可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統技術方案

本發明專利技術提供一種可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，包括：排氫管、排氫閥、冷卻液支路和注液閥，所述排氫管包括進口管路和出口管路，兩者通過排氫閥相連接，進口管路的進氣口與燃料電池電堆連接；排氫管的進口管路和冷卻液支路通過注液閥相連接，冷卻液支路的另一端可注入冷卻液。本發明專利技術利用燃料電池系統冷卻液凝固點低的特性，對排氫管路和排氫閥覆蓋保護，避免了因氣、液態水因低溫凝固導致的管路堵塞和閥體凍結，顯著提高了排氫系統的開啟速度，同時縮短了燃料電池系統在低溫下冷起啟動的時間，提高了燃料電池系統的效率，整體設計簡單易于實現。

Proton exchange membrane fuel cell hydrogen exhaust system capable of quickly opening at low temperature

The present invention provides a quick opening in the low temperature hydrogen proton exchange membrane fuel cell system includes exhaust pipe, exhaust valve, hydrogen hydrogen coolant branch and liquid injection valve, the exhaust pipe comprises a hydrogen inlet and outlet piping are connected through hydrogen valve, inlet pipeline inlet connection with the fuel cell stack; inlet pipeline and cooling liquid hydrogen branch pipe is connected through the injection valve, the other end of the cooling liquid can be injected into the cooling liquid branch. The invention utilizes characteristics of cooling solidification of liquid fuel cell system low, cover the protection of hydrogen and hydrogen pipeline valve, to avoid freezing due to pipeline gas, liquid water due to low temperature solidification due to blockage and valve body, significantly improve the opening speed of hydrogen system, while reducing the fuel cell system in low temperature cold the starting time, improve the efficiency of the fuel cell system, the overall design is simple and easy to implement.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種應用于質子交換膜燃料電池的排氫系統，尤其涉及一種可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統。
技術介紹
質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有環境友好、能量轉換效率高、啟動迅速等優點，被認為是一種極具潛力的清潔高效的新能源發電裝置。通常的，一個燃料電池系統主要有氫氣路系統、空氣路系統和水熱管理系統組成。其中，氫氣路系統主要包括高壓氫罐、氫氣減壓器、氫氣噴射器和排氫電磁閥及相應管道組成；空氣路系統主要包括空壓機、中冷器、增濕器和尾排節氣門及相應管道組成；水熱管理系統主要由膨脹水箱、冷卻水泵和散熱風扇構成以控制并保持燃料電池系統溫度。燃料電池系統的氫氣側電化學反應，生成氫離子(質子)，通過質子交換膜傳遞至空氣側；空氣側的氧氣在催化劑的作用下與質子發生電化學反應生成水。由于空氣側和氫氣側水的濃度差，濃度擴散作用導致的傳質過程使得氫氣側存在一定量的水分。通常，氫氣側的大部分水在間歇排氫和系統停機吹掃過程中被排出。然而，在極端低溫環境(如-20℃)下，殘留的液態水以及常溫下處于氣態的水分發坐冷凝和凝固，導致排氫電磁閥閥體與閥座之間由于結冰而難以開啟，甚至結冰將氫氣尾排管路堵塞，從而阻礙了燃料電池系統低溫冷起動開機過程的進行。因此，需采取措施防止排氫電磁閥結冰，或實現結冰快速融化使得低溫下排氫過程盡快正常進行，以保障燃料電池系統快速低溫冷起動的實現。中國專利CN203800126U是通過加熱棒迅速將電磁閥內的已經凝結的固態冰融化，之后通過空氣壓縮機壓縮后的熱空氣給電磁閥保溫。這種方式需要消耗較高能量，結構設計也比較復雜。
技術實現思路
