CN217933893U - 一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统 - Google Patents
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Abstract
一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，包括燃料电池电堆、空气子系统和氢气子系统，燃料电池电堆的阴极出口分别连接氮气收集支路和尾气排放支路，氮气收集支路包括通过管路与燃料电池电堆的阴极出口依次连接的水气分离器和储氮罐，储氮罐前后两端的管路上分别安装有进气电磁阀和出气电磁阀，该储氮罐后端的管路与空气子系统连接，使氢气子系统、燃料电磁电堆及氮气收集支路形成一个氮气制备循环回路。该实用新型将燃料电池电堆排出的尾气进入氮气制备循环回路上循环，利用燃料电池系统在车辆怠速状态下，使尾气内的氧气消耗殆尽以制得氮气，不需要额外加装氮气罐及加注设备，也不需要增加除氧器等装置，减少了设备成本，而且结构简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，更为具体地说是指一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池不管是停车、怠速还是加速状态，由于阳极侧可能出现的氢/空气界面将导致电势差的升高，从而引起催化剂碳载体的腐蚀，最终降低质子交换膜燃料电池的耐久性。因此，氢/空界面的产生将导致碳腐蚀，且氢/空界面停留时间越长，导致的碳腐蚀就越严重。
减少氢/空界面的停留时间是改善燃料电池耐久性的主要方向之一。一般通过以下两种方法减少氢/空界面的停留时间：一、阻止氢/空界面的产生；二、利用高速气流吹扫来缩短停留时间。对于方法一，一般采用惰性气体例如氮气阻止氢/空界面的产生，研究表明，氮气吹扫可降低碳腐蚀速率10%，而停机时可降低碳腐蚀速率45%；对于方法二，一般选用高速燃料气或空气来缩短氢/空界面停留时间，高速气流具有双重作用，迅速提高电势差和大幅缩短腐蚀时间，而且后者的影响更大，碳腐蚀情况可得到缓解。
对于氮气的来源目前有两种方法可以获得：一种是在整车上加装氮气罐，该方法需要额外增加氮气加注设备，而且需要运输氮气，操作较为繁琐。另一种则是利用燃料电堆阴极出口排出的空气，依次经过除氧器、除水器后再将氮气收集至储氮罐中，该方式则是需要新增除氧器去除尾气中的氧气，增加了设备成本，而且装置较为复杂。为此，我们提供一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统。
实用新型内容
本实用新型提供一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，以解决现有阴极吹扫系统需要加装氮气罐及氮气加注设备，或者通过加装除氧器等设备获取，不仅增加了设备成本，且使装置更加复杂等问题。
本实用新型采用如下技术方案：
一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，包括燃料电池电堆、与燃料电池电堆阴极入口连接的空气子系统和与燃料电池电堆阳极入口连接的氢气子系统，所述燃料电池电堆的阴极出口分别连接一个氮气收集支路和一个尾气排放支路，所述氮气收集支路包括通过管路与所述燃料电池电堆的阴极出口依次连接的水气分离器和储氮罐，所述储氮罐前后两端的管路上分别安装有进气电磁阀和出气电磁阀，该储氮罐后端的管路与所述空气子系统连接，使氢气子系统、燃料电磁电堆及氮气收集支路形成一个氮气制备循环回路。
一较佳实施例中，上述空气子系统包括通过管路依次串联连接的空压机、中冷器及加湿器，其中，所述空压机的进气端设连接一个空气进气管，该空气进气管的前端装设有电磁阀一，所述中冷器与所述加湿器之间的管路上装设有电磁阀二，所述加湿器末端与燃料电池电堆的阴极入口连接。
一较佳实施例中，上述储氮罐后端的管路与所述空气进气管相通连接，所述加湿器的前后两端的管路上还并联连接一个安装有电磁阀三的短路支管。
一较佳实施例中，上述尾气排放支路包括一个尾排管，该尾排管上安装一个电磁阀。
一较佳实施例中，上述燃料电池电堆的阳极出口通过氢气排放阀与大气连通，并通过氢气循环泵与阳极入口连接。
由上述对本实用新型的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：该实用新型的阴极吹扫系统在燃料电池电堆的阴极出口新增氮气收集支路，氮气收集支路末端接入到空气子系统中，使氢气子系统、燃料电磁电堆及氮气收集支路形成一个氮气制备循环回路，将燃料电池电堆的阴极出口排出的尾气进入氮气制备循环回路上循环，利用燃料电池系统在车辆怠速状态下，使尾气内的氧气在燃料电池电堆内消耗殆尽以制得氮气，利用空压机产生的压力使氮气存储在储氮罐中，关机时再利用储氮罐中的氮气对阴极进行吹扫，消除氢/空界面的存在，从而有效的延长燃料电池系统的使用寿命。该实用新型在仅增加氮气收集支路的情况下，利用燃料电池系统本身来获得氮气，不需要额外加装氮气罐及加注设备，也不需要增加除氧器等装置，减少了设备成本，而且结构简单，只需对现有燃料电池系统进行简单改造即可。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。为了全面理解本实用新型，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本实用新型。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。
一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，参照图1，包括燃料电池电堆1、与空气子系统2和氢气子系统3。空气子系统2与燃料电池电堆1的阴极入口11连接，氢气子系统3与燃料电池电堆1的阳极入口12连接。
