CN112086661A - 一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置，涉及燃料电池技术领域。本装置包括包括燃料电池堆、电堆壳体、空压机、氢气进气循环装置，所述燃料电池堆设置于电堆壳体内，所述燃料电池堆与电堆壳体内壁之间形成内通风流道，所述空压机、氢气进气循环装置设置于电堆壳体外，所述空压机出口通过电堆空气进气管与燃料电池堆相连通。本发明具有能对燃料电池堆工作环境降温，排除电堆壳体内部冷凝水或泄露水分，并对电堆壳体起到密封保护作等特点。

Description

一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置。

背景技术

氢燃料电池堆是氢气和氧气发生电化学反应的场所，其主要作用是通过电化学反应发电，生成物是水。燃料电池堆有一定数量的单电池叠加密封组成，单电池的内部结构为：双极板-气体扩散层-电极-催化层-质子交换膜-催化层-电极-气体扩散层-双极板，在两片双极板之间由密封圈密封。

目前，大多车用燃料电池***，采用封闭式外壳封装的模块化方式，以保证密封性、防护灰尘和水，保护燃料电池堆。但是封闭式的电堆壳体，在***运行过程中，可能会有少量的氢气泄漏积聚在壳体内，如若不能及时稀释排出，会存在很大的安全隐患。此外，电堆排水管接口也可能液体渗漏，而且壳体内冷热温差变化可能产生冷凝水。

如中国专利：《一种封闭式燃料电池***的通风装置》，公开号为(CN202585635U)，其内容为从空压机(11)后增湿器(7)前引一条支路与壳体气体分配管(1,5-16)连接，由分配块和防爆风扇(14)同时吹扫，对电堆壳体内部进行充分通风稀释，吹扫后气体由出气孔(17)汇入燃料电池空气尾排管(18)，随尾气一起排出。该装置虽然壳体内通风吹扫比较全面、无死角，但是，这种壳体通风方式设计安装复杂在电堆壳体内布置需要占较大空间，直接从空压机后引气温度较高，有可能造成壳体内部零部件的高温老化，此外排气与尾排管连接，存在环境空气、水分倒灌的风险。

另外中国专利：《改进通风的燃料电池***》，公开号为(CN109638323A)，利用空压机(16)前的负压产生的吸力，从电堆壳体外部通过流量限制器(32)向内吸气对壳体进行通风吹扫，以达到稀释可能存在的氢气泄漏的目的，吹扫后的气体并入空压机进气。该种设计虽然原理简单，设计安装方便，没有额外耗能；但是其缺点也很明显：当壳体内电堆存在氢气泄漏或微量溢出时，存在空压机直接将含氢气的压缩空气泵入燃料电池堆阴极回路的风险，可能会对电堆造成损害；此外若进气口流量限制器无空气过滤功能，还可能造成空气中含S、含N化合物杂质对质子交换膜的污染。

中国实用新型专利，公开号为(CN203039265U)的专利，其中提及了氢气浓度传感器根据氢气浓度设置风扇的开启，具体的描述为：“当蓄电池室或高压室的室内空气中的氢气浓度达到其下线***浓度的1/4时，氢气浓度传感器触发氢气浓度继电器QQ的启动端，氢气浓度继电器QQ的线圈得电，氢气浓度继电器QQ的常开接点闭合，使得第二交流接触器JJ2的线圈得电，则第二交流接触器JJ2的常开接点闭合，电风扇运行，将室内的空气排出室外。”

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置，其目的是为解决电堆壳体内温度高内部零件老化，以及空气水分倒灌等问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置，包括燃料电池堆、电堆壳体、空压机、氢气进气循环装置，所述燃料电池堆设置于电堆壳体内，所述燃料电池堆与电堆壳体内壁之间形成内通风流道，所述空压机、氢气进气循环装置设置于电堆壳体外，所述空压机出口通过电堆空气进气管与燃料电池堆相连通，所述空压机的入口设置有空压机进气管，所述氢气进气循环装置出口通过电堆氢气进气管与燃料电池堆相连通，所述氢气进气循环装置设置有两个入口，其中一个入口上设置有氢气进气管，另一个入口通过电堆氢气出气管与燃料电池堆相连通，所述电堆壳体内侧壁上设置用于检测氢气浓度的氢气浓度传感器，所述燃料电池堆下部设置有空气尾排管，所述空气尾排管穿过电堆壳体并向外延伸，所述电堆壳体靠近顶部的侧壁上设置有用于根据氢气浓度调节的电子风扇，所述电子风扇通过电堆壳体出气管与空气尾排管相连通，所述电堆壳体出气管上设置有单向止回阀，所述电堆壳体底部还设置有电堆壳体进气管，所述电堆壳体进气管上设置有选择性过滤阀。

