專利名稱：一種用于燃料電池的氫源管路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池領域，特別是指一種用于燃料電池的氫源管路。
背景技術：
近年來，由于氫燃料電池具有零污染排放的顯著優(yōu)勢，采用質(zhì)子交換膜的氫燃料電池形成的備用電源系統(tǒng)開始進入通信基站領域，用來逐漸取代具有污染排放的燃油機械備用發(fā)電裝置。為了提高氫燃料電池的可靠性，開展了一系列旨在提高燃料電池穩(wěn)定性及快速啟動的研究。這種研究一方面從燃料電池內(nèi)部的質(zhì)子交換膜及雙極板流道著手，試圖實現(xiàn)更均勻高效的燃料及氧化氣配氣，也試圖改善質(zhì)子交換膜的含水率及其長期活化的穩(wěn)定狀態(tài)，更進一步試圖使燃料電池內(nèi)部整體環(huán)境在水合性及疏水性之間根據(jù)需要能夠迅速的達 到可逆平衡。這種致力于燃料電池內(nèi)部研究的手段通常在于調(diào)整各相關材料的化學成分組成，改變流道的結構與尺寸，并取得了較好的效果。但是這種研究一般費時費力，研究成本高昂。另一方面，質(zhì)子交換膜的損壞機制是多重因素交叉漸變演練的推進過程，例如毒化、催化劑剝離、膜破損等。通過長期的實驗觀察，發(fā)現(xiàn)由于含水率以及反應時的溫度不均勻，導致質(zhì)子交換膜的局部發(fā)生微觀的淺表性開裂，這種裂紋通常為幾十微米，只有在電子顯微鏡下才能觀察，隨著時間的推移，這種淺表性裂紋會逐漸擴大并穿透整個質(zhì)子交換膜，最終造成整個燃料電池的失效。由于上述淺表裂紋的客觀存在，在壓力作用下，微觀裂紋處更容易形成拉伸或剪切應力集中的現(xiàn)象，驅使裂紋逐漸擴大。在現(xiàn)實使用中，由于氫氣密度較低，為了提高儲存效率，通常采用高壓鋼瓶儲存氣體，減壓后向燃料電池供氣。在這個過程中，氣體在從高壓向低壓轉變的過程中，體積會迅速膨脹；其次，減壓器件達到調(diào)節(jié)平衡狀態(tài)前會有短暫的遲滯；另外，燃料所經(jīng)過的管路閥件的開關動作會造成壓力突變，上述三種因素會導致產(chǎn)生一種氣體壓力體積的瞬時變化，形成了沖擊性氣錘效應，這種沖擊壓力作用力遠大于靜止或者平緩變化的壓力作用，使得上述微觀裂紋的應力集中情況更為復雜和加劇，更容易造成物理損壞。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提出一種用于燃料電池的氫源管路，用于減小管路中的氣錘效應或對燃料電池的壓力沖擊?；谏鲜瞿康模緦嵱眯滦吞峁┑囊环N用于燃料電池的氫源管路包括用于存儲氫氣的氫氣鋼瓶、總閥、供氫回路、排空閥、減壓閥和控制系統(tǒng)；其中，所述氫氣鋼瓶分別與總閥、排空閥連接，所述總閥用于調(diào)節(jié)管路中氫氣的流量，所述排空閥用于排除管路中的空氣；分別與減壓閥、總閥相連的供氫回路包括第一電磁閥、第二電磁閥和節(jié)流閥，所述第一電磁閥與所述節(jié)流閥串聯(lián)、并與所述第二電磁閥并聯(lián)，所述第一電磁閥、第二電磁閥均與控制系統(tǒng)連接，并由控制系統(tǒng)控制其開啟和關閉；所述減壓閥用于跟燃料電池的陽極入口相連。較佳地，所述第一電磁閥和/或第二電磁閥為高壓防爆常閉電磁閥。較佳地，所述節(jié)流閥為閥芯開度可調(diào)的節(jié)流閥?？蛇x地，所述供氫回路和所述總閥之間接有氫氣過濾器，所述氫氣過濾器用于過濾氫氣鋼瓶中流出的氫氣。