本發明公開了一種集成化的燃料電池氣路系統，由陰極氣室、膜電極組件、集成部分吹掃氣路的輸入端陰極氣路系統、集成部分吹掃氣路的輸出端陰極氣路系統、輸入端陽極氣路、輸出端陽極氣路和吹掃氣路獨立部分構成整個燃料電池的氣路系統；陰極氣室、膜電極組件、集成部分吹掃氣路的輸入端陰極氣路系統、集成部分吹掃氣路的輸出端陰極氣路系統構成吹掃氣路的公共部分；輸入端陽極氣路、輸出端陽極氣路構成陽極氣路系統；本發明通過集成化氣路系統可以有效地減少了燃料電池的所需安裝空間，同時實現燃料電池電附件共用，降低了燃料電池氣體處理附件的損耗功率。

技術領域

本發明屬于燃料電池裝置領域，涉及一種集成化的燃料電池氣路系統。

背景技術

燃料電池作為一種清潔、高效的能量源，在近年來受到人們的廣泛關注。其中應用最廣泛的是質子交換膜燃料電池簡稱PEMFC，PEMFC使用氫氣作為陽極燃料,使用空氣作為陰極燃料。

當燃料電池工作時由于氫氣的利用率并非100％，其余部分則以純氫氣或氫氣與水蒸氣等的混合氣等形式作為尾氣排放掉。其中一部分混合氣會隨著空氣流出電堆，另一部分混合氣會通過膜電極擴散到陰極，會導致液態水在催化層和氣體擴散層積累，引起電極局部被水淹，影響燃料電池性能。

當燃料電池關機的時候，燃料電池陽極氣室積存氫氣，陰極氣室積存空氣，由于擴散作用，會出現陽極氣體擴散進入陰極氣室，陰極氣體擴散進入陽極氣室，這樣，在燃料電池內，出現了氫氣與氧氣的混合，這種混合帶來的負面效應主要由兩方面，一方面在于在膜電極催化器表面發生氧化反應腐蝕電極，另一方面在于氫氣為易燃易爆氣體，氫氣與氧氣混合是威脅燃料電池安全的重要因素。

基于上述原因，燃料電池需要用氮氣或者空氣等惰性氣體或空氣對燃料電池內部進行吹掃處理以便及時除去氣室內的氫氣，防止造成安全隱患以及腐蝕電極等負面影響。

為了能夠實現對氣室內剩余氣體的吹掃，往往需要增加一套管路系統及其附件，公開號為CN101150199，發明名稱為“保護燃料電池汽車發動機的自生成氮氣吹掃系統”，該發明提出一種在線制備氮氣的自生成氮氣吹掃系統，能夠實現燃料電池的吹掃；公開號為CN205600704U，發明名稱為“燃料電池排氫系統”，該發明引入一個氫氣循環泵，被設置在燃料電池的燃料電池堆陽極的尾氣出口與燃料電池堆陽極的氫氣入口之間，可以將燃料電池堆陽極尾氣泵入至燃料電池堆陽極的氫氣入口，單向閥可以將氫氣循環泵和燃料電池堆陽極的氫氣入口之間的氣路導向至燃料電池堆陽極的氫氣入口，可以有效避免脈沖排氫時出現的氫氣回流問題。在燃料電池吹掃氣路的問題上，上述專利均配置了用于吹掃氣體的管路，為實現相應的功能如制備吹掃氣體和處理吹掃氣體，還需要在增加的吹掃氣體的管路中設置各種附件，增加的吹掃氣路和這些附件會讓燃料電池的結構更加復雜，會增加安裝空間。公開號為CN103268949A，發明名稱為“一種燃料電池消氫裝置”，該發明通過在擴散漏斗的小端與尾排氫氣進口管相連，擴散漏斗壁上均勻布置有擴散孔，以及催化室內設多孔催化器和冷卻噴頭的措施，可以有效降低氫氣濃度，且實現了較好的散熱，降低了發生燃燒、爆炸等安全隱患的可能性。

雖然上述專利均實現了對氫氣的吹掃，或者降低了燃料電池裝置內的氫氣濃度，但是不可避免的是，均增加一套復雜的吹掃管路系統以及增加了一系列的氣體處理附件，這些氣路和附件一方面對增加安裝空間，另一方面，增加的氣體處理附件會增加能耗。當燃料電池用于汽車，尤其是在沒有足夠的安裝空間的情況下，這種為吹掃氣體單獨設置一套氣路系統的方法往往具有一定的局限性。因此需要開發一種具有較小空間需求與較少的氣體與氣體處理附件消耗的吹掃氣路裝置來滿足燃料電池在汽車上的更廣泛應用。

發明內容

本發明提供一種集成化的燃料電池氣路系統，具有較小安裝空間需求與降低氣體處理附件能耗的吹掃氣路裝置來滿足燃料電池在汽車上的更廣泛應用。

本發明是采用如下技術方案實現的：