CN207381488U - 一种燃料电池并联式停机吹扫系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池并联式停机吹扫系统，包括电堆、供氢系统、供气系统、除湿循环系统；供氢系统包括氢气罐、减压阀、氢气进气截止阀；供气系统包括空气过滤器、空压机、空气进气截止阀；除湿循环系统包括氢气循环泵、第一截止阀、第一除水装置、第二截止阀、第三截止阀、第二除水装置、第四截止阀。本实用新型结构简单，耗能低，吹扫过程仅仅由氢气循环泵运行，不直接采用空压机对阴阳极进行吹扫，能够降低能量的消耗；安全可靠，保持混合气体内氢气的浓度小于阈值，不直接采用氢气吹扫，增加系统过程的安全性；固态除水剂利用时间长，更换周期长，易更换。

Description

一种燃料电池并联式停机吹扫系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池并联式停机吹扫系统。

背景技术

燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置。其工作原理是通过电化学反应把物质中的化学能转化为电能，并且燃料电池进行化学反应所需的物质由外部提供，只要不断供应燃料和氧化剂，燃料电池就能源源不断地输出电能和热能。简而言之，燃料电池就是一种能量转换装置。

质子交换膜燃料电池是以氢气为燃料，以氧气为氧化剂的电化学发电装置，把氢气和空气分别通入阳极和阴极，气体在催化剂的作用下反应产生水，同时会有大量的热量产生。由于其环境友好、能量转换效率高、功率可调节等优点，被认为时最清洁和高效的新能源发电装置之一，可被广泛应用于汽车上。

解决质子交换膜燃料电池低温冷起动问题对于燃料电池商业化推广具有重大意义。在低温下燃料电池生成的水可能结冰，进而影响其冷起动能力，解决此问题的一种方式是在燃料电池停机后对其进行吹扫，以减少其内部含水量，即低温下的结冰量，以有助于下一次起动的进行。

现在，为了提升燃料电池在低温环境下的冷起动能力，通常采取吹扫的方式来降低燃料电池停机后电堆内部的含水量。专利CN101065873A公开了一种燃料电池停机后吹扫的系统装置。燃料电池系统停机后，继续通过空压机向电堆和燃料电池系统零部件中通入空气来吹扫残留的水，此方法虽然比较简单，但耗能巨大，需要通入大量的空气，吹扫时间长，不利于实际的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种燃料电池并联式停机吹扫系统，以提高吹扫的有效性、稳定性和安全性，减少系统的复杂程度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种燃料电池并联式停机吹扫系统，包括电堆、供氢系统、供气系统、除湿循环系统；

所述供氢系统包括氢气罐、减压阀、氢气进气截止阀，氢气罐输出端与减压阀输入端相连通，减压阀输出端与氢气进气截止阀输入端相连通，氢气进气截止阀输出端与电堆阳极相连；

所述供气系统包括空气过滤器、空压机、空气进气截止阀，空气过滤器输出端与空压机输入端相连通，空压机输出端与空气进气截止阀输入端相连通，空气进气截止阀输出端与电堆阴极相连；

所述除湿循环系统包括氢气循环泵、第一截止阀、第一除水装置、第二截止阀、第三截止阀、第二除水装置、第四截止阀；氢气循环泵输出端与第一截止阀输入端相连通，第一截止阀输出端与第一截止阀输入端相连通，第一截止阀输出端与第一除水装置输入端相连通，第一除水装置输出端与第二截止阀输入端相连通，第二截止阀输出端与电堆阴极相连；氢气循环泵输入端与第三截止阀输出端相连通，第三截止阀输入端与第二除水装置输出端相连通，第二除水装置输入端与第四截止阀输出端相连通，第四截止阀输入端与电堆阴极相连；氢气循环泵与第三截止阀之间旁接有第一传感器组件，第四截止阀与电堆阴极之间旁接有第二传感器组件。

进一步地，所述第一传感器组件包括第一湿度传感器，第二传感器组件由第二湿度传感器和压力传感器组成。

进一步地，所述吹扫系统还包括气体排除系统，该气体排除系统包括第五截止阀、尾气混合箱、阴极背压阀，第五截止阀分别与尾气混合箱、电堆阴极相连，第五截止阀分别与尾气混合箱、电堆阳极相连，尾气混合箱同时与尾气排除处相连通。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型结构简单，耗能低，吹扫过程仅仅由氢气循环泵运行，不直接采用空压机对阴阳极进行吹扫，能够降低能量的消耗；安全可靠，保持混合气体内氢气的浓度小于阈值，不直接采用氢气吹扫，增加系统过程的安全性；固态除水剂利用时间长，更换周期长，易更换。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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。

如图1所示的一种燃料电池并联式停机吹扫系统，包括电堆9、供氢系统、供气系统、除湿循环系统、气体排除系统。

供氢系统包括氢气罐1、减压阀2、氢气进气截止阀3，氢气罐1输出端与减压阀2输入端相连通，减压阀2输出端与氢气进气截止阀3输入端相连通，氢气进气截止阀3输出端与电堆9阳极相连。

供气系统包括空气过滤器12、空压机11、空气进气截止阀10，空气过滤器12输出端与空压机11输入端相连通，空压机11输出端与空气进气截止阀10输入端相连通，空气进气截止阀10输出端与电堆9阴极相连。