优选地，所述电堆氢气出气管上设置有可调截止阀。这样可控制电堆氢气回流的流量和速度。

优选地，所述压机进气管入口设置有空气滤清器，并与空气滤清器出口连通，所述空气滤清器入口处设置连接有空滤进气管。这样可以过滤掉气体中的粉尘、颗粒物、水分等从而清洁空气。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的方案，壳体通风不从空压机后取气，降低空压机负担，提高空气路供气稳定性，此外进气温度较低，可以对电堆工作环境降温；

2、本发明提供的方案，电堆壳体进气管上设置过滤阀有过滤功能，保证进气清洁度和干燥性，保护电堆和壳体内部零部件；

3、本发明提供的方案，同时电堆壳体进气管上设置过滤阀还具有排除电堆壳体内部冷凝或泄露水分的功能。

4、本发明提供的方案，其中的单向止回阀和过滤阀能在***停机状态下对电堆壳体起到密封保护作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置的结构示意图；

图中，1-燃料电池堆；2-选择性过滤阀；3-电子风扇；4-单向止回阀；5-电堆壳体；6-空压机；7-空气滤清器；8-氢气进气循环装置；9-氢气浓度传感器；10-可调截止阀；11-空滤进气管；12-空压机进气管；13-电堆空气进气管；14-空气尾排管；15-电堆壳体进气管；16-内通风流道；17-电堆壳体出气管；18-氢气进气管；19-电堆氢气进气管；20-电堆氢气出气管。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置，包括燃料电池堆1、电堆壳体5、空压机6、氢气进气循环装置8，所述燃料电池堆1设置于电堆壳体5内，所述燃料电池堆1与电堆壳体5内壁之间形成内通风流道16，所述空压机6、氢气进气循环装置8设置于电堆壳体5外，所述空压机6出口通过电堆空气进气管13与燃料电池堆1相连通，所述空压机6的入口设置有空压机进气管12，所述氢气进气循环装置8出口通过电堆氢气进气管19与燃料电池堆1相连通，所述氢气进气循环装置8设置有两个入口，其中一个入口上设置有氢气进气管18，另一个入口通过电堆氢气出气管20与燃料电池堆1相连通，所述电堆壳体5内侧壁上设置用于检测氢气浓度的氢气浓度传感器9，所述燃料电池堆1下部设置有空气尾排管14，所述空气尾排管14穿过电堆壳体5并向外延伸，所述电堆壳体5靠近顶部的侧壁上设置有用于根据氢气浓度调节的电子风扇3，所述电子风扇3通过电堆壳体出气管17与空气尾排管14相连通，所述电堆壳体出气管17上设置有单向止回阀4，所述电堆壳体5底部还设置有电堆壳体进气管15，所述电堆壳体进气管15上设置有选择性过滤阀2。

如图1所示，当燃料电池堆1工作时，而在空压机6的入口通过空压机进气管12获得空气，然后空压机6通过电堆空气进气管13持续给燃料电池堆1提供空气；同时氢气进气循环装置8接收氢气进气管18进来的氢气，并通过电堆氢气进气管19向燃料电池堆1提供氢气，当燃料电池堆1工作一段时间后，燃料电池堆1中氢气如果浓度过高，这时可以通过电堆氢气出气管20回流到氢气进气循环装置8之后再提供内燃料电池堆1；燃料电池堆1中的多余的空气可以通过空气尾排管14排出。在封闭式的电堆壳体5内，在***运行过程中，可能会有少量的氢气泄漏积聚在电堆壳体5内，在电堆壳体5内侧壁上的氢气浓度传感器9探测到氢气浓度达到预警值时，电子风扇3开启高速挡运转，加大通风量(请参考现有技术CN203039265U)，快速稀释并排除壳体内泄漏的氢气，其中的气体流动的路线为：气体经过电堆壳体进气管15进入电堆壳体5内，由于电子风扇3在不断抽取气体由电堆壳体出气管17排出，因而进入电堆壳体5内的气体会与燃料电池堆1产生的氢气和水分一起通过内通风流道16，流经电子风扇3、单向止回阀4、电堆壳体出气管17、空气尾排管14而被排出电堆壳体5外，从而防止了氢气和水分在电堆壳体5内积聚；

