一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置的製作方法
2023-07-10 13:14:01 3
專利名稱：一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置。
背景技術：
電化學燃料電池是一種能夠將氫及氧化劑轉化成電能及反應產物的裝置。該裝置的內部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發電化學反應的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發生電化學發應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流迴路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，並在催化劑表面上發生電化學反應，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質子交換膜，到達膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，並在催化劑表面上發生電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發生反應，形成反應產物。
在採用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區的催化電化學反應就產生了氫正離子(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區遷移到陰極區。除此之外，質子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產生爆發式反應。
在陰極區，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，並與陽極區遷移過來的氫正離子反應，生成反應產物水。在採用氫氣、空氣(氧氣)的質子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達陽極反應H2→2H++2e
陰極反應1/2O2+2H++2e→H2O在典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導電的極板中間，每塊導流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、衝壓或機械銑刻，形成至少一條以上的導流槽。這些導流極板可以是金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導流極板上的流體孔道與導流槽分別將燃料和氧化劑導入膜電極兩邊的陽極區與陰極區。在一個質子交換膜燃料電池單電池的構造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑的導流板。這些導流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導流板上的導流槽又作為燃料與氧化劑進入陽極、陰極表面的通道，並作為帶走燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通常可通過直疊的方式串聯成電池組或通過平鋪的方式聯成電池組。在直疊、串聯式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端板、後端板及拉杆緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導流進口和導流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經重整後得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進出口與導流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內冷卻通道中，將燃料電池內氫、氧電化學放熱反應生成的熱吸收並帶出電池組進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應的導流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
燃料電池電動車發動機在0℃以下天氣保存時往往會出現以下問題1.燃料電池堆內部殘留水發生冰凍現象；2.燃料電池輔助系統內冷卻流體等管路如果有水也易發生冰凍。
由於這些問題，常常導致燃料電池發動機重啟時發生不正常，甚至無法啟動。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的問題而提供一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置，包括燃料電池堆、氫氣進氣管、氫氣排放管、氫氣罐、空氣進氣管、空氣排放管、風機、冷卻流體循環管、水箱，其特徵在於，所述的空氣進氣管與氫氣進氣管之間設置一管道連通，並在該管道上設置一常閉電磁閥。
所述的氫氣進氣管上設有高壓氫氣電磁閥、氫氣減壓閥，該高壓氫氣電磁閥、氫氣減壓閥設在常閉電磁閥管道之前近氫氣罐的出口端。
所述的燃料電池堆、氫氣進氣管、氫氣排放管、空氣進氣管、空氣排放管、冷卻流體循環管、水箱採用絕熱材料進行包裹。
所述的絕熱材料可以是絕熱橡膠材料，也可以是玻璃纖維或其它絕熱塑料材料。
當燃料電池電動車發動機停止運行時可以採取本發明的如下措施將空氣排放管、氫氣排放管、燃料電池堆內的所有殘留水分全部吹掃出去，保持燃料電池餘熱，在絕熱材料保護下可以長時間保證溫度在0℃以上，即使溫度跌到0℃以下時，由於燃料電池內部無殘留水，因此不會結冰，也不會將管路堵塞。
當燃料電池車在冷天停止運行時，如圖1所示，控制系統自動打開常閉電磁閥2，並快速調製風機1，將較大空氣流量輸送入燃料電池堆3中，並從氫氣排放管4、空氣排放管5流出。經過持續吹掃後，燃料電池堆3中的氫側、空側，以及氫氣排放管4、空氣排放管5中都無液態水殘存。
與現有技術相比，本發明具有以下優點1.燃料電池電動車發動機不運行時，將空氣排放管、氫氣排放管、燃料電池堆內的所有殘留水分吹掃乾淨，其內部水分就不會在嚴寒條件下因結冰而堵塞管路。
2.由於燃料電池堆、空氣、氫氣排放管路、冷卻流體循環管路、水箱等都包裹上了保護性的絕熱材料，因此可使燃料電池長時間保溫。
附圖為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖1所示，一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置，包括燃料電池堆3、氫氣進氣管、氫氣排放管4、氫氣罐8、空氣進氣管、空氣排放管5、風機1、冷卻流體循環管(圖未示)、水箱(圖未示)，所述的空氣進氣管與氫氣進氣管之間設置一管道連通，並在該管道上設有一常閉電磁閥2；所述的氫氣進氣管上設有高壓氫氣電磁閥7、氫氣減壓閥6，該高壓氫氣電磁閥7、氫氣減壓閥6設在常閉電磁閥2管道之前近氫氣罐8的出口端；所述的燃料電池堆3、氫氣進氣管、氫氣排放管4、空氣進氣管、空氣排放管5、冷卻流體循環管、水箱採用絕熱橡膠材料或玻璃纖維或絕熱塑料進行包裹。
將本發明用於50kw的燃料電池轎車發動機，在停車前控制系統控制器關閉高壓氫氣電磁閥7，並打開常閉電磁閥2，且控制空氣鼓風機1鼓進空氣吹掃(流量達500升/分鐘)空氣管路、燃料電池內部氫氣側與空氣側的流槽，並吹掃氫氣進氣管路與排放循環管路，保證上述管路內無殘留水，等第二天重啟時燃料電池發動機就會正常的啟動運行。
權利要求
1.一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置，包括燃料電池堆、氫氣進氣管、氫氣排放管、氫氣罐、空氣進氣管、空氣排放管、風機、冷卻流體循環管、水箱，其特徵在於，所述的空氣進氣管與氫氣進氣管之間設置一管道連通，並在該管道上設置一常閉電磁閥。
2.根據權利要求1所述的一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置，其特徵在於，所述的氫氣進氣管上設有高壓氫氣電磁閥、氫氣減壓閥，該高壓氫氣電磁閥、氫氣減壓閥設在常閉電磁閥管道之前近氫氣罐的出口端。
3.根據權利要求1所述的一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置，其特徵在於，所述的燃料電池堆、氫氣進氣管、氫氣排放管、空氣進氣管、空氣排放管、冷卻流體循環管、水箱採用絕熱材料進行包裹。
4.根據權利要求3所述的一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置，其特徵在於，所述的絕熱材料可以是絕熱橡膠材料，也可以是玻璃纖維或其它絕熱塑料材料。
全文摘要
本發明涉及一種燃料電池電動車發動機的防凍裝置，包括燃料電池堆、氫氣進氣管、氫氣排放管、氫氣罐、空氣進氣管、空氣排放管、風機、冷卻流體循環管、水箱，所述的空氣進氣管與氫氣進氣管之間設置一管道連通，並在該管道上設置一常閉電磁閥；本發明在燃料電池電動車發動機不運行時，將空氣排放管、氫氣排放管、燃料電池堆內的所有殘留水分吹掃乾淨，其內部水分就不會在嚴寒條件下因結冰而堵塞管路，此外，由於燃料電池堆、空氣、氫氣排放管路、冷卻流體循環管路、水箱等都包裹上了保護性的絕熱材料，因此可使燃料電池長時間保溫。
文檔編號H01M8/04GK1988232SQ20051011165
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月19日 優先權日2005年12月19日
發明者胡裡清, 郭偉良, 胡卓滔 申請人:上海神力科技有限公司