除湿循环系统包括氢气循环泵6、第一截止阀4、第一除水装置7、第二截止阀8、第三截止阀5、第二除水装置16、第四截止阀14，第一除水装置7和第二除水装置16均包括固态除水剂，固态除水剂可以是硅胶、铝胶、沸石等；氢气循环泵6输出端与第一截止阀4输入端相连通，第一截止阀4输出端与第一截止阀4输入端相连通，第一截止阀4输出端与第一除水装置7输入端相连通，第一除水装置7输出端与第二截止阀8输入端相连通，第二截止阀8输出端与电堆9阴极相连；氢气循环泵6输入端与第三截止阀5输出端相连通，第三截止阀5输入端与第二除水装置16输出端相连通，第二除水装置16输入端与第四截止阀14输出端相连通，第四截止阀14输入端与电堆9阴极相连；氢气循环泵6与第三截止阀5之间旁接有第一传感器组件20，第四截止阀14与电堆9阴极之间旁接有第二传感器组件19，第一传感器组件20包括第一湿度传感器，第二传感器组件19由第二湿度传感器和压力传感器组成。

气体排除系统包括第五截止阀17、尾气混合箱15、阴极背压阀13，第五截止阀17分别与尾气混合箱15、电堆9阴极相连，第五截止阀17分别与尾气混合箱15、电堆9阳极相连，尾气混合箱15同时与尾气排除处18相连通。

具体运行方式如下：

步骤一：燃料电池电堆正常工作情况下，旁通支路的第一截止阀4、第二截止阀8、第三截止阀5、第四截止阀14关闭，保证电堆9正常工作，空气进入阴极，氢气通入阳极，电堆9产生电以保证负载的正常运行；

步骤二：电堆停机后，将关闭的第一截止阀4、第二截止阀8、第三截止阀5、第四截止阀14打开，关闭氢气进气截止阀3、阴极背压阀13、第五截止阀17，起动空压机11，调整空压机11转速，向系统中通入一定量的空气，让电堆9内部达到2bar左右，而且保证氢气的浓度小于4％，然后关闭空气进气截止阀10；

步骤三：启动氢气循环泵6，使电堆9内部气体循环起来，电堆9内部气体流通方向如图1示所示，湿空气通过第一除水装置7、第二除水装置16，水蒸气将被吸收，从而降低阴阳极的湿度；

步骤四：氢气循环泵6先高速运行，以快速降低阴阳极的含水量。再降低氢气循环泵6的转速，以适应电极内部水的再分布，从而进一步减少电堆9内部的含水量；当电堆9内部循环气体的湿度降低到或接近于大气湿度即可停止氢气循环泵6的运行，即吹扫完毕；

步骤五：打开第五截止阀17、阴极背压阀13，让电堆9内部气体通入尾气混合箱15内，排除电堆9内部气体；

步骤六：关闭第一截止阀4、第二截止阀8、第三截止阀5、第四截止阀14，为下一次电堆正常起动做准备。

本实用新型结构简单，耗能低，吹扫过程仅仅由氢气循环泵运行，不直接采用空压机对阴阳极进行吹扫，能够降低能量的消耗；安全可靠，保持混合气体内氢气的浓度小于阈值，不直接采用氢气吹扫，增加系统过程的安全性；固态除水剂利用时间长，更换周期长，易更换。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (3)

1.一种燃料电池并联式停机吹扫系统，其特征在于：包括电堆(9)、供氢系统、供气系统、除湿循环系统；

所述供氢系统包括氢气罐(1)、减压阀(2)、氢气进气截止阀(3)，氢气罐(1)输出端与减压阀(2)输入端相连通，减压阀(2)输出端与氢气进气截止阀(3)输入端相连通，氢气进气截止阀(3)输出端与电堆(9)阳极相连；

所述供气系统包括空气过滤器(12)、空压机(11)、空气进气截止阀(10)，空气过滤器(12)输出端与空压机(11)输入端相连通，空压机(11)输出端与空气进气截止阀(10)输入端相连通，空气进气截止阀(10)输出端与电堆(9)阴极相连；

所述除湿循环系统包括氢气循环泵(6)、第一截止阀(4)、第一除水装置(7)、第二截止阀(8)、第三截止阀(5)、第二除水装置(16)、第四截止阀(14)；氢气循环泵(6)输出端与第一截止阀(4)输入端相连通，第一截止阀(4)输出端与第一截止阀(4)输入端相连通，第一截止阀(4)输出端与第一除水装置(7)输入端相连通，第一除水装置(7)输出端与第二截止阀(8)输入端相连通，第二截止阀(8)输出端与电堆(9)阴极相连；氢气循环泵(6)输入端与第三截止阀(5)输出端相连通，第三截止阀(5)输入端与第二除水装置(16)输出端相连通，第二除水装置(16)输入端与第四截止阀(14)输出端相连通，第四截止阀(14)输入端与电堆(9)阴极相连；氢气循环泵(6)与第三截止阀(5)之间旁接有第一传感器组件(20)，第四截止阀(14)与电堆(9)阴极之间旁接有第二传感器组件(19)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池并联式停机吹扫系统，其特征在于：所述第一传感器组件(20)包括第一湿度传感器，第二传感器组件(19)由第二湿度传感器和压力传感器组成。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池并联式停机吹扫系统，其特征在于：所述吹扫系统还包括气体排除系统，该气体排除系统包括第五截止阀(17)、尾气混合箱(15)、阴极背压阀(13)，第五截止阀(17)分别与尾气混合箱(15)、电堆(9)阴极相连，第五截止阀(17)分别与尾气混合箱(15)、电堆(9)阳极相连，尾气混合箱(15)同时与尾气排除处(18)相连通。