一種帶有制氮裝置的燃料電池系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有制氮裝置的燃料電池系統，涉及質子交換膜燃料電池領域。本實用新型帶有制氮裝置的燃料電池系統，包括空氣濾清器、無油空氣壓縮機、增濕器、燃料電池堆、氮氣儲罐、氫氣儲罐和減壓器，所述氮氣儲罐上安裝有壓力傳感器和氧氣濃度傳感器，還包括制氮機，所述無油空氣壓縮機的出氣管分為兩個支路，其中一個支路通過所述增濕器和燃料電池堆相連，另一個支路通過流量控制閥和所述制氮機相連，所述制氮機的氮氣出口和氮氣儲罐相連。本實用新型利用制氮機直接從空氣中分離出氮氣，而不用通過外掛氮氣存儲設備，隨時可以補充氮氣，省去了額外運輸氮氣和補充氮氣所需的設備，操作簡單，節約成本。
【專利說明】一種帶有制氮裝置的燃料電池系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種燃料電池系統，尤其是一種帶有制氮裝置的燃料電池系統。【背景技術】
[0002]目前，燃料電池堆在停機過程中，由于空氣和殘留的氫氣的存在，燃料電池仍在反應，并不斷的消耗氫氣，直到氫氣耗盡為止，這時空氣腔仍為標準大氣壓，氫氣腔由于與外界隔離而形成負壓，同時膜電極一側空氣腔內的空氣會因壓力梯度和濃差的關系會逐漸的擴散到另一側的氫氣腔，直到壓力平衡為止。這一過程一是容易形成氫空界面，產生反向電流，造成燃料電池堆電極性能快速衰減，二是膜電極因兩側壓力不同而受到外力作用發生變形，長久以后形成機械性損傷而損壞。為避免清空界面和負壓對燃料電池堆造成的損傷，提高其使用壽命，需要對燃料電池堆用惰性氣體進行保護，通常以氮氣作為惰性氣體。
[0003]現有技術一種是無氮氣裝置的燃料電池系統，如圖1所示，關機時直接用氫氣吹掃，這樣做的結果是浪費氫氣，燃料電池堆因缺少氮氣保護而形成負壓導致機械損傷以及形成氫空界面影響使用壽命；另一種是帶有外接氮氣吹掃閥的燃料電池系統，如圖2所示，帶有外接氮氣吹掃閥的燃料電池系統設置有快插式單向氮氣吹掃閥19，使用氮氣瓶減壓后通過快插式單向氮氣吹掃閥19吹掃燃料電池堆。如圖3所示，帶有氮氣瓶的燃料電池系統，包括空氣濾清器1、無油空氣壓縮機2、增濕器3、燃料電池堆4、氮氣儲罐6、壓力傳感器7、氮氣流量控制器9、單向閥10、氮氣進氣閥11、氫氣儲罐12、減壓器13、氫氣進氣閥14、氫氣尾排閥15、背壓閥17、氮氣加注口 20。在使用過程中，空氣依次進入空氣濾清器1、無油空氣壓縮機2、增濕器3、燃料電池堆4，由背壓閥17提高壓力；氫氣由氫氣儲罐12進入減壓器13、氫氣進氣閥14、再進入電堆4與空氣反應，尾氣由氫氣尾排閥15排出，停機的時候氮氣儲罐6的氮氣由氮氣流量控制器9控制進入燃料電池堆4進行吹掃和氮氣保護，當氮氣壓力傳感器7檢測壓力不足時就需要通過氮氣加注口 20進行外部補充氮氣，這樣就帶來了為補充氮氣而額外增加氮氣加注設備的問題，而且還需要運輸氮氣，操作上繁瑣不方便。
實用新型內容
[0004]本實用新型針對以上問題的提出，而研究設計一種帶有制氮裝置的燃料電池系統。本實用新型采用的技術手段如下:
[0005]一種帶有制氮裝置的燃料電池系統，包括空氣濾清器、無油空氣壓縮機、增濕器、燃料電池堆、氮氣儲罐、氫氣儲罐和減壓器，所述燃料電池堆上設有氫氣尾排閥，所述氮氣儲罐上安裝有壓力傳感器，所述氮氣儲罐通過氮氣流量控制器、單向閥和氮氣控制閥與燃料電池堆相連，所述氮氣流量控制閥和單向閥之間設有放空管，所述放空管上安裝有放空閥，還包括制氮機，所述無油空氣壓縮機的出氣管分為兩個支路，其中一個支路通過所述增濕器和燃料電池堆相連，另一個支路通過空氣流量控制閥和所述制氮機相連，所述制氮機的氮氣出口和氮氣儲罐相連，所述氮氣儲罐上安裝有氧氣濃度傳感器。
[0006]進一步地，所述制氮機為膜制氮機。[0007]進一步地，所述制氮機為分子篩型制氮機。
[0008]與現有技術比較，本實用新型所述的一種帶有制氮裝置的燃料電池系統，利用制氮機直接從空氣中分離出氮氣，而不用通過外掛氮氣存儲設備，隨時可以補充氮氣，省去了額外運輸氮氣和補充氮氣所需的設備，操作簡單，節約成本。同時對燃料電池堆進行惰性氣體保護，可以延長燃料電池堆的壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是無氮氣裝置的燃料電池系統流程示意圖。
[0010]圖2是帶有外接氮氣吹掃閥的燃料電池系統流程示意圖。
[0011]圖3是帶有氮氣瓶的燃料電池系統流程示意圖。
