[發明專利]基于雙功能水循環的一體式可逆燃料電池系統及其電堆

有效

• 申請號: 202010058059.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN111244501B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 高勇;亞努士·布拉什奇克;陳煥光
• 申請（專利權）人: 上海恒勁動力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04029;H01M8/04291;H01M8/0656;H01M8/0662;H01M8/22;H01M8/2457;H01M8/2465;B01D45/12;B01D53/00
• 代理公司: 北京之于行知識產權代理有限公司 11767
• 代理人: 何志欣

1.基于雙功能水循環的一體式可逆燃料電池系統，其特征在于，燃料電池系統至少包括燃料電池電堆，氫氣循環模塊，氧氣循環模塊和水循環模塊，燃料電池電堆包括多個依次疊加的單電池以及氫氣進出口、氧氣進出口和冷卻流體進出口，氫氣循環模塊連接燃料電池電堆的氫氣進出口，氧氣循環模塊連接燃料電池電堆的氧氣進出口，水循環模塊連接燃料電池電堆(3)的冷卻流體進出口，其中，

水循環模塊包括循環水泵(13)和熱交換器(7)，同一個循環水泵給兩種操作模式分別提供熱交換器(7)換熱后的冷卻水或加熱后的電解反應水，熱交換器(7)用于發電操作模式冷卻或電解模式加熱，

在電解時，循環水泵(13)提供熱交換器(7)加熱后的水平行至燃料電池電堆(3)的電堆水入口和氧氣入口，循環水泵(13)與氧氣入口之間的管路設置電解水控制閥(12)使得電解反應水依次經過循環水泵(13)以及所述電解水控制閥(12)供應到一體式可逆燃料電池電堆(3)的氧氣入口；

在發電時，循環水泵(13)提供熱交換器(7)換熱后的冷卻水至燃料電池電堆(3)的電堆水入口。

2.根據權利要求1所述的一體式可逆燃料電池系統，其特征在于，氧氣循環模塊包括氧氣氣水分離裝置(6)，氫氣循環模塊包括氫氣氣水分離裝置(4)，電解時，

氧氣氣水分離裝置(6)將從燃料電池電堆的O₂出口端離開的未反應的水和氧氣進行氣水分離，分離出的水與燃料電池電堆出水口的冷卻水共同流入水循環模塊中的多功能容器水箱部分(202)；

氫氣氣水分離裝置(4)將從燃料電池電堆的氫氣出口端離開的氫氣和少量水進行氣水分離，分離出的水通過第二排水閥(35)排出到第一水箱(5)以補充至多功能容器水箱部分(202)；

水循環模塊中的熱交換器(7)加熱來自多功能容器水箱部分(202)的水并經過循環水泵(13)平行提供至燃料電池電堆的電堆水入口和氧氣入口。

3.根據權利要求2所述的一體式可逆燃料電池系統，其特征在于，

正向發電時，燃料電池電堆出口出來的未反應氣體分別流經氫氣循環系統中的氫氣氣水分離裝置(4)和氧氣循環系統中的氧氣氣水分離裝置，分離出的水被排放到第一水箱(5)以補充至多功能容器水箱部分(202)，同時氣體經由氫氣環流風機(10)和氧氣環流風機(14)周期性地或連續性地再循環到燃料電池電堆的氫氣入口和氧氣入口，

其中，水循環模塊中的熱交換器(7)換熱來自多功能容器水箱部分(202)的水為冷卻水并提供至燃料電池電堆的電堆水入口。

4.根據前述權利要求之一所述的一體式可逆燃料電池系統，其特征在于，水循環模塊還包括第一水箱和水循環管道，

第一水箱通過水循環管道依次連接氧氣氣水分離裝置、熱交換器、燃料電池電堆，再返回連接至氧氣氣水分離裝置，最后再返回至第一水箱；其中，

熱交換器與燃料電池電堆之間通過循環水泵(13)連接，循環水泵(13)通過電解水控制閥(12)平行連接燃料電池電堆(3)的電堆水入口和氧氣入口。

5.根據前述權利要求4所述的一體式可逆燃料電池系統，其特征在于，氫氣循環模塊還包括氫氣儲氣裝置和氫氣循環管道，氫氣儲氣裝置通過氫氣循環管道依次連接燃料電池電堆和氫氣氣水分離裝置，再返回連接至氫氣儲氣裝置，構成回路；其中氫氣氣水分離裝置通過水循環管道與第一水箱連接。

6.根據前述權利要求4所述的一體式可逆燃料電池系統，其特征在于，氧氣循環模塊還包括氧氣儲氣裝置和氧氣循環管道，氧氣儲氣裝置通過氧氣循環管道依次連接燃料電池電堆和氧氣氣水分離裝置，再返回連接至氧氣儲氣裝置，構成回路；其中氧氣氣水分離裝置通過水循環管道與第一水箱連接。