一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置制造方法及图纸

一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，包括燃料电池模块，燃料电池模块的外部设有保温层，燃料电池模块的流体的进、出口连接有隔热管路，隔热管路由一段保温管及在保温管的两端各连接一个阀构成，隔热管路中的阀和保温管外套覆有橡塑保温管。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有如下优点：燃料电池汽车在寒冷气候中使用时，能够延长燃料电池低温储存的时间；结构简单，辅助元件较少，控制简单，可靠性较高；大幅减小低温启动前冷却循环液次数；减小管路及零部件保温装置的复杂性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池低温储存技术。
技术介绍
燃料电池在汽车上应用，需要使燃料电池适用于寒冷低温环境。因为燃料电池汽 车会在各种各样的气候中行驶，在冬季，寒冷的天气将给质子交换燃料电池带来很大的危 害，温度过低会使燃料电池工作效率下降，特别是当燃料电池不工作时，电池堆的温度将会 降至零度以下，质子膜中的液态水将会结冰从而膨胀，膨胀产生的应力将破坏质子膜，使燃 料电池无法继续正常工作。因此，在温度低于零度以下时，保证质子膜不结冰，对于燃料电 池汽车适用于寒冷气候地区是必须解决的技术问题。目前燃料电池汽车对质子膜的防冻问题通常是在不工作时，将反应物氢气、空气 和电池堆中的水排除，在下一次工作之前进行加湿和预热，来达到电池堆正常工作时所需 的温度和湿度；或者采用余热利用和隔热保温技术，通过在燃料电池堆外部布置一层绝热 材料，增大电池堆与外界的传热热阻，从而降低电池堆自身的热量损失；还有在绝热层内部 布置一层吸热储能材料，以吸收电池堆工作时排除的多余热量，在电堆温度低于特定温度 时材料放热，实现车用燃料电池的保温。这些方法都对燃料电池的保温具有有益的效果，但 是都没有隔断电池堆与各流体系统之间的联系，对保温效果有影响。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种隔断电堆与燃料电池各流体系统之间的联系的装 置，使燃料电池汽车在寒冷气候中使用时，可延长燃料电池低温储存时间。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为一种延长燃料电池电堆低温储 存时间的装置，包括燃料电池模块，燃料电池模块的外部设有保温层，其特征在于所述燃料 电池模块的流体的进、出口连接有隔热管路，燃料电池模块通过隔热管路分别与燃料电池 系统对应的流体管路连接，所述隔热管路由一段保温管及在保温管的两端各连接一个阀构 成，其中保温管上接有排放阀，隔热管路中的阀和保温管外套覆有橡塑保温管，隔热管路与 燃料电池模块出口连接处套覆有橡塑保温管。本技术所述一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，其特征在于所述燃 料电池模块的流体的进、出口连接有隔热管路是在冷却液进出口连接有隔热管路或者在冷 却液进出口、空气进出口和氢气进出口都连接有隔热管路。本技术所述一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，其特征在于所述隔 热管路中的保温管的管径与燃料电池系统对应的流体管路的管径相同。本技术所述一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，其特征在于所述隔 热管路中的保温管长1-lOcm。本技术所述一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，其特征在于所述保 温管上的排放阀通过与保温管连接的保温支管连接。本技术的使用方法是在燃料电池系统工作时，隔热管路中保温管两端的阀 呈开启状态，保温管上的排放阀呈关闭状态；燃料电池系统停止工作后，隔热管路中保温管 两端的阀在低温储存前关闭，保温管上的排放阀此时开启，排放出管中流体及利用排放阀 对保温管抽真空，排放及抽真空处理完毕后，关闭排放阀。本技术的原理是在燃料电池模块外设保温层的基础上，再用隔热管路隔断 燃料电池模块与燃料电池系统管路及零部件的流体连接，从而减小以流体为热传导介质的 热传递及热对流。保证燃料电池模块隔热的严密，达到延长燃料电池低温储存的时间的目 的。与现有技术相比，本技术具有如下优点1、燃料电池汽车在寒冷气候中使用时，能够延长燃料电池低温储存的时间；2、结构简单，辅助元件较少，控制简单，可靠性较高。3、大幅减小低温启动前冷却循环液次数；4、减小管路及零部件保温装置的复杂性。附图说明本技术共有附图四幅，其中图1是延长燃料电池低温储存时间的装置结构示意图。图2是只在冷却循环系统接有隔热管路的结构示意图。图3是冷却液进出口连接有隔热管路的燃料电池模块对比试验时间-温度曲线 图。