較佳地，所述供氫回路和所述氫氣過濾器之間接有壓力接口閥，所述壓力接口閥再連接于壓力變送器，所述壓力變送器還與控制系統(tǒng)連接；所述壓力變送器用于顯示管路中的壓力、接收管路中的壓力信號，并將壓力信號傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)來計算氫氣鋼瓶中剩余氫氣的體積存量?？蛇x地，所述總閥和所述氫氣鋼瓶之間接有接入閥，且所述接入閥之間并聯(lián)、并通·過金屬高壓軟管與所述氫氣鋼瓶連接，用于調(diào)節(jié)與其連接的氫氣鋼瓶中氫氣的流出量、并匯流氫氣于管路中。從上面所述可以看出，本實用新型提供的一種用于燃料電池的氫源管路通過電磁閥實現(xiàn)了氫氣供應的自動開啟和關閉，通過壓力檢測獲知氫氣的剩余量，解決了在無人值守的情況下自動進行燃料氣源開啟和關閉的問題。重要的是，本實用新型通過先后開啟電磁閥的控制方式消除了管路中壓力沖擊的現(xiàn)象以及在長期反復開啟和關閉電堆中最容易發(fā)生的壓力突變現(xiàn)象，保護減壓閥膜片及調(diào)節(jié)彈簧、燃料電池的質(zhì)子交換膜免受沖擊，使燃料電池工作在一種更加穩(wěn)定的氣壓氛圍中，延長其使用壽命。

圖I為本實用新型實施例氫源管路的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例氫源管路的立體結構圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。本發(fā)明提供的一種用于燃料電池的氫源管路包括用于存儲氫氣的氫氣鋼瓶、總閥、供氫回路、排空閥、減壓閥和控制系統(tǒng)；其中，所述氫氣鋼瓶分別與總閥、排空閥連接，所述總閥用于調(diào)節(jié)管路中氫氣的流量，所述排空閥用于排除管路中的空氣；分別與減壓閥、總閥相連的供氫回路包括第一電磁閥、第二電磁閥和節(jié)流閥，所述第一電磁閥與所述節(jié)流閥串聯(lián)、并與所述第二電磁閥并聯(lián)，所述第一電磁閥、第二電磁閥均與控制系統(tǒng)連接，并由控制系統(tǒng)控制其開啟和關閉；所述減壓閥用于跟燃料電池的陽極入口相連。參考圖1，其為本實用新型實施例氫源管路的結構示意圖。作為本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明提供的用于燃料電池的氫源管路包括氫氣鋼瓶I、金屬高壓軟管2、排空閥3、接入閥4、總閥5、氫氣過濾器6、壓力變送器7、壓力接口閥8、供氫回路、控制系統(tǒng)和減壓閥12。所述氫氣鋼瓶I通過金屬高壓軟管2與接入閥4相連，所述接入閥4之間并聯(lián)，并聯(lián)后的接入閥4分別與總閥5、排空閥3連接。所述接入閥4分別調(diào)節(jié)與其連接的氫氣鋼瓶I中的氫氣流出量，并匯流氫氣于管路中；所述總閥5用于調(diào)節(jié)管路中氫氣的流量，所述排空閥3用于排除管路中的空氣。所述總閥5依次與氫氣過濾器6、供氫回路、減壓閥12相連，所述氫氣過濾器6用于過濾氫氣鋼瓶I中流出的氫氣，所述供氫回路用于緩解管道中的氫氣對燃料電池的沖擊壓力，所述減壓閥12用于跟燃料電池的陽極入口相連。所述供氫回路包括第二電磁閥9、第一電磁閥10和節(jié)流閥11，所述第一電磁閥10與所述節(jié)流閥11串聯(lián)、并與所述第二電磁閥9并聯(lián)；所述第一電磁閥10、第二電磁閥9均與控制系統(tǒng)連接，并由控制系統(tǒng)控制第一電磁閥10和第二電磁閥9的開啟和關閉。