀24和阻火器12，用于氮气吹扫，所述氮气过滤器13的进口端连接外部氮气源，氮气过滤器13出口端连接管上设置有压力传感器30，所述的氮气止回阀17通过出气电磁阀2出口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆1反应气出口端相连接，所述的进气电磁阀24出口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆1反应气进口端相连接，进气电磁阀24出口端连接管上设置有压力传感器29和温度传感器28，所述的进气电磁阀24入口与主质量流量计9之间还连接有由背压阀11和高频电磁阀10并联构成的吹扫辅助支路。所述的汽水分离器8与主质量流量计9之间还连接有由真空泵6和气体循环泵7并联构成的吹扫气驱动装置。其中真空泵6和气体循环泵7上分别串联有第一吹扫电磁阀4和第二吹扫电磁阀5，所述的出气电磁阀2出口段连接管上设置有压力传感器25、氢气浓度传感器26、氧气浓度传感器27。
所述的氮气循环支路包括顺序连接的主过滤器3、汽水分离器8、主质量流量计9以及顺序连接的氧气过滤器18、氧气减压阀19、氧气电磁阀20、氧气质量流量控制器21、氧气止回阀22，所述氧气过滤器18的进口端连接外部氧气源，氧气过滤器18出口端连接管上设置有压力传感器31，所述的主质量流量计9和氧气止回阀22同时连接进气电磁阀24，所述的出气电磁阀2进口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆1反应气出口端相连接，所述的进气电磁阀24出口端通过连接管与质子交换膜燃料电池电堆1反应气进口端相连接。
本发明装置进行抽真空操作时，首先关闭第二吹扫电磁阀5、氮气电磁阀15、氧气电磁阀20、进气电磁阀24和背压阀11，开启出气电磁阀2、第一吹扫电磁阀4和高频电磁阀10，启动真空泵6，根据具体需要调节真空度，待燃料电池电堆电压降至安全范围或其他要求时关闭真空泵6和第一吹扫电磁阀4，开启氮气电磁阀15和进气电磁阀24，定压吹扫一段时候后关闭高频电磁阀10和出气电磁阀2和进气电磁阀24，其中氮气减压阀14设定的压力满足燃料电池承压要求。
本发明的装置进行氮气吹扫操作时，首先关闭第一吹扫电磁阀4、第二吹扫电磁阀5、氧气电磁阀20、高频电磁阀10和背压阀11，开启出气电磁阀2、氮气电磁阀15和进气电磁阀24，其中氮气减压阀14设定的压力满足燃料电池承压要求；根据燃料电池具体吹扫需要选择定流量连续背压吹扫模式或定压力脉冲吹扫模式，选择前者时通过氮气质量流量控制器16设定流量，通过背压阀11设定背压；选择后者时通过氮气减压阀14设定压力，通过高频电磁阀10设定脉冲排放时间和脉冲排放间隔时间。
本发明的装置进行氮气循环操作时，首先关闭第一吹扫电磁阀4、氧气电磁阀20、高频电磁阀10和背压阀11，开启出气电磁阀2、氮气电磁阀15和进气电磁阀24，其中氮气减压阀14设定的压力满足燃料电池承压要求；然后通过高频电磁阀10脉冲排放氮气进行置换，置换完成后关闭高频电磁阀10，并开启气体循环泵7；在氮气循环过程中，观察主质量流量计9并通过气体循环泵7调节循环流量，通过氢气浓度传感器26观察氢气浓度变化，同时通过高频电磁阀10脉冲排放氮气降低氢气浓度；在需要添加氧气进行活化时，调节氧气减压阀19使其阀后压力略高于氮气减压阀14阀后压力，间断开启氧气电磁阀20，同步观察氧气浓度传感器27，以控制循环气中的氧气含量，或者通过氧气质量流量控制器21定量注入氧气，具体氧气浓度和氧气量由燃料电池活化特性决定。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其特征在于：包括抽真空支路、氮气吹扫支路和氮气循环支路；
所述的抽真空支路包括顺序连接的出气电磁阀（2）、主过滤器（3）、汽水分离器（8）、主质量流量计（9）和阻火器（12），所述的出气电磁阀（2）进口端与质子交换膜燃料电池电堆（1）反应气出口端相连接，所述的汽水分离器（8）上还连接有排水电磁阀（23）；
所述的氮气吹扫支路包括顺序连接的氮气过滤器（13）、氮气减压阀（14）、氮气电磁阀（15）、氮气质量流量控制器（16）、氮气止回阀（17）以及顺序连接的进气电磁阀（24）和阻火器（12），所述氮气过滤器（13）的进口端连接外部氮气源，所述的氮气止回阀（17）通过出气电磁阀（2）与质子交换膜燃料电池电堆（1）反应气出口端相连接，所述的进气电磁阀（24）入口与主质量流量计（9）之间还连接有由背压阀（11）和高频电磁阀（10）并联构成的吹扫辅助支路，进气电磁阀（24）出口端与质子交换膜燃料电池电堆（1）反应气进口端相连接；
所述的氮气循环支路包括顺序连接的主过滤器（3）、汽水分离器（8）、主质量流量计（9）以及顺序连接的氧气过滤器（18）、氧气减压阀（19）、氧气电磁阀（20）、氧气质量流量控制器（21）、氧气止回阀（22），所述氧气过滤器（18）的进口端连接外部氧气源，所述的主质量流量计（9）和氧气止回阀（22）同时连接进气电磁阀（24），汽水分离器（8）与主质量流量计（9）之间还连接有由真空泵（6）和气体循环泵（7）并联构成的吹扫气驱动装置，所述的真空泵（6）和气体循环泵（7）上分别串联有第一吹扫电磁阀（4）和第二吹扫电磁阀（5），循环操作时开启出气电磁阀（2）、氮气电磁阀（15）和进气电磁阀（24），然后通过高频电磁阀（10）脉冲排放氮气进行置换，置换完成后关闭高频电磁阀（10）并开启气体循环泵（7）。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其特征在于，所述出气电磁阀（2）出口段设置有压力传感器（25）、氢气浓度传感器（26）和氧气浓度传感器（27）。
3.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其特征在于，所述的氮气过滤器（13）出口端设置有压力传感器（30）。
4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其特征在于，所述的氧气过滤器（18）出口端连接管上设置有压力传感器（31）。
5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的吹扫保护装置，其特征在于，所述的进气电磁阀（24）出口端设置有压力传感器（29）和温度传感器（28）。
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