專利名稱：保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池的吹掃系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
汽車應(yīng)用的質(zhì)子交換膜燃料電池，經(jīng)常出現(xiàn)啟動、停車等非穩(wěn)態(tài)操作，這種非穩(wěn)態(tài)操作使汽車應(yīng)用的質(zhì)子交換膜燃料電池經(jīng)常處于停止工作的狀態(tài)，當燃料電池停止工作后，電池陽極氣室內(nèi)充滿純的氫氣、陰極氣室內(nèi)充滿空氣，電池外電路已經(jīng)斷開，此時，燃料電池已經(jīng)不進行正常的電化學(xué)反應(yīng)。但是，此時，陽極氣室內(nèi)的氫氣會在濃度差的作用下，通過膜慢慢擴散到陰極，另一方面，陰極氣室內(nèi)的空氣也會通過尾排口和膜進入陽極氣室，這樣，在燃料電池內(nèi)，就出現(xiàn)了氫氣和氧氣的混合，在膜電極上催化劑表面的氫氧氣會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)腐蝕膜電極。另外，空氣在通過尾排口進入燃料電池的瞬間還會在燃料電池內(nèi)形成復(fù)雜的電化學(xué)體系，腐蝕膜電極和雙極板。因此，在停車后需要利用氮氣等惰性氣體把燃料電池內(nèi)的氫氣吹掃置換掉。現(xiàn)有技術(shù)中，吹掃置換燃料電池內(nèi)氫氣的做法通常是采用地面或車載的氮氣對燃料電池進行吹掃。現(xiàn)有技術(shù)的不足是地面或車載的氮氣氣源需要經(jīng)常更換氮氣瓶或?qū)Φ獨馄砍涞?，使用很不便?br>

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，利用脫氧劑在線制備氮氣，利用氮氣吹掃燃料電池氫氣室，并在線再生脫氧劑。本發(fā)明的技術(shù)方案是保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，包括燃料電池及其空氣供給系統(tǒng)和氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)中還包括一個空氣脫氧罐，空氣脫氧罐通過通道分別與氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)和燃料 電池相連接， 本發(fā)明的保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)中空氣脫氧罐與氫氣供給系統(tǒng)的連接是將氫氣尾排部分與空氣脫氧罐的脫氧劑入口連接，空氣脫氧罐與空氣供給系統(tǒng)的連接是將空氣尾排部分與空氣脫氧罐的空氣入口連接，空氣脫氧罐與燃料電池的連接是將空氣脫氧罐的氮氣出口與燃料電池的氫氣入口連接， 本發(fā)明的保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)中的空氣脫氧罐內(nèi)裝有給脫氧劑加熱的電加熱和溫度控制裝置， 本發(fā)明的保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)的工作程序包括 1)燃料電池停止工作時，開啟空氣控制閥，燃料電池的空氣供給系統(tǒng)的空氣尾排的空氣通過空氣控制閥向空氣脫氧罐輸送空氣； 2)空氣脫氧罐內(nèi)，在脫氧劑的作用下，空氣中的氧氣被脫出，得到氮氣濃度為98％的氮氣經(jīng)燃料電池的氫氣入口進入燃料電池的陽極氣室，置換出陽極氣室內(nèi)的氫氣，使停機后的燃料電池陽極氣室內(nèi)充滿氮氣； 3)當燃料電池恢復(fù)工作后，接通空氣脫氧罐內(nèi)給脫氧劑加熱的電加熱裝置和溫度控制裝置的電源，給脫氧劑加熱，開啟再生控 制閥，氫氣供給系統(tǒng)的尾排氫氣通過再生控制閥進入空氣脫氧罐對脫氧劑進行再生，為下一次吹掃做準備。
本發(fā)明的有益效果是 1、經(jīng)過吹掃，使燃料電池堆內(nèi)氫氣氣室內(nèi)的殘留氫氣被氮氣置換，防止了在催化劑的作用下氫氧電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，從而可有效的防止燃料電池膜電極(MEA)及雙極板被腐蝕，大大提高了質(zhì)子交換膜燃料電池的使用壽命。
2、本發(fā)明實現(xiàn)了在線制備氮氣，使燃料電池吹掃不必頻繁的更換氮氣瓶或者頻繁的對氮氣瓶充氣，使吹掃系統(tǒng)自成體系，實現(xiàn)吹掃的自動化； 3、利用燃料電池尾排氫氣對空氣脫氧罐的脫氧劑進行再生，實現(xiàn)了能源的有效利用，并可降低成本。
4、本發(fā)明僅在原質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，吹掃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，效率高，壽命長。
5、本發(fā)明的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，工作過程操作方便，容易掌握。本發(fā)明適用性廣，可廣泛應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池汽車發(fā)動機。



本發(fā)明有附圖1幅，為本發(fā)明的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)圖。
附圖中，1、脫氧罐 2、脫氧罐電加熱裝置接線端 3、吹掃控制閥 4、風(fēng)機 5、空氣控制閥 6、空氣濾清器 7、風(fēng)機控制器 8、燃料電池 9、再生控制閥10、氫氣入口控制閥 11、氫氣尾排控制閥 12、氫氣尾排 13、氫氣入口 14、空氣脫氧罐排放口 15、空氣尾排
