[發明專利]一種燃料電池尾氣循環系統

有效

• 申請號: 201410587633.7
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104409750A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 張洪霞;辛廷慧;韓福江
• 申請（專利權）人: 航天新長征電動汽車技術有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 李弘;楊紅梅

技術領域

本發明涉及新能源及燃料電池領域，特別是指一種燃料電池尾氣循環系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種通過電化學反應直接將化學能高效、環保地轉化為電能的發電技術，具有啟動快、噪音低、紅外特征小、排放無污染等優點，是目前新能源領域的主要發展趨勢之一。

燃料電池發電過程，質子以水合模式從陽極傳輸到陰極，同時為防止陰極過量的氣體流量導致電堆內部水的流失，需要對進入電堆的陽極和陰極反應氣體進行加濕。

常規氫空燃料電池常采用外加濕方法，因加濕進入電池的水要求以氣態形式進入，因此燃料電池的外加濕必須與外加熱同時進行。由此導致外加濕系統的結構復雜、體積大、控制難、耗能高等缺點，阻礙了氫空燃料電池由試驗室技術向產品應用階段的過渡。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種可同時滿足燃料電池反應氣體的自加濕、自加熱要求，且簡單高效的燃料電池尾氣循環系統。

基于上述目的本發明提供的一種燃料電池尾氣循環系統，氧化劑氣體罐與燃料電池電堆的陰極連接通入氧化劑氣體，儲氫罐與燃料電池電堆的陽極連接通入氫氣，包括：設置在陰極側的第一熱交換器、第一散熱器、第一氣/水分離器、第一循環泵；以及設置在陽極側的第二熱交換器、第二散熱器、第二氣/水分離器、第二循環泵；

在陰極側，燃料電池電堆的陰極尾端氣體依次經過所述第一熱交換器、第一散熱器、第一氣/水分離器、第一循環泵后與所述氧化劑氣體罐輸出并經過所述第一熱交換器的氧化劑氣體匯合，匯合后的氣體進入燃料電池電堆的陰極入口端；

在陽極側，燃料電池電堆的陽極尾端氣體依次經過所述第二熱交換器、第二散熱器、第二氣/水分離器、第二循環泵后與所述儲氫罐輸出并經過所述第二熱交換器的氫氣匯合，匯合后的氣體進入燃料電池電堆的陽極入口端。

可選的，所述氧化劑氣體為氧氣或空氣；當所述氧化劑氣體為空氣時，所述第一循環泵為水泵；所述第一氣/水分離器包括一個用于排出經氣/水分離后所有氣體的排氣端、一個用于排出過量生成水的排水端、一個用于回收部分生成水以加濕燃料電池電堆入口處空氣的水回收端；所述排氣端上還設置有用于調節尾氣排放壓力和流量的背壓閥。

優選的，所述第一散熱器和第二散熱器均分別連接有溫度傳感器和風扇，用于調節回路中的氣體溫度。

優選的，所述第一氣/水分離器和第二氣/水分離器的內部均設置有水位計和電磁閥，當所述第一氣/水分離器和/或第二氣/水分離器中的水量達到預設的液位時，觸發所述水位計，所述電磁閥打開排出液態水。

優選的，當所述氧化劑氣體為空氣時，所述第一氣/水分離器內部設置有上水位計、第一下水位計和第二下水位計；當液面到達所述上水位計時，電磁閥打開排出過量液態水；當液面低于所述第一下水位計時，所述電磁閥關閉；只有當液面低于所述第二下水位計時，所述水泵停止工作。

優選的，靠近燃料電池電堆的陰極入口端的管道上設置有用于顯示氧氣溫/濕度的第一溫/濕度計；靠近燃料電池電堆的陽極入口端的管道上設置有用于顯示氫氣溫/濕度的第二溫/濕度計。

優選的，還包括閉環控制單元，通過采集燃料電池電堆的溫/濕度參數、所述尾氣循環系統回路中氣體的溫/濕度參數，進一步控制所述第一熱交換器、第一散熱器、第一氣/水分離器、第一循環泵、第二熱交換器、第二散熱器、第二氣/水分離器、第二循環泵的工作狀態。

從上面所述可以看出，本發明提供的燃料電池尾氣循環系統具有如下優點：

(1)自加熱功能通過熱交換器實現，與現有燃料電池的外加熱結構相比，體積小、零耗能，易于在新能源領域的推廣。

(2)自排熱功能通過散熱器實現，通過控制與溫度傳感器聯控的風扇，實現回路中氣體溫度的調節，進而控制電堆入口處反應氣體的溫度。

(3)自加濕功能由循環泵(或其他的負壓發生器)并結合氣/水分離器實現，與現有燃料電池的外加濕結構相比，結構簡單、體積小、成本低，易于批產化推廣。

(4)自排水結構由散熱器、氣/水分離器、水位計、電磁閥等組成，與現有的背壓式常開排水方式相比，不僅將外加濕結構改為回收尾氣水自加濕模式，而且有效提高燃料的利用率，降低燃料電池發電成本。

(5)通過閉環控制單元對各個功能部分進行閉環控制，實現對燃料電池電堆溫/濕度的最優化管理。

附圖說明

圖1為本發明的燃料電池尾氣循環系統實施例1示意圖；

圖2為本發明的燃料電池尾氣循環系統實施例2示意圖。

具體實施方式