CN109755612A - 一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池用多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置，通过制备多通管路实现对气体多项特性测量，且可灵活自增减所测量特性项目的数量。通过在多通管路中加入比例阀，可实现环境温度气体与加热气体、干燥气体与加湿气体的自调和，从而实现对燃料电池所需气体的温湿度进行快速响应调节。本发明所提供的多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置具有气体特性测量项目自增减和气体温湿度快速响应调节的功能。

Description

一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池气体供给装置。

背景技术

车用燃料电池发动机以氢气为燃料，将氢气中的化学能通过燃料电池发电装置转变为电能并带动电动机为汽车提供动力。氢气燃料被燃料电池发动机利用后仅排出水，是一种绿色环保的新技术，被认为是最有希望替代传统汽油、柴油、天然气等汽车的新型电动汽车技术。

以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池的关键发电部件是膜电极，组成膜电极的关键材料之一是质子交换膜。质子交换膜需在有水存在的条件下发挥传导质子的性能，水含量过低会导致质子交换膜处于缺水或脱水状态而大幅降低质子传导性能，并使得燃料电池无法正常发电，严重时会导致不可逆的损伤；然而水含量过高，液态水会覆盖在膜电极的表面甚至堵塞气体流场，会导致氢气燃料和氧化剂氧气（或空气）无法有效传递到膜电极表面，从而使得燃料电池无法正常发电。因此，氢燃料电池的水管理非常关键。传统水管理通过研究制备疏水气体扩散层或含有不同孔径的气水双通道气体扩散层等途径等在膜电极层面进行水管理改良；或通过在燃料电池气体供给***中添加燃料电池气体加湿器，来控制燃料电池气体供给的温湿度等。通过上述方式进行燃料电池水管理，可有效控制燃料电池的水含量，而当出现水含量过高甚至水淹时，一般通过大流量气体吹扫的方式短时内排出过剩的水分。在车用燃料电池运行过程中，车况较为复杂且处于频繁的动态循环变化中。当汽车启动、爬坡或快速加速时，需要燃料电池提供较大功率，此时燃料电池在大电流状态下工作，短时突然产生大量的水分；而当汽车刹车、低速、怠速运行时，燃料电池输出功率较小，此时燃料电池在小电流状态下工作，产生很少的水分。在这些反复频繁变化的车况中，燃料电池中水分时而过剩时而短缺，因此需要提供给燃料电池气体的温湿度也要相应的处于快速动态变化中。

现有燃料电池测试***中的气体特性测量一般是厂家或实验室一次性安装，对于气体特性的测量种类较难实现灵活的自增减；燃料电池水管理一般通过燃料电池气体加湿器对进入燃料电池的气体进行加湿，一般通过加湿器中的水温或流量调节而控制气体的加湿状态，而水温或流量的调节需要时间，一般响应速度较慢，很难实现对入口气体温湿度的快速动态调节。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置，该供给装置可灵活实现气体特性测量点的自增减，且通过中间位置比例阀可实现加湿加热气体与非加湿加热气体的不同比例自调和，从而发挥对气体温湿度的快速动态响应调节，显著改良燃料电池的入口气体水管理。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置，其特征在于，该供给装置包括供给管道及设置在供给管道上的多个接口，供给管道的中部设置有比例阀，该比例阀两侧的接口之间通过支管相连，支管上设置有气体加湿器，供给管道上的其它接口作为气体参数测量点与气体传感器相连。

优选得，所述供给管道为外丝波纹管，所述接口为三通。

优选得，所述比例阀为电动球阀或者电磁比例阀。

所述供给管道一端与气体源相连，另外一端与燃料电池的气体入口相连。

所述供给管道与气体源相连的一端设置有比例阀。

优选得，所述传感器为气体流量传感器、气体压力传感器、气体温湿度传感器、气体纯度传感器或气体质量传感器。

当所述接口不需要作为气体状态测量点时，通过堵丝将接口封闭。

所述比例阀两侧的接口可以是与比例阀相邻的接口，也可以是与比例阀相间隔的接口。

本发明所提供的多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置，该供给装置中每个接口位置均是气体参数的测量点，可实现非常灵活的各种气体参数的自增减测量，当接口位置多出时可用丝堵将接口封闭，需要时打开丝堵安装响应的气体传感器；通过控制中间位置比例阀的开闭状态（开闭状态0~100%可调），可实现将一定比例的干燥气体和加湿气体自调和，从而通过调节中间位置阀门的开闭状态即可实现对燃料电池入口气体的温湿度状态的快速动态控制。

