專利名稱：一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)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(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)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(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)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(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)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(huì)相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)
陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)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(dǎo)流極板上的流體孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)行過程中生成的水的通道。
為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通常可通過直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)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(gè)電池組。電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個(gè)典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個(gè)電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時(shí)，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個(gè)端板上或兩個(gè)端板上。
燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)在0℃以下天氣保存時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)以下問題1.燃料電池堆內(nèi)部殘留水發(fā)生冰凍現(xiàn)象；2.燃料電池輔助系統(tǒng)內(nèi)冷卻流體等管路如果有水也易發(fā)生冰凍。
由于這些問題，常常導(dǎo)致燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)重啟時(shí)發(fā)生不正常，甚至無法啟動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置，包括燃料電池堆、氫氣進(jìn)氣管、氫氣排放管、氫氣罐、空氣進(jìn)氣管、空氣排放管、風(fēng)機(jī)、冷卻流體循環(huán)管、水箱，其特征在于，所述的空氣進(jìn)氣管與氫氣進(jìn)氣管之間設(shè)置一管道連通，并在該管道上設(shè)置一常閉電磁閥。
所述的氫氣進(jìn)氣管上設(shè)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(shè)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(jìn)氣管、氫氣排放管、空氣進(jìn)氣管、空氣排放管、冷卻流體循環(huán)管、水箱的外圍設(shè)置絕熱材料層。
所述的絕熱材料層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(dāng)燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)可以采取本實(shí)用新型的如下措施將空氣排放管、氫氣排放管、燃料電池堆內(nèi)的所有殘留水分全部吹掃出去，保持燃料電池余熱，在絕熱材料保護(hù)下可以長時(shí)間保證溫度在0℃以上，即使溫度跌到0℃以下時(shí)，由于燃料電池內(nèi)部無殘留水，因此不會(huì)結(jié)冰，也不會(huì)將管路堵塞。
當(dāng)燃料電池車在冷天停止運(yùn)行時(shí)，如圖1所示，控制系統(tǒng)自動(dòng)打開常閉電磁閥2，并快速調(diào)制風(fēng)機(jī)1，將較大空氣流量輸送入燃料電池堆3中，并從氫氣排放管4、空氣排放管5流出。經(jīng)過持續(xù)吹掃后，燃料電池堆3中的氫側(cè)、空側(cè)，以及氫氣排放管4、空氣排放管5中都無液態(tài)水殘存。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)，將空氣排放管、氫氣排放管、燃料電池堆內(nèi)的所有殘留水分吹掃干凈，其內(nèi)部水分就不會(huì)在嚴(yán)寒條件下因結(jié)冰而堵塞管路。
2.由于燃料電池堆、空氣、氫氣排放管路、冷卻流體循環(huán)管路、水箱等都包裹上了保護(hù)性的絕熱材料，因此可使燃料電池長時(shí)間保溫。


附圖為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置，包括燃料電池堆3、氫氣進(jìn)氣管、氫氣排放管4、氫氣罐8、空氣進(jìn)氣管、空氣排放管5、風(fēng)機(jī)1、冷卻流體循環(huán)管(圖未示)、水箱(圖未示)，所述的空氣進(jìn)氣管與氫氣進(jìn)氣管之間設(shè)置一管道連通，并在該管道上設(shè)有一常閉電磁閥2；所述的氫氣進(jìn)氣管上設(shè)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(shè)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(jìn)氣管、氫氣排放管4、空氣進(jìn)氣管、空氣排放管5、冷卻流體循環(huán)管、水箱采用絕熱橡膠材料或玻璃纖維或絕熱塑料進(jìn)行包裹。
將本實(shí)用新型用于50kw的燃料電池轎車發(fā)動(dòng)機(jī)，在停車前控制系統(tǒng)控制器關(guān)閉高壓氫氣電磁閥7，并打開常閉電磁閥2，且控制空氣鼓風(fēng)機(jī)1鼓進(jìn)空氣吹掃(流量達(dá)500升/分鐘)空氣管路、燃料電池內(nèi)部氫氣側(cè)與空氣側(cè)的流槽，并吹掃氫氣進(jìn)氣管路與排放循環(huán)管路，保證上述管路內(nèi)無殘留水，等第二天重啟時(shí)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)正常的啟動(dòng)運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置，包括燃料電池堆、氫氣進(jìn)氣管、氫氣排放管、氫氣罐、空氣進(jìn)氣管、空氣排放管、風(fēng)機(jī)、冷卻流體循環(huán)管、水箱，其特征在于，所述的空氣進(jìn)氣管與氫氣進(jìn)氣管之間設(shè)置一管道連通，并在該管道上設(shè)置一常閉電磁閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置，其特征在于，所述的氫氣進(jìn)氣管上設(shè)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(shè)在常閉電磁閥管道之前近氫氣罐的出口端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置，其特征在于，所述的燃料電池堆、氫氣進(jìn)氣管、氫氣排放管、空氣進(jìn)氣管、空氣排放管、冷卻流體循環(huán)管、水箱的外圍設(shè)置絕熱材料層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的防凍裝置，包括燃料電池堆、氫氣進(jìn)氣管、氫氣排放管、氫氣罐、空氣進(jìn)氣管、空氣排放管、風(fēng)機(jī)、冷卻流體循環(huán)管、水箱，所述的空氣進(jìn)氣管與氫氣進(jìn)氣管之間設(shè)置一管道連通，并在該管道上設(shè)置一常閉電磁閥；本實(shí)用新型在燃料電池電動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)，將空氣排放管、氫氣排放管、燃料電池堆內(nèi)的所有殘留水分吹掃干凈，其內(nèi)部水分就不會(huì)在嚴(yán)寒條件下因結(jié)冰而堵塞管路，此外，由于燃料電池堆、空氣、氫氣排放管路、冷卻流體循環(huán)管路、水箱等都包裹上了保護(hù)性的絕熱材料，因此可使燃料電池長時(shí)間保溫。
文檔編號(hào)B60L11/18GK2845187SQ20052004767
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者胡里清, 郭偉良, 胡卓滔 申請(qǐng)人:上海神力科技有限公司