本專利技術提供一種可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，以克服現有技術存在的上述缺陷。本專利技術可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，包括：排氫管、排氫閥、冷卻液支路和注液閥，所述排氫管包括進口管路和出口管路，兩者通過所述排氫閥相連接，所述進口管路的進氣口與燃料電池電堆連接；所述排氫管的進口管路和冷卻液支路通過所述注液閥相連接，所述冷卻液支路的另一端可注入冷卻液。優選的，所述排氫閥的位置低于所述進口管路和出口管路。優選的，所述排氫閥和注液閥為電磁閥。優選的，所述冷卻液支路的另一端連接冷卻液回路或水箱。作為進一步優選的技術方案，在所述進口管路中設置有一液位傳感器。本專利技術還提供一種采用上述排氫系統，從而實現在低溫下快速開啟質子交換膜燃料電池排氫系統的控制方法，包括如下步驟：當燃料電池系統停機結束后，檢測環境溫度，若低于0攝氏度，則進一步檢測排氫系統的壓力，當降至當前環境壓力時，打開所述注液閥，向所述排氫管中注入冷卻液，當冷卻液達到一定量后關閉，隨后打開排氫閥；冷卻液的加入量以所述進口管路和出口管路能分別被冷卻液所覆蓋，且不溢出為限。優選的，冷卻液加入量可以通過預設參數進行控制，也可以通過設置在所述進口管路中的液位傳感器進行控制。本專利技術為一種可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，其具有如下有益效果：(1)利用燃料電池系統冷卻液凝固點低的特性，對排氫管路和排氫閥覆蓋保護，避免了因氣、液態水因低溫凝固導致的管路堵塞和閥體凍結，顯著提高了排氫系統的開啟速度，同時縮短了燃料電池系統在低溫下冷起啟動的時間。(2)通過注液的方式來抑制結冰，消除了后續低溫冷起動時對電磁閥加熱所帶來的能量損失，提高了燃料電池系統的效率。(3)系統增加的零部件(管路、電磁閥)非常簡單，排氫系統的優化設計是基于系統現有資源(冷卻液)進行，易于實現，操作簡單。附圖說明圖1是本專利技術的質子交換膜燃料電池排氫系統結構示意圖；圖2是本專利技術在常溫停放下的狀態示意圖；圖3是實施例2的排氫系統示意圖；圖4是本專利技術的系統控制流程圖。具體實施方式下面結合附圖給出本專利技術較佳實施例，以詳細說明本專利技術的技術方案。實施例1如圖1所示，一種可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，包括：排氫管2、排氫電磁閥3、冷卻液支路5和注液閥6，所述排氫管2包括進口管路21和出口管路22，兩者通過所述排氫閥3相連接，所述進口管路21的進氣口與燃料電池電堆1連接；所述排氫管2的進口管路21和冷卻液支路5通過所述注液電磁閥6相連接，所述冷卻液支路5的另一端連接冷卻液回路4或水箱。所述排氫閥3的位置低于所述進口管路21和出口管路22。本專利技術的工作原理是這樣的：排氫系統中，氫氣尾氣從燃料電池電堆1中排出進入排氫管2后，通過排氫電磁閥3的間歇動作將氫氣尾氣排出燃料電池系統。當燃料電池系統停機結束后，檢測環境溫度，若環境溫度為常溫，則注液電磁閥6保持關閉狀態，保證排氫管2和冷卻液回路4兩者間無介質交換(如圖2所示)。若溫度低于0攝氏度，則進一步檢測排氫系統的壓力，當降至當前環境壓力時，打開所述注液閥6，向所述排氫管2中注入冷卻液，當冷卻液達到一定量后關閉，保證管路在低溫下不被積水凍結堵塞，隨后打開排氫閥3一段時間，使進口管路21和出口管路22分別被冷卻液所覆蓋，保證電磁閥在低溫下不結冰粘結。冷卻液的加入量以所述進口管路21和出口管路22能分別被冷卻液所覆蓋，且不溢出為限。整個控制過程如圖4所示。冷卻液的灌注過程采用預設的標定參數進行。采用預設參數進行冷卻液灌注的好處在于，簡化了管路，只需將壓力、時間、灌注量等相關參數的標定值寫入控制器即可。實施例2如圖3所示，其他同實施例1，在所述進口管路21中還設置有一液位傳感器7。在該實施例中，冷卻液的灌注過程通過液位傳感器7進行控制。采用液位傳感器進行灌注控制的好處在于，進入排氫管路冷卻液量能控制精確，避免了灌注液量的波動帶來的防凍效果差或極端情況下污染電堆。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，其特征在于，包括：排氫管(2)、排氫閥(3)、冷卻液支路(5)和注液閥(6)，所述排氫管(2)包括進口管路(21)和出口管路(22)，兩者通過所述排氫閥(3)相連接，所述進口管路(21)的進氣口與燃料電池電堆(1)連接；所述排氫管(2)的進口管路(21)和冷卻液支路(5)通過所述注液閥(6)相連接，所述冷卻液支路(5)的另一端可注入冷卻液。

【技術特征摘要】
1.一種可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，其特征在于，包括：排氫管(2)、排氫閥(3)、冷卻液支路(5)和注液閥(6)，所述排氫管(2)包括進口管路(21)和出口管路(22)，兩者通過所述排氫閥(3)相連接，所述進口管路(21)的進氣口與燃料電池電堆(1)連接；所述排氫管(2)的進口管路(21)和冷卻液支路(5)通過所述注液閥(6)相連接，所述冷卻液支路(5)的另一端可注入冷卻液。2.如權利要求1所述的可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，其特征在于，所述排氫閥(3)的位置低于所述進口管路(21)和出口管路(22)。3.如權利要求1所述的可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，其特征在于，所述排氫閥(3)和注液閥(6)為電磁閥。4.如權利要求1所述的可在低溫下快速開啟的質子交換膜燃料電池排氫系統，其特征在于，所述冷卻液支...

【專利技術屬性】
技術研發人員：施昕，林琦，胡哲，
申請(專利權)人：上海重塑能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31