一种使用氮气吹扫的燃料电池以及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种使用氮气吹扫的燃料电池以及车辆。


背景技术：

2.氧气是燃料电池的重要反应原料，现有燃料电池系统技术仅利用环境空气作为原料，并不对其进行任何成分处理，一方面由于自然环境中的空气氧含量太低，限制了电堆的发电功率。另外一方面，在吹扫电堆时，空气中的氧气反而会对电堆造成损害。这样不利于提高系统效率和可靠性。高温的燃气或气体是燃料电池发展到现在迫切需要的，能量的阶梯利用是燃料电池的发展方向。如果系统在提高电堆效率的同时，可以提供高温气体驱动涡轮产生能量，将大大的阶梯利用了能量，提高了燃料电池系统效率。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种使用氮气吹扫的燃料电池以及车辆。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第一种技术方案为：
5.一种使用氮气吹扫的燃料电池，包括空气分离器以及电堆，
6.所述电堆具有空气侧入口；
7.所述空气分离器包括第一阀门、第一出口和第二出口，所述第一出口上设置有透氧膜，所述第二出口通过第一阀门与空气侧入口连通；
8.所述燃料电池吹扫时开启第一阀门将空气分离器内的气体通过空气侧入口送入电堆。
9.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第二种技术方案为：
10.一种上述的使用氮气吹扫的燃料电池的吹扫方法，所述燃料电池停机后，关闭第二阀门，此时燃料电池不再有空气和氢气的流入；开启第一阀门，当燃料电池内部流道中水分降低至设定值，关闭第一阀门，整个系统处于停机状态。
11.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第三技术方案为：
12.一种车辆，包括上述的使用氮气吹扫的燃料电池。
13.本实用新型的有益效果在于：通过空气分离器上的透氧膜的设置，能够实现将进入空气分离器内的空气中的氧气进行分离，剩下的气体主要成分为氮气，而通过控制第一阀门将空气分离器内的气体通过空气侧入口送入电堆，实现氮气吹扫，减少或者避免空气中的氧气会对电堆造成损害，有利于提高系统效率和可靠性，同时无需额外的加湿装置、加热装置进行空气的加湿加热，能够缩小燃料电池的体积，降低成本。
附图说明
14.图1为本实用新型具体实施方式的一种使用氮气吹扫的燃料电池的结构示意图；
15.标号说明：1、空气分离器；11、第一阀门；12、第一出口；13、第二出口；14、透氧膜；2、电堆；3、加热器；4、离心涡轮；5、电机；6、空压机；7、空滤；8、第二阀门。
具体实施方式
16.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
17.请参照图1，一种使用氮气吹扫的燃料电池，包括空气分离器1以及电堆2，
18.所述电堆2具有空气侧入口；
19.所述空气分离器1包括第一阀门11、第一出口12和第二出口13，所述第一出口12上设置有透氧膜14，所述第二出口13通过第一阀门11与空气侧入口连通；
20.所述燃料电池吹扫时开启第一阀门11将空气分离器1内的气体通过空气侧入口送入电堆2。
21.从上述描述可知，通过空气分离器1上的透氧膜14的设置，能够实现将空气中的氧气进行分离，剩下的气体主要成分为氮气，而通过控制第一阀门11将空气分离器1内的气体通过空气侧入口送入电堆2，实现氮气吹扫，减少或者避免空气中的氧气反而会对电堆2造成损害，有利于提高系统效率和可靠性。
22.进一步的，所述空气分离器1内设置有加热透氧膜14的加热器3。
23.从上述描述可知，通过加热器3的设置，能够提升透氧膜14的活性，进而提升透氧效果。
24.进一步的，所述加热器3为氢气燃烧器；
25.燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器连通。
26.从上述描述可知，通过采用氢气燃烧室进行加热，能够直接使用燃料电池现有结构，同时氢气燃烧的温度更高，方便快速升温，同时实现透氧膜14的快速加热。
27.进一步的，燃料电池还包括离心涡轮4和电机5；
28.所述离心涡轮4包括进口和出口，所述进口与第一出口12连通，所述出口与空气侧入口连通；
29.所述离心涡轮4带动电机5转动。
30.从上述描述可知，通过离心涡轮4，能够将透氧膜14透出来的氧气用来驱动涡轮的叶片，动热能转换为机械能，并带动电机5转动，进而实现发电，补充系统，耗能降温后的氧气可以入堆使用。
31.进一步的，所述离心涡轮4出口与空气侧入口之间还设置有空压机6，所述电机、空压机以及离心涡轮共轴设置。
32.从上述描述可知，通过空压机6的设置，能够实现根据堆内需要的氧浓度和温度，调节空气补充路的流量，使得堆内氧浓度可调范围变大；通过共轴设置，能够离心涡轮直接带动空压机的运动。
33.进一步的，燃料电池还包括空滤7，所述空滤7与空压机6连通。
34.从上述描述可知，通过过空滤的设置，燃料电池可以根据需要控制空压机通过空滤进行空气的补充，使得进入电堆的混合气体达到最佳比例。
35.进一步的，燃料电池还包括第二阀门8，所述第二阀门8设置与空压机6与空气侧入
口之间。
36.从上述描述可知，通过第二阀门8的设置，能够实现吹扫时，通过关闭第二阀门8，防止氧气进入到电堆2内，避免影响吹扫效果。
37.进一步的，所述透氧膜14为含有钡钙钛矿材质的透氧膜14。
38.从上述描述可知，含有钡钙钛矿材质的透氧膜14远离为高温富氧条件下，含钡(ba)材料表面析出的bao/bao2纳米粒子对氧活化具有超高的活性，是氧交换反应的活性位点，因此含ba钙钛矿氧化物表面高温氧活化和输运机制具有重要意义。
39.实施例一
40.一种使用氮气吹扫的燃料电池，包括空气分离器以及电堆，
41.所述电堆具有空气侧入口；
42.所述空气分离器包括第一阀门、第一出口和第二出口，所述第一出口上设置有透氧膜，所述第二出口通过第一阀门与空气侧入口连通；
43.所述燃料电池吹扫时开启第一阀门将空气分离器内的气体通过空气侧入口送入电堆。
44.所述空气分离器内设置有加热透氧膜的加热器。
45.所述加热器为氢气燃烧器；
46.燃料电池包括供氢系统，所述供氢系统与氢气燃烧器连通。
47.燃料电池还包括离心涡轮和电机；
48.所述离心涡轮包括进口和出口，所述进口与第一出口连通，所述出口与空气侧入口连通；所述离心涡轮为轴流涡轮。
49.所述离心涡轮带动电机转动。
50.所述离心涡轮出口与空气侧入口之间还设置有空压机，所述电机、空压机以及离心涡轮共轴设置。
51.燃料电池还包括空滤，所述空滤与空压机连通。
52.燃料电池还包括第二阀门，所述第二阀门设置与空压机与空气侧入口之间。
53.所述透氧膜为含有钡钙钛矿材质的透氧膜。
54.实施例二
55.一种实施例一所述的使用氮气吹扫的燃料电池的吹扫方法，所述燃料电池停机后，关闭第二阀门，此时燃料电池不再有空气和氢气的流入；开启第一阀门，当燃料电池内部流道中水分降低至设定值，关闭第一阀门，整个系统处于停机状态。
56.实施例三
57.一种车辆，包括实施例一所述的使用氮气吹扫的燃料电池。
58.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。