較佳地，所述第一電磁閥10和/或第二電磁閥9為高壓防爆常閉電磁閥。當電磁閥通電開啟后，氫氣進入供氫回路；當電磁閥斷電關閉后，氫氣被截止?？蛇x地，所述供氫回路和所述氫氣過濾器6之間接有壓力接口閥8，所述壓力接口閥8再連接于壓力變送器7，所述壓力變送器7還與控制系統(tǒng)連接；所述壓力變送器7用于·顯示管路中的壓力、接收管路中的壓力信號，并將壓力信號傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)計算氫氣鋼瓶I中剩余氫氣的體積存量。由于氫氣鋼瓶I的體積已知，通過檢測管路壓力值、利用壓力與體積的確定關系來計算在氫氣鋼瓶I中剩余氫氣的體積存量?？刂葡到y(tǒng)可以利用這一數(shù)據(jù)決定是否啟動燃料電池、統(tǒng)計燃料消耗報表或者向管理中心發(fā)送更換氫氣鋼瓶I的請求信號。為了節(jié)省成本，第一電磁閥10可以選擇通徑較小的閥體?？蛇x地，所述節(jié)流閥11為閥芯開度可調(diào)的節(jié)流閥。在不同的實施例中，節(jié)流閥11與減壓閥12之間的管道管徑與長度不同，壓力填充的時間會不一致，因此節(jié)流閥11應優(yōu)先選擇閥芯開度可調(diào)的節(jié)流閥，使得在不同的實施例中可以對填充時間進行調(diào)節(jié)。本實用新型的具體操作步驟如下開啟排空閥3，向管道通入惰性氣體，使管路中的空氣排盡。開始調(diào)試，關閉排空閥3、節(jié)流閥11、第一電磁閥10和第二電磁閥9，打開總閥5、接入閥4和壓力表接口閥8 ；待壓力變送器7顯示管路中的壓力變化不大時，保持第二電磁閥9斷電關閉，開啟第一電磁閥10，再緩慢開啟節(jié)流閥11，至觀察到減壓閥12的壓力表指針開始上升時停止開啟節(jié)流閥
11。關閉第一電磁閥10，減壓閥12的壓力表指針回零，再次開啟第一電磁閥10，測量減壓閥12的壓力表指針到達最高壓力所需的時間，反復操作幾次，使該時間處于5 10s之間，調(diào)試完畢。使用時，首先開啟第一電磁閥10，延時5 10s后，開啟第二電磁閥9，然后關閉第一電磁閥10。通過節(jié)流閥的限制作用，在減壓閥前的管路壓力會逐漸升高，當壓力升高至與電磁閥前壓力一致時，開啟另一只電磁閥，關閉與節(jié)流閥串聯(lián)的電磁閥。至此，本實用新型完成了氫氣的儲存、匯流、過濾、開啟/關閉、減壓、測量等功能，滿足燃料電池運行的需要。本實用新型采用小流量建立減壓閥前的壓力，改善減壓閥的工作狀態(tài)，使減壓閥的壓力腔膜片及調(diào)壓彈簧免受沖擊，提高了減壓閥的工作穩(wěn)定性，使減壓閥可靠壽命更長；進一步消除了減壓閥后的壓力突變，使燃料電池免受壓力沖擊。當燃料電池工作時，氫氣被消耗，因此對氫氣供應的流量開始有所要求，此時，另一只電磁閥已經(jīng)開啟，滿足大流量氫氣供應的需求。[0034]從上面的描述可以看出，本實用新型提供的一種用于燃料電池的氫源管路通過電磁閥實現(xiàn)了氫氣供應的自動開啟和關閉，通過壓力檢測獲知氫氣的剩余量，解決了在無人值守的情況下自動進行燃料氣源開啟和關閉的問題。重要的是，本實用新型通過先后開啟電磁閥的控制方式消除了管路中壓力沖擊的現(xiàn)象以及在長期反復開啟和關閉電堆中最容易發(fā)生的壓力突變現(xiàn)象，保護減壓閥膜片及調(diào)節(jié)彈簧、燃料電池的質(zhì)子交換膜免受沖擊，使燃料電池工作在一種更加穩(wěn)定的氣壓氛圍中，延長其使用壽命。 