[0012]圖4是本實用新型一種帶有制氮裝置的燃料電池系統流程示意圖。
[0013]圖中:1、空氣濾清器；2、無油空氣壓縮機；3、增濕器；4、燃料電池堆；5、制氮機；6、氮氣儲罐；7、壓力傳感器；8、氧氣濃度傳感器；9、氮氣流量控制器；10、單向閥；11、氮氣進氣閥；12、氫氣儲罐；13、減壓器；14、氫氣進氣閥；15、氫氣尾排閥；16、放空閥；17、背壓閥；18、空氣流量控制閥；19、快插式單向氮氣吹掃閥；20、氮氣加注口。
【具體實施方式】
[0014]如圖4所示，一種帶有制氮裝置的燃料電池系統，包括空氣濾清器1、無油空氣壓縮機2、增濕器3、燃料電池堆4、制氮機5、氮氣儲罐6、壓力傳感器7、氧氣濃度傳感器8、氮氣流量控制閥9、單向閥10、氮氣進氣閥11、氫氣儲罐12、減壓器13、氫氣進氣閥14、氫氣尾排閥15、放空閥16、背壓閥17、空氣流量控制閥18，所述的空氣濾清器I與無油空氣壓縮機2連接后分成兩路，一路與增濕器3、燃料電池堆4、背壓閥17連接；另一路依次與空氣流量控制閥18、制氮機5、氮氣存儲罐6、氮氣流量控制閥9、單向閥10、氮氣進氣閥11連接，在氮氣進氣閥11與單向閥10之間還連有放空管，所述放空管上安裝有放空閥16 ;氫氣儲罐12與減壓器13、氫氣進氣閥14連接后與氮氣進氣閥11匯合連接燃料電池堆4，反應產生的水和少量氫氣經氫氣尾排閥15排出。所述的氮氣存儲罐上安裝有壓力傳感器7、氧氣濃度傳感器8，所述壓力傳感器7可監測氮氣儲罐內壓力，提高安全性，所述氧氣濃度傳感器8通過對氮氣儲罐中氧氣濃度的監測防止氧氣進入燃料電池堆4的氫氣腔。
[0015]本實施例采用分子篩型制氮機5。燃料電池堆4啟動運行時，空氣經空氣濾清器I過濾，進入無油空氣壓縮機I后分兩路，一路空氣通過增濕器3加濕后進入燃料電池堆4，并通過背壓閥17進行背壓到0.2MPa來提高反應空氣壓力；氫氣儲罐12內的氫氣經減壓器13減壓到0.22MPa后通過氫氣進氣閥14進入燃料電池堆4與空氣發生化學反應供電，其產生的尾氣和水通過氫氣尾排閥15排出。打開制氮機5和空氣流量控制閥18，另一路空氣通過空氣流量控制閥18進入分子篩制氮機5，經過加壓吸附、常壓解吸制備出氮氣，流入氮氣儲罐6，再經氮氣儲罐6上的氧氣濃度傳感器8分析，當氧氣濃度高于0.01%時打開放空閥16放空，防止氧氣進入燃料電池堆4的氫氣腔，當氧氣濃度低于0.01%時關閉放空閥16，制備的氮氣存儲于氮氣儲罐6中，當壓力傳感器7檢測到氮氣存儲罐6中的壓力達到設定的壓力0.3MPa時，關閉空氣流量控制閥18和制氮機5，完成氮氣制備，其中單向閥10保證氫氣不會反向進入氮氣儲罐而引發安全問題。燃料電池堆4在運行結束時，關閉氫氣進氣閥14，打開氮氣進氣閥11和氫氣尾排閥15，通過氮氣流量控制閥9控制氮氣流量，對燃料電池堆4內的氫氣和水進行吹掃和置換，達到使用惰性氣體保護燃料電池堆4，延長其使用壽命的目的。與現有技術相比，本實用新型無需使用外部氮氣瓶吹掃，也無需補充氮氣，運行過程中直接從無油空氣壓縮機2輸出的空氣中獲得需要的氮氣，無油空氣壓縮機2同時作為燃料電池堆4和制氮機5的空氣源，節約成本、操作方便。
[0016]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，根據本實用新型的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種帶有制氮裝置的燃料電池系統，包括空氣濾清器、無油空氣壓縮機、增濕器、燃料電池堆、氮氣儲罐、氫氣儲罐和減壓器，所述燃料電池堆上設有氫氣尾排閥，所述氮氣儲罐上安裝有壓力傳感器，所述氮氣儲罐通過氮氣流量控制器、單向閥和氮氣控制閥與燃料電池堆相連，所述氮氣流量控制閥和單向閥之間設有放空管，所述放空管上安裝有放空閥，其特征在于:還包括制氮機，所述無油空氣壓縮機的出氣管分為兩個支路，其中一個支路通過所述增濕器和燃料電池堆相連，另一個支路通過空氣流量控制閥和所述制氮機相連，所述制氮機的氮氣出口和氮氣儲罐相連，所述氮氣儲罐上安裝有氧氣濃度傳感器。
2.根據權利要求1所述的帶有制氮裝置的燃料電池系統，其特征在于:所述制氮機為膜制氮機。
3.根據權利要求1所述的帶有制氮裝置的燃料電池系統，其特征在于:所述制氮機為分子篩型制氮機。
【文檔編號】H01M8/02GK203826483SQ201420158180
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】江洪春, 丁鵬, 趙金, 李秋紅, 王克勇 申請人:新源動力股份有限公司