具體實施例方式 下面將結(jié)合附圖的實施例對本發(fā)明作進一步說明。
空氣脫氧罐1的脫氧劑再生入口與氫氣尾排部分用通道通過再生控制閥9連接，再生控制閥9連接在氫氣尾排閥11的前端，空氣脫氧罐1的空氣入口與空氣尾排15部分用通道通過空氣控制閥5連接，空氣脫氧罐的氮氣出口用通道通過吹掃控制閥3與燃料電池8的氫氣入口連接，空氣脫氧罐內(nèi)給脫氧劑加熱的電加熱和溫度控制裝置的接線端2與燃料電池8的輸出通過導(dǎo)線連接。
本實施例吹掃的工作程序如下 在燃料電池停止工作時，開啟空氣控制閥，使燃料電池的空氣供給系統(tǒng)的空氣尾排的空氣通過空氣控制閥向脫氧罐輸送，脫氧罐內(nèi)，脫氧劑在一定的溫度下將空氣中的氧氣脫出，得到濃度為98％的氮氣，經(jīng)燃料電池的氫氣入口進入燃料電池(8)的陽極氣室，置換出陽極氣室內(nèi)的氫氣，使停機后的燃料電池陽極氣室內(nèi)充滿氮氣；脫氧的過程是連續(xù)的，直至達到需要的氮氣量。
當燃料電池恢復(fù)工作狀態(tài)后，開啟再生控制閥，使燃料電池尾排的氫氣通過再生控制閥和空氣脫氧罐的脫氧劑再生入口進入空氣脫氧罐，對脫氧劑進行再生。再生時，將燃料電池8的輸出與空氣脫氧罐內(nèi)的電加熱和溫度控制裝置接通，利用燃料電池輸出的電能對脫氧劑加熱，把脫氧劑加熱到需要的溫度，一般為200-300度。同時，開啟空氣控制閥，使燃料電池尾排的空氣通過控制閥進入空氣脫氧罐，進行再次脫氧，為下一次吹掃做準備。
以一臺凈輸出功率為50kW的轎車燃料電池發(fā)動機為例，以吹掃一次，再生一次脫氧劑的方式計算，其氫氣室的空間體積約為5升，通常情況下，5倍的氫氣室空間體積的氮氣即可置換掉氣室內(nèi)99％的氫氣，就可以達到吹掃要求，即完成一次吹掃需要氮氣的體積為25升，吹掃時間應(yīng)小于30秒。因此需要空氣脫氧罐一次至少可以制得98％氮氣25升。按空氣中氮氣體積濃度近似為80％計算，在30秒內(nèi)通過裝在空氣脫氧罐內(nèi)的脫氧劑的空氣為31.3升，即每分鐘通過空氣為62.3升。如果不采用吹掃一次，再生一次脫氧劑的方式，空氣脫氧罐的體積還可以大，可以根據(jù)具體情況優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，包括燃料電池及其空氣供給系統(tǒng)和氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)中還包括一個空氣脫氧罐(1)，空氣脫氧罐(1)通過通道分別與氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)和燃料電池(8)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)中空氣脫氧罐(1)與氫氣供給系統(tǒng)的連接是將氫氣尾排部分與空氣脫氧罐的脫氧劑再生入口連接，空氣脫氧罐(1)與空氣供給系統(tǒng)的連接是將空氣尾排部分與空氣脫氧罐的空氣入口連接，空氣脫氧罐(1)與燃料電池(8)的連接是將空氣脫氧罐的氮氣出口與燃料電池的氫氣入口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)中的空氣脫氧罐內(nèi)裝有給脫氧劑加熱的電加熱裝置和溫度控制裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，其特征在于所述的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)的工作程序包括
1)燃料電池(8)停止工作時，開啟空氣控制閥(5)，燃料電池的空氣供給系統(tǒng)的空氣尾排的空氣通過空氣控制閥(5)向空氣脫氧罐(1)輸送空氣；
2)空氣脫氧罐(1)內(nèi)，在脫氧劑的作用下，空氣中的氧氣被脫出，得到氮氣濃度為98％的氮氣經(jīng)燃料電池的氫氣入口進入燃料電池(8)的陽極氣室，置換出陽極氣室內(nèi)的氫氣，使停機后的燃料電池陽極氣室內(nèi)充滿氮氣；
3)當燃料電池(8)恢復(fù)工作后，接通空氣脫氧罐內(nèi)給脫氧劑加熱的電加熱裝置和溫度控制裝置的電源，給脫氧劑加熱，開啟再生控制閥(9)，氫氣供給系統(tǒng)的尾排氫氣通過再生控制閥(9)進入空氣脫氧罐(1)對脫氧劑進行再生，為下一次吹掃做準備。
全文摘要
保護燃料電池汽車發(fā)動機的自生成氮氣吹掃系統(tǒng)，包括燃料電池及其空氣供給系統(tǒng)和氫氣供給系統(tǒng)，自生成氮氣吹掃系統(tǒng)中還包括一個空氣脫氧罐，空氣脫氧罐分別與氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)和燃料電池相連接，本發(fā)明的有益效果是當燃料電池停止工作是，燃料電池堆的氫氣氣室內(nèi)的殘留氫氣被氮氣置換，防止了燃料電池被腐蝕，提高了質(zhì)子交換膜燃料電池的使用壽命；實現(xiàn)了在線制備氮氣和吹掃的自動化；利用燃料電池尾排氫氣對空氣脫氧罐的脫氧劑進行再生，實現(xiàn)了能源的有效利用，成本低；吹掃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，效率高，壽命長，適用性廣，可廣泛應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池汽車發(fā)動機。
文檔編號H01M8/04GK101150199SQ200710157420
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者徐洪峰, 王宇晨, 明平文, 衣寶廉 申請人:新源動力股份有限公司