CN213071184U - 一种燃料电池阳极气体循环结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种燃料电池阳极气体循环结构，包括第一电磁阀、第二电磁阀、循环泵、氢瓶、电堆、减压装置以及三通阀，氢瓶的输出端与减压装置的输入端相连通，减压装置的输出端连接三通阀的第一接口，三通阀的第二接口连接第一电磁阀的输入端，第一电磁阀的输出端连接第二电磁阀的输入端，所述第二电磁阀的输入端通过循环泵与电堆的阳极出口连接，电堆的阳极入口与所述三通阀的第三接口相连，第二电磁阀的输出端用于将累积在电堆阳极气体中的杂质排放入大气；本实用新型能使阳极的吹扫更彻底，并且燃料的利用率会大大提高。

Description

一种燃料电池阳极气体循环结构

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车研究领域，尤其是涉及一种燃料电池阳极气体循环结构。

背景技术

质子交换膜电堆(PEMFC)与内燃机相比具有许多优点，包括工作温度低、噪声小、污染物排放低、功率密度高、效率高。在实验室实验中，质子交换膜电堆(PEMFC)总是会被提供过量的氢化学计量比，以避免燃料短缺并去除产生的液态水。阳极的吹扫措施是必要的，因为在电堆运行过程中来自阴极的水和氮气会逐渐扩散到阳极并在阳极内积累，导致氢气的稀释和电堆性能下降。而现在普遍采用的阳极吹扫策略大都是以一定时间间隔来控制吹扫阀的打开或关闭，这样一方面对阳极的吹扫不彻底，因为即使在再循环模式下，气体杂质也会在阳极内积累，另一方面，这种简单的气体管理策略势必造成氢气的浪费，燃料利用率降低，经济性变差。

本实用新型通过改进了电堆的阳极氢气循环***，加入两个电磁阀在循环回路，并提出相应的控制策略来进行阳极气体的管理，该策略能使阳极的吹扫更彻底，并且燃料的利用率会大大提高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种燃料电池阳极气体循环结构。

一种燃料电池阳极气体循环结构，包括第一电磁阀、第二电磁阀、循环泵、氢瓶、电堆、减压装置以及三通阀，氢瓶的输出端与减压装置的输入端相连通，减压装置的输出端连接三通阀的第一接口，三通阀的第二接口连接第一电磁阀的输入端，第一电磁阀的输出端连接第二电磁阀的输入端，所述第二电磁阀的输入端通过循环泵与电堆的阳极出口连接，电堆的阳极入口与所述三通阀的第三接口相连，第二电磁阀的输出端用于将累积在电堆阳极气体中的杂质排放入大气。

进一步地，所述第一电磁阀和第二电磁阀为先导式电磁阀。

进一步地，所述第一电磁阀和第二电磁阀包括底座和设置在所述底座上侧的阀壳，所述底座上设置有进入通道和排出通道。

进一步地，所述阀壳内包括电磁线圈、磁芯以及导向柱，所述导向柱的内部具有导向孔。

进一步地，所述磁芯与导向孔的内壁之间设置了v型密封圈。

进一步地，所述减压装置为减压阀。

进一步地，所述电堆由若干片单电池组成。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：在阳极进行吹扫之前会经历一个压缩过程，使得对阳极气体杂质的吹扫更干净；不需要对传统的阳极气体循环***有太多改进，只是加入两个电磁阀，同时进行适当的控制即可，成本较低且易于实现。

附图说明

图1是一种燃料电池阳极气体循环结构的装置简图；

图2是根据电堆的工作状态来进行模式的切换控制流程图；

图中：1-氢瓶、2-减压装置、3-三通阀、4-第一电磁阀、5-第二电磁阀、6- 循环泵、7-电堆。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型实施例提供的一种燃料电池阳极气体循环结构，包括第一电磁阀4、第二电磁阀5、循环泵6、氢瓶1、电堆7、减压装置2以及三通阀3，氢瓶1的输出端与减压装置2的输入端相连通，减压装置2的输出端连接三通阀3的第一接口，三通阀3的第二接口连接第一电磁阀4的输入端，第一电磁阀4的输出端连接第二电磁阀5的输入端，所述第二电磁阀5的输入端通过循环泵6与电堆的阳极出口连接，电堆7的阳极入口与所述三通阀3的第三接口相连，第二电磁阀5的输出端用于将累积在电堆阳极气体中的杂质排放入大气。