图4是冷却液进出口、空气进出口和氢气进出口都连接有隔热管路的燃料电池模 块对比试验时间-温度曲线图。附图中，1、燃料电池电堆模块，2、保温层，3、隔热管路部分，4、空气进口，4’、空气 出口，5、冷却液进口，5’、冷却液出口，6、氢气出口，6’、氢气进口，7、氢气路零部件及管路连 接件，8、冷却路零部件及管路连接件，9、空气路零部件及管路连接件，10、阀，11、保温管，12 保温支管，13、排放阀，14、冷却泵，15、散热风扇，16、冷却液箱。具体实施方式本技术的实施方式是，在燃料电池模块1的外部设一层保温层2，保温层2由 聚苯乙烯板构成，燃料电池模块1的流体的进、出口连接由在保温管11两端各连接一个阀 10构成的隔热管路，在保温管3上用保温支管12连接一个排放阀13，燃料电池模块1通过 隔热管路3分别与燃料电池系统对应的氢气路零部件及管路7、冷却路零部件及管路8、空 气路零部件及管路9等流体管路连接，隔热管路中的阀10和保温管11外套覆有橡塑保温 管，隔热管路3与燃料电池模块出口连接处套覆有橡塑保温管。保温管11的管径与燃料电 池系统对应的流体管路的管径相同。保温管11长5cm。作为实施例一是仅在冷却液进出口 5、5’连接有隔热管路。低温环境下，燃料电池 停止工作时，会对反应物氢气，空气吹扫，因此在燃料电池在低温存储时，燃料电池系统内 部会存在少量空气，微量氢气，大量循环冷却液。0°c时，空气的导热系数为2.442X10_2W/ (m-K)；比定压热容为:1.009kJ/(kg-K)；氢气的导热系数为:1.706Χ10 /(πι·Κ)；比定压热容为14. 268kJ/(kg-K)；水的导热系数为:5· 51 X 10-、/(m· K)；比定压热容为 4.212kJ/(kg-K)；乙二醇的导热系数为d.SSXlOl/Oii· ；比定压热容为2. 4kJ/ (kg*K)。燃料电池在低温存储时，热量主要储存在冷却液及电堆模块(双极板，端板)内， 散热主要集中在冷却路8上(散热器，冷却泵，冷却路管件)。因此，冷却路8为储热和导热 的主要路径，在冷却路8加入隔热管路3具有明显的效果。经对比试验结果表明，冷却液进 出口 5、5’连接有隔热管路3的燃料电池模块的温度曲线明显优于冷却液连通的燃料电池 模块的温度曲线。对比试验的燃料电池模块为燃料电池模块流体进出口 5、5’连接处不加 设隔热管路3、燃料电池模块进出口连接处设隔热管路3，但隔热管路3两端的阀10打开， 排放阀13关闭，保持冷却液连通和燃料电池模块冷却液进出口 5、5’加入隔热管路3并且 隔热管路两端的阀3关闭，排放阀13排放后关闭三种状态。试验条件为环境温度-20°C， 电堆模块采用20mm聚苯乙烯板作为保温材料，冷却液箱采用真空保温材料进行保温，散热 风扇15及冷却泵14未保温。冷却液初始温度70°C，在电堆两端阴极侧各安装1个热电偶 测温，取平均值T。试验结果如图3所示。图3中，带方块的曲线为燃料电池模块出口连接 处不做保温处理的温度曲线，带五角星的曲线为燃料电池模块出口连接处保温处理，但保 持冷却液的连通的温度曲线，带三角形的曲线为燃料电池模块冷却液进出口加入隔热管路 的温度曲线。 实施例二是附图1所示的在冷却液进出口 5、5’、空气进出口 4、4’和氢气进出口 6、6’都连接有隔热管路3。对实施例二同样作对比试验，对比试验的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，包括燃料电池模块（１），燃料电池模块的外部设有保温层（２），其特征在于所述燃料电池模块的流体的进、出口连接有隔热管路（３），燃料电池模块（１）通过隔热管路（３）分别与燃料电池系统对应的流体管路连接，所述隔热管路（３）由一段保温管（１１）及在保温管的两端各连接一个阀（１０）构成，其中保温管（１１）上接有排放阀（１３），隔热管路中的阀（１０）和保温管（１１）外套覆有橡塑保温管，隔热管路（３）与燃料电池模块出口连接处套覆有橡塑保温管。

【技术特征摘要】
一种延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，包括燃料电池模块(1)，燃料电池模块的外部设有保温层(2)，其特征在于所述燃料电池模块的流体的进、出口连接有隔热管路(3)，燃料电池模块(1)通过隔热管路(3)分别与燃料电池系统对应的流体管路连接，所述隔热管路(3)由一段保温管(11)及在保温管的两端各连接一个阀(10)构成，其中保温管(11)上接有排放阀(13)，隔热管路中的阀(10)和保温管(11)外套覆有橡塑保温管，隔热管路(3)与燃料电池模块出口连接处套覆有橡塑保温管。2.根据权利要求1所述一种可延长燃料电池电堆低温储存时间的装置，其特征在于所 述燃料电池模块(1)的流体的进、出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仁芳，秦连庆，江洪春，徐丽双，
申请(专利权)人：新源动力股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：91[中国|大连]