参照图1，空气子系统2包括通过管路依次串联连接的空压机21、中冷器22及加湿器23，其中，所述空压机21的进气端设连接一个空气进气管24，该空气进气管24的前端装设有电磁阀一241，所述中冷器22与所述加湿器23之间的管路上装设有电磁阀二221，所述加湿器23末端与燃料电池电堆1的阴极入口11连接。加湿器23的前后两端的管路上还并联连接一个短路支管25，该短路支管25上安装有电磁阀三251。
参照图1，氢气子系统3则包括储氢罐31及氢气进气管32，氢气进气管32连接于储氢罐31与燃料电池电堆1的阳极入口12之间，该氢气进气管32上安装有一个氢气进气阀321。
参照图1，燃料电池电堆1的阴极出口13分别连接一个氮气收集支路和一个尾气排放支路，所述氮气收集支路包括通过管路与所述燃料电池电堆1的阴极出口13依次连接的水气分离器31和储氮罐32，所述储氮罐32前后两端的管路上分别安装有进气电磁阀321和出气电磁阀322，该储氮罐32后端的管路与上述空气进气管24相通连接，使氢气子系统3、燃料电磁电堆1及氮气收集支路形成一个氮气制备循环回路。
参照图1，上述尾气排放支路包括一个尾排管41，该尾排管41上安装一个尾排阀42。
参照图1，上述燃料电池电堆1的阳极出口14通过氢气排放阀141与大气连通，并通过氢气循环泵142与阳极入口12连接。
当燃料电池系统处于怠速状态下时，利用燃料电池系统来制取氮气，此时燃料电池电堆1的阴极出口13进入混排管41的尾排阀42关闭，阴极产生的尾气全部进入储氮罐32。
空气进气管24前端的电磁阀一241关闭，储氮罐32和空压机21入口之间的出气电磁阀322打开，使尾气在氮气制备循环回路循环。此时氢气子系统处于正常工作状态，电磁阀三251处于关闭状态，电磁阀二221处于打开状态，随着空气子系统内部氧气的不断消耗，氮气的纯度也越来越高。
当系统输出电流≤200mA时，经过法拉第定律计算得到此时空气中氧气的浓度小于1ppm。关闭储氮罐出口的出气电磁阀322，同时关闭储氮罐32的进气电磁阀321，打开空气进气管24的电磁阀一241。
关机时，关闭空气子系统进入燃料电池电堆1的电磁阀一241，打开储氮罐32进入燃料电池电堆1的出气电磁阀322，关闭电磁阀二221，同时打开电磁阀三251，空压机21工作，利用储氮罐32中的氮气对电堆阴极进行吹扫，此时进气电磁阀321处于关闭状态，尾排阀42处于打开状态，待燃料电池电堆阴极中的空气被氮气吹扫完成后，关闭空压机21，同时关闭电磁阀二221、电磁阀三251、尾排阀42及进气电磁阀321。
上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (5)
1.一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，包括燃料电池电堆、与燃料电池电堆阴极入口连接的空气子系统和与燃料电池电堆阳极入口连接的氢气子系统，其特征在于：所述燃料电池电堆的阴极出口分别连接一个氮气收集支路和一个尾气排放支路，所述氮气收集支路包括通过管路与所述燃料电池电堆的阴极出口依次连接的水气分离器和储氮罐，所述储氮罐前后两端的管路上分别安装有进气电磁阀和出气电磁阀，该储氮罐后端的管路与所述空气子系统连接，使氢气子系统、燃料电磁电堆及氮气收集支路形成一个氮气制备循环回路。
2.如权利要求1所述的一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，其特征在于：所述空气子系统包括通过管路依次串联连接的空压机、中冷器及加湿器，其中，所述空压机的进气端设连接一个空气进气管，该空气进气管的前端装设有电磁阀一，所述中冷器与所述加湿器之间的管路上装设有电磁阀二，所述加湿器末端与燃料电池电堆的阴极入口连接。
3.如权利要求2所述的一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，其特征在于：所述储氮罐后端的管路与所述空气进气管相通连接，所述加湿器的前后两端的管路上还并联连接一个安装有电磁阀三的短路支管。
4.如权利要求1所述的一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，其特征在于：所述尾气排放支路包括一个尾排管，该尾排管上安装一个电磁阀。
5.如权利要求1所述的一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统，其特征在于：所述燃料电池电堆的阳极出口通过氢气排放阀与大气连通，并通过氢气循环泵与阳极入口连接。
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| CN202221857639.8U CN217933893U (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 一种长寿命单电堆燃料电池的阴极吹扫系统 |
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| CN (1) | CN217933893U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116247244A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-06-09 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池的停机控制方法及系统 |
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