所述氢瓶1用于储存氢气并为电堆7提供电化学反应所需的氢气。

所述减压装置2用于将来自氢瓶1的高压氢气降低到电堆7阳极所需压力，此压力跟随电堆阴极压力的变化而变化，两者压差不大于40kpa；所述三通阀3 用于改变气体的流向。

所述第一电磁阀4和第二电磁阀5用于控制所在气体流动路径的通断，从而实现电堆7阳极气体工作模式的转换，所述氢气循环泵6用于实现电堆7阳极氢气的循环功能，将电堆阳7极出口未反应完的氢气以一定的压力重新泵送到阳极入口再次进行反应。

所述电堆7阳极气体循环结构采用的气体管理模式包括断开模式、循环模式、压缩模式以及吹扫模式。

在断开模式，第一电磁阀4、第二电磁阀5以及循环泵6均不开启，来自氢瓶 1的高压气体经减压装置后进入电堆7，随着气体杂质的不断累积以及氢气浓度在单体上的分布不均，单体之间的压差会增大，当达到一定阈值k时，电堆7阳极气体循环结构便进入循环模式。

电堆7阳极气体中的杂质伴随着更多的氢气在电堆阳极气体回路中循环，各单体因燃料的均匀分布而压差降低，在运行一定时间T后电堆7阳极气体循环结构进入压缩模式，此时燃料在单体之间再次分布不均，单体之间压差再次增大，达到阈值k时，便进入吹扫模式，此时保持第一电磁阀4的关闭，阻止了积累在阳极气体中的杂质再次进入循环回路，全部经过第二电磁阀5排放入大气，从而吹扫的更彻底。

时间T≥1min，阈值k的取值范围为30mv≤k≤40mv。

吹扫模式一般设为3s，吹扫模式结束后电堆7阳极气体循环结构再次进入断开模式，各模式下，第一电磁阀4、第二电磁阀5以及循环泵6的开闭状态如表一所示：

表一各模式控制规则(0-关闭；1-开启)

状态	第一电磁阀	第二电磁阀	循环泵
				模式1(断开模式)	0	0	0
模式2(循环模式)	0	1	1
				模式3(压缩模式)	0	0	1
模式4(吹扫模式)	1	0	1

所述第一电磁阀4和第二电磁阀5为先导式电磁阀。

所述第一电磁阀4和第二电磁阀5包括底座和设置在所述底座上侧的阀壳，所述底座上设置有进入通道和排出通道。

所述阀壳内包括电磁线圈、磁芯以及导向柱，所述导向柱的内部具有导向孔。所述磁芯与导向孔的内壁之间设置了v型密封圈；所述减压装置2为减压阀，所述电堆7由若干片单电池组成。

本文实用新型中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种燃料电池阳极气体循环结构，其特征在于，包括第一电磁阀、第二电磁阀、循环泵、氢瓶、电堆、减压装置以及三通阀，氢瓶的输出端与减压装置的输入端相连通，减压装置的输出端连接三通阀的第一接口，三通阀的第二接口连接第一电磁阀的输入端，第一电磁阀的输出端连接第二电磁阀的输入端，所述第二电磁阀的输入端通过循环泵与电堆的阳极入口连接，电堆的阳极出口与所述三通阀的第三接口相连，第二电磁阀的输出端用于将累积在电堆阳极气体中的杂质排放入大气。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池阳极气体循环结构，其特征在于，所述第一电磁阀和第二电磁阀为先导式电磁阀。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池阳极气体循环结构，其特征在于，所述第一电磁阀和第二电磁阀包括底座和设置在所述底座上侧的阀壳，所述底座上设置有进入通道和排出通道。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池阳极气体循环结构，其特征在于，所述阀壳内包括电磁线圈、磁芯以及导向柱，所述导向柱的内部具有导向孔。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池阳极气体循环结构，其特征在于，所述磁芯与导向孔的内壁之间设置了v型密封圈。

6.根据权利要求4所述的一种燃料电池阳极气体循环结构，其特征在于，所述减压装置为减压阀。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池阳极气体循环结构，其特征在于，所述电堆由若干片单电池组成。

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