CN100517833C - 一种燃料电池电动车发动机的防冻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池电动车发动机的防冻装置，包括燃料电池堆、氢气进气管、氢气排放管、氢气罐、空气进气管、空气排放管、风机、冷却流体循环管、水箱，所述的空气进气管与氢气进气管之间设置一管道连通，并在该管道上设置一常闭电磁阀；本发明在燃料电池电动车发动机不运行时，将空气排放管、氢气排放管、燃料电池堆内的所有残留水分吹扫干净，其内部水分就不会在严寒条件下因结冰而堵塞管路，此外，由于燃料电池堆、空气、氢气排放管路、冷却流体循环管路、水箱等都包裹上了保护性的绝热材料，因此可使燃料电池长时间保温。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池电动车发动机的防冻装置。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
燃料电池电动车发动机在0℃以下天气保存时往往会出现以下问题：
1.燃料电池堆内部残留水发生冰冻现象；
2.燃料电池辅助系统内冷却流体等管路如果有水也易发生冰冻。
由于这些问题，常常导致燃料电池发动机重启时发生不正常，甚至无法启动。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题而提供一种燃料电池电动车发动机的防冻装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池电动车发动机的防冻装置，包括燃料电池堆、氢气进气管、氢气排放管、氢气罐、空气进气管、空气排放管、风机、冷却流体循环管、水箱，其特征在于，所述的空气进气管与氢气进气管之间设置一管道连通，并在该管道上设置一常闭电磁阀。
所述的氢气进气管上设有高压氢气电磁阀、氢气减压阀，该高压氢气电磁阀、氢气减压阀设在常闭电磁阀管道之前近氢气罐的出口端。
所述的燃料电池堆、氢气进气管、氢气排放管、空气进气管、空气排放管、冷却流体循环管、水箱采用绝热材料进行包裹。
所述的绝热材料可以是绝热橡胶材料，也可以是玻璃纤维或其它绝热塑料材料。
当燃料电池电动车发动机停止运行时可以采取本发明的如下措施：
将空气排放管、氢气排放管、燃料电池堆内的所有残留水分全部吹扫出去，保持燃料电池余热，在绝热材料保护下可以长时间保证温度在0℃以上，即使温度跌到0℃以下时，由于燃料电池内部无残留水，因此不会结冰，也不会将管路堵塞。
当燃料电池车在冷天停止运行时，如图1所示，控制系统自动打开常闭电磁阀2，并快速调制风机1，将较大空气流量输送入燃料电池堆3中，并从氢气排放管4、空气排放管5流出。经过持续吹扫后，燃料电池堆3中的氢侧、空侧，以及氢气排放管4、空气排放管5中都无液态水残存。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.燃料电池电动车发动机不运行时，将空气排放管、氢气排放管、燃料电池堆内的所有残留水分吹扫干净，其内部水分就不会在严寒条件下因结冰而堵塞管路。
2.由于燃料电池堆、空气、氢气排放管路、冷却流体循环管路、水箱等都包裹上了保护性的绝热材料，因此可使燃料电池长时间保温。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种燃料电池电动车发动机的防冻装置，包括燃料电池堆3、氢气进气管、氢气排放管4、氢气罐8、空气进气管、空气排放管5、风机1、冷却流体循环管(图未示)、水箱(图未示)，所述的空气进气管与氢气进气管之间设置一管道连通，并在该管道上设有一常闭电磁阀2；所述的氢气进气管上设有高压氢气电磁阀7、氢气减压阀6，该高压氢气电磁阀7、氢气减压阀6设在常闭电磁阀2管道之前近氢气罐8的出口端；所述的燃料电池堆3、氢气进气管、氢气排放管4、空气进气管、空气排放管5、冷却流体循环管、水箱采用绝热橡胶材料或玻璃纤维或绝热塑料进行包裹。
将本发明用于50kw的燃料电池轿车发动机，在停车前控制系统控制器关闭高压氢气电磁阀7，并打开常闭电磁阀2，且控制空气鼓风机1鼓进空气吹扫(流量达500升/分钟)空气管路、燃料电池内部氢气侧与空气侧的流槽，并吹扫氢气进气管路与排放循环管路，保证上述管路内无残留水，等第二天重启时燃料电池发动机就会正常的启动运行。
Claims (4)
1.一种燃料电池电动车发动机的防冻装置，包括燃料电池堆、氢气进气管、氢气排放管、氢气罐、空气进气管、空气排放管、风机、冷却流体循环管和水箱，其特征在于，所述的空气进气管与氢气进气管之间设置一管道连通，并在该管道上设置一常闭电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电动车发动机的防冻装置，其特征在于，所述的氢气进气管上设有高压氢气电磁阀和氢气减压阀，该高压氢气电磁阀和氢气减压阀设在常闭电磁阀管道之前近氢气罐的出口端。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电动车发动机的防冻装置，其特征在于，所述的燃料电池堆、氢气进气管、氢气排放管、空气进气管、空气排放管、冷却流体循环管和水箱采用绝热材料进行包裹。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池电动车发动机的防冻装置，其特征在于，所述的绝热材料是绝热橡胶材料或玻璃纤维。
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