当燃料电池堆不工作时，电子风扇3停机不工作，选择性过滤阀2和单向止回阀4会配合电堆壳体5对燃料电池堆1工作环境进行密封保护，防止环境大气中的有害气体、杂质和水分等进入电堆壳体5内；当燃料电池堆1***关机时，燃料电池堆1及氢气进气循环装置8、空压机6停止工作后，电子风扇3会持续工作吹扫一定时间，以排除电堆壳体5内可能残留的氢气和水分，电子风扇3吹扫完成后，由选择性过滤阀2和单向止回阀4可阻止杂质、水分等进入电堆壳体5内，起到了密封保护的作用。

因而，通过本装置，可以对燃料电池堆1的工作环境进行通风、氢泄漏保护和环境冷却；在***停机过程及停机状态壳体内的密封保护功能，也能进气口选择性过滤阀2有过滤功能，保证进气清洁度和干燥性，保护电堆壳体5内部零部件，同时能电堆壳体5内部冷凝水或泄露的水分。

进一步的，所述电堆氢气出气管19上设置有可调截止阀10。这样可控制燃料电池堆1中的氢气回流到氢气进气循环装置8的流量和速度。

同时在另一个实施例中，其中所述空压机进气管12入口设置有空气滤清器7，并与空气滤清器7出口连通，所述空气滤清器7入口处设置连接有空滤进气管11。这样可以过滤掉进入空压机6的空气中的粉尘、颗粒物、水分等，起到清洁空气的作用。

虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置，其特征在于，包括燃料电池堆(1)、电堆壳体(5)、空压机(6)、氢气进气循环装置(8)，所述燃料电池堆(1)设置于电堆壳体(5)内，所述燃料电池堆(1)与电堆壳体(5)内壁之间形成内通风流道(16)，所述空压机(6)、氢气进气循环装置(8)设置于电堆壳体(5)外，所述空压机(6)出口通过电堆空气进气管(13)与燃料电池堆(1)相连通，所述空压机(6)的入口设置有空压机进气管(12)，所述氢气进气循环装置(8)出口通过电堆氢气进气管(19)与燃料电池堆(1)相连通，所述氢气进气循环装置(8)设置有两个入口，其中一个入口上设置有氢气进气管(18)，另一个入口通过电堆氢气出气管(20)与燃料电池堆(1)相连通，所述电堆壳体(5)内侧壁上设置用于检测氢气浓度的氢气浓度传感器(9)，所述燃料电池堆(1)下部设置有空气尾排管(14)，所述空气尾排管(14)穿过电堆壳体(5)并向外延伸，所述电堆壳体(5)靠近顶部的侧壁上设置有用于根据氢气浓度调节的电子风扇(3)，所述电子风扇(3)通过电堆壳体出气管(17)与空气尾排管(14)相连通，所述电堆壳体出气管(17)上设置有单向止回阀(4)，所述电堆壳体(5)底部还设置有电堆壳体进气管(15)，所述电堆壳体进气管(15)上设置有选择性过滤阀(2)。

2.根据权利要求1所述的封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置，其特征在于，所述电堆氢气出气管(20)上设置有可调截止阀(10)。

3.根据权利要求1所述的封闭式的质子交换膜燃料电池***壳体通风排水装置，其特征在于，所述空压机进气管(12)入口设置有空气滤清器(7)，并与空气滤清器(7)出口连通，所述空气滤清器(7)入口处设置连接有空滤进气管(11)。

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