[发明专利]一种集成化的燃料电池气路系统

说明书

本发明公开了一种集成化的燃料电池气路系统，由阴极气室、膜电极组件、集成部分吹扫气路的输入端阴极气路系统、集成部分吹扫气路的输出端阴极气路系统、输入端阳极气路、输出端阳极气路和吹扫气路独立部分构成整个燃料电池的气路系统；阴极气室、膜电极组件、集成部分吹扫气路的输入端阴极气路系统、集成部分吹扫气路的输出端阴极气路系统构成吹扫气路的公共部分；输入端阳极气路、输出端阳极气路构成阳极气路系统；本发明通过集成化气路系统可以有效地减少了燃料电池的所需安装空间，同时实现燃料电池电附件共用，降低了燃料电池气体处理附件的损耗功率。

技术领域

本发明属于燃料电池装置领域，涉及一种集成化的燃料电池气路系统。

背景技术

燃料电池作为一种清洁、高效的能量源，在近年来受到人们的广泛关注。其中应用最广泛的是质子交换膜燃料电池简称PEMFC，PEMFC使用氢气作为阳极燃料,使用空气作为阴极燃料。

当燃料电池工作时由于氢气的利用率并非100％，其余部分则以纯氢气或氢气与水蒸气等的混合气等形式作为尾气排放掉。其中一部分混合气会随着空气流出电堆，另一部分混合气会通过膜电极扩散到阴极，会导致液态水在催化层和气体扩散层积累，引起电极局部被水淹，影响燃料电池性能。

当燃料电池关机的时候，燃料电池阳极气室积存氢气，阴极气室积存空气，由于扩散作用，会出现阳极气体扩散进入阴极气室，阴极气体扩散进入阳极气室，这样，在燃料电池内，出现了氢气与氧气的混合，这种混合带来的负面效应主要由两方面，一方面在于在膜电极催化器表面发生氧化反应腐蚀电极，另一方面在于氢气为易燃易爆气体，氢气与氧气混合是威胁燃料电池安全的重要因素。

基于上述原因，燃料电池需要用氮气或者空气等惰性气体或空气对燃料电池内部进行吹扫处理以便及时除去气室内的氢气，防止造成安全隐患以及腐蚀电极等负面影响。

为了能够实现对气室内剩余气体的吹扫，往往需要增加一套管路系统及其附件，公开号为CN101150199，发明名称为“保护燃料电池汽车发动机的自生成氮气吹扫系统”，该发明提出一种在线制备氮气的自生成氮气吹扫系统，能够实现燃料电池的吹扫；公开号为CN205600704U，发明名称为“燃料电池排氢系统”，该发明引入一个氢气循环泵，被设置在燃料电池的燃料电池堆阳极的尾气出口与燃料电池堆阳极的氢气入口之间，可以将燃料电池堆阳极尾气泵入至燃料电池堆阳极的氢气入口，单向阀可以将氢气循环泵和燃料电池堆阳极的氢气入口之间的气路导向至燃料电池堆阳极的氢气入口，可以有效避免脉冲排氢时出现的氢气回流问题。在燃料电池吹扫气路的问题上，上述专利均配置了用于吹扫气体的管路，为实现相应的功能如制备吹扫气体和处理吹扫气体，还需要在增加的吹扫气体的管路中设置各种附件，增加的吹扫气路和这些附件会让燃料电池的结构更加复杂，会增加安装空间。公开号为CN103268949A，发明名称为“一种燃料电池消氢装置”，该发明通过在扩散漏斗的小端与尾排氢气进口管相连，扩散漏斗壁上均匀布置有扩散孔，以及催化室内设多孔催化器和冷却喷头的措施，可以有效降低氢气浓度，且实现了较好的散热，降低了发生燃烧、爆炸等安全隐患的可能性。

虽然上述专利均实现了对氢气的吹扫，或者降低了燃料电池装置内的氢气浓度，但是不可避免的是，均增加一套复杂的吹扫管路系统以及增加了一系列的气体处理附件，这些气路和附件一方面对增加安装空间，另一方面，增加的气体处理附件会增加能耗。当燃料电池用于汽车，尤其是在没有足够的安装空间的情况下，这种为吹扫气体单独设置一套气路系统的方法往往具有一定的局限性。因此需要开发一种具有较小空间需求与较少的气体与气体处理附件消耗的吹扫气路装置来满足燃料电池在汽车上的更广泛应用。

发明内容

本发明提供一种集成化的燃料电池气路系统，具有较小安装空间需求与降低气体处理附件能耗的吹扫气路装置来满足燃料电池在汽车上的更广泛应用。

本发明是采用如下技术方案实现的：