本发明所述的供给装置可有效实现气体特性测量数量的自增减和气体温湿度的快速动态响应自调节，可对燃料电池的水管理进行改良。

附图说明

下面结合附图作进一步的说明：

图1为本发明所述的多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置结构示意图；

图2为本发明所述的多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置的连接结构示意图。

其中，1—供给管道；2—接口；3—比例阀；4—气体加湿器；5—气体流量传感器；6—气体压力传感器；7—气体温湿度传感；8—气体质量传感器； 10—燃料电池。

具体实施方式

下面根据具体实施例，对本发明作进一步说明，但不限于以下实施实例。

本发明提供了一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置，如图1所示，该装置包括供给管道1及设置在供给管道1上的多个接口2，供给管道1的一端设置有比例阀3，供给管道1通过该端头的比例阀3与气体源相连，供给管道1的另外一端连接燃料电池气体入口，供给管道1中部的位置设置有一个比例阀3，比例阀3两侧的接口2通过支管相连，支管上设置有气体加湿器4。从气体源进入供给管道的气体在该比例阀3前面与支管相连的接口2被分流为两部分，进入支管的部分为预加湿气体，留在供给管道1中的为干燥气体，进入支管的预加湿气体通过气体加湿器4被加湿为加湿气体，加湿气体通过比例阀3后面与支管相连的接口进入到供给管道1中，与供给管道1中的干燥气体混合。

通过控制该中部比例阀3的开闭比例，可实现将一定比例的干燥气体和加湿气体的混合，从而实现对进入燃料电池气体的温湿度状态的快速动态控制。当燃料电池电动车短时大功率运行时，燃料电池内部产生大量的水，可通过大幅打开比例阀，将大量干燥气体与加湿气体调和，降低燃料电池入口气体的湿度，从而有效带出燃料电池内部过剩的水分；当在小功率运行时，燃料电池内部产生的水分较少，可通过小幅打开或关闭中间位置的阀门，使得湿度较高的气体进入燃料电池，给燃料电池提供必需湿度的气体。

作为优选，供给管道1为波纹管，接口2为三通，三通与波纹管螺纹连接后连接处焊接。中间比例阀两侧的接口可以是与比例阀相邻的或者相间隔的。

供给管道1上未连接支管的其他接口2作为气体参数测量点连接有气体传感器，气体传感器包括但不限于气体流量传感器、气体压力传感器、气体温湿度传感器、气体纯度传感器、气体质量传感器等。这种方式可非常灵活实现的各气体参数的自增减测量，当接口2数量多时，可使用丝堵将接口2封闭，而需要该接口2作为测量点时，打开丝堵将接口2打开即可。

如图2所示，该多通并接自调和快速响应燃料电池供给装置的供给管道一端接气体源，另外一端与燃料电池10相连，供给管道的中部设置有比例阀3，比例阀3两侧的接口通过支管相连，支管上设置有气体加湿器4，该比例阀3前部的供给管道上依次设置有气体流量传感器5、气体压力传感器6、气体温湿度传感7和气体质量传感器8，中部比例阀3后部的供给管道上还设置有气体温湿度传感器7，干燥气体和加湿气体在混合后再次经过温湿度传感器7检测后进入燃料电池10。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置，其特征在于，该供给装置包括供给管道及设置在供给管道上的多个接口，供给管道的中部设置有比例阀，该比例阀两侧的接口之间通过支管相连，支管上设置有气体加湿器，供给管道上的其它接口作为气体参数测量点与气体传感器相连。

2.如权利要求1所述的一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置,其特征在于，所述供给管道为外丝波纹管，所述接口为三通。

3.如权利要求1所述的一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置,其特征在于，所述比例阀为电动球阀或者电磁比例阀。

4.如权利要求1所述的一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置,其特征在于，所述供给管道一端与气体源相连，另外一端与燃料电池的气体入口相连。

5.如权利要求4所述的一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置,其特征在于，所述供给管道与气体源相连的一端设置有比例阀。

6.如权利要求1所述的一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置,其特征在于，所述传感器为气体流量传感器、气体压力传感器、气体温湿度传感器、气体纯度传感器或气体质量传感器。

7.如权利要求1所述的一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置,其特征在于，当所述接口不需要作为气体状态测量点时，通过堵丝将接口封闭。

8.如权利要求1所述的一种多通并接自调和式快速响应燃料电池供给装置,其特征在于，所述比例阀两侧的接口可以是与比例阀相邻的接口，也可以是与比例阀相间隔的接口。