所屬領域的普通技術人員應當理解以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種用于燃料電池的氫源管路，其特征在于，所述氫源管路包括用于存儲氫氣的氫氣鋼瓶、總閥、供氫回路、排空閥、減壓閥和控制系統(tǒng)； 其中，所述氫氣鋼瓶分別與總閥、排空閥連接，所述總閥用于調(diào)節(jié)管路中氫氣的流量，所述排空閥用于排除管路中的空氣； 分別與減壓閥、總閥相連的供氫回路包括第一電磁閥、第二電磁閥和節(jié)流閥，所述第一電磁閥與所述節(jié)流閥串聯(lián)、并與所述第二電磁閥并聯(lián)，所述第一電磁閥、第二電磁閥均與控制系統(tǒng)連接，并由控制系統(tǒng)控制其開啟和關閉；所述減壓閥用于跟燃料電池的陽極入口相連。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于燃料電池的氫源管路，其特征在于，所述第一電磁閥和/或第二電磁閥為高壓防爆常閉電磁閥。
3.根據(jù)權利要求I所述的用于燃料電池的氫源管路，其特征在于，所述節(jié)流閥為閥芯開度可調(diào)的節(jié)流閥。
4.根據(jù)權利要求I所述的用于燃料電池的氫源管路，其特征在于，所述供氫回路和所述總閥之間接有氫氣過濾器，所述氫氣過濾器用于過濾氫氣鋼瓶中流出的氫氣。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于燃料電池的氫源管路，其特征在于，所述供氫回路和所述氫氣過濾器之間接有壓力接口閥，所述壓力接口閥再連接于壓力變送器，所述壓力變送器還與控制系統(tǒng)連接；所述壓力變送器用于顯示管路中的壓力、接收管路中的壓力信號，并將壓力信號傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)來計算氫氣鋼瓶中剩余氫氣的體積存量。
6.根據(jù)權利要求I所述的用于燃料電池的氫源管路，其特征在于，所述總閥和所述氫氣鋼瓶之間接有接入閥，且所述接入閥之間并聯(lián)、并通過金屬高壓軟管與所述氫氣鋼瓶連接，用于調(diào)節(jié)與其連接的氫氣鋼瓶中氫氣的流出量、并匯流氫氣于管路中。
專利摘要本實用新型公開了一種用于燃料電池的氫源管路，所述氫源管路包括用于存儲氫氣的氫氣鋼瓶、總閥、供氫回路、排空閥、減壓閥和控制系統(tǒng)；所述氫氣鋼瓶分別與總閥、排空閥連接，所述總閥用于調(diào)節(jié)管路中氫氣的流量，所述排空閥用于排除管路中的空氣；所述供氫回路分別與減壓閥、總閥、控制系統(tǒng)相連，用于緩解管道中的氫氣對燃料電池的沖擊壓力，所述控制系統(tǒng)用于控制供氫回路的開啟和關閉，所述減壓閥用于跟燃料電池的陽極入口相連。本實用新型消除了在長期反復開啟和關閉電堆中最容易發(fā)生的壓力突變現(xiàn)象，保護減壓閥膜片及調(diào)節(jié)彈簧、燃料電池的質(zhì)子交換膜免受沖擊，使燃料電池工作在一種更加穩(wěn)定的氣壓氛圍中，改善了燃料電池系統(tǒng)的可靠性因素。
文檔編號H01M8/04GK202712343SQ201220321938
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權日2012年7月4日
發(fā)明者宋艷平, 楊靜, 張寶春, 靳殷實, 韓福江 申請人:航天新長征電動汽車技術有限公司