[發明專利]用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法

有效

• 申請號: 202110364512.6
• 申請日: 2021-04-05
• 公開（公告）號: CN113067014B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 李驍
• 申請（專利權）人: 武漢眾宇動力系統科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04119;H01M8/04029
• 代理公司: 上海聯益知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31427
• 代理人: 尹飛宇

本發明提供一種用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法，其可充分除去向氫燃料電池的電堆提供的氫氣中的液態水，以防止氫氣中的液態水影響氫燃料電池電堆的運行和降低氫燃料電池電堆的使用壽命。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法。進一步地，本發明還涉及一種用于氫燃料電池的氫氣循環供應系統。

背景技術

氫燃料電池作為動力系統，具有零排放，長續航，燃料加注時間短，使用壽命長及環境適應性廣等優點。近幾年，在技術升級及環保壓力的雙重驅動下，全球氫燃料電池發動機的裝機量呈現爆發式增長，日益得到廣泛應用和受到重視。

氫燃料電池在將氫（氣）的化學能轉化為電能過程中，作為燃料的氫氣并不能反應完全。氫氣在氫燃料電池中與氧化劑（例如，氧氣）發生電化學反應后，產生的反應后氣體（或陽極反應后氣體）自氫燃料電池的氫排氣口（或陽極排氣口）排出。在循環利用氫氣時，氫燃料電池排出的陽極反應后氣體被收集和氫容器提供的新的氫氣（或新供應氫氣）一起被提供給氫燃料電池，以確保氫氣供應和氫燃料電池的正常運行。然而，在氫燃料電池將氫氣的化學能轉化為電能的過程中，氫氣與氧氣反應，生成水，氫氣的部分化學能被燃料電池轉化成熱。因此，陽極反應后氣體（包括含有的未反應氫氣）自氫燃料電池中排出時，溫度較高，且攜帶有氣態水（或水蒸氣）。來自氫容器的新供應氫氣自氫容器釋放出來時，其所受壓力由高變低，溫度較低。相應地，來自氫容器的新供應氫氣和氫燃料電池排出的陽極反應后氣體混合后，氫燃料電池排出的陽極反應后氣體中的水蒸氣將冷凝和產生液態水。液態水直接進入氫燃料電池后會降低氫燃料電池的工作效率和使用壽命。

現有技術為了解決氫燃料電池排出的陽極反應后氣體中的氣態水（或水蒸氣）與新供應氫氣混合產生液態水問題的方法是使用液態水分離器分離液態水：當陽極反應后氣體自氫燃料電池排出時，利用液態水分離器分離液態水，然后再在氫燃料電池排出的陽極反應后氣體與新供應氫氣混合后，再次利用液態水分離器分離液態水。現有技術除去液態水的方法有諸多缺陷：首先，氫燃料電池排出的陽極反應后氣體的溫度較高，使用液態水分離器首次分離液態水后，與新供應氫氣混合，仍能產生大量液態水，往往超過下游液態水分離器的工作負荷。其次，氫燃料電池排出的陽極反應后氣體的溫度較高，新供應氫氣溫度較低，兩者混合后，產生大量液態水，超過液態水分離器的工作負荷，導致液態水無法在被提供給燃料電池電堆前被完全分離。再次，氫燃料電池排出的陽極反應后氣體與新供應氫氣的氣體混合不充分，導致混合氣體在經第二次液態水分離后，仍可能在將要進入氫燃料電池，甚至是進入氫燃料電池后，在微環境產生新的液態水。最后，現有氫燃料電池的液態水分離器體積較小，也可能使混合氣體中的液態水無法分離完全。

發明內容

本發明的主要優勢在于提供一種用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法，其中本發明用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法可充分除去向氫燃料電池的電堆提供的氫氣中的液態水，以防止氫氣中的液態水影響氫燃料電池電堆的運行和降低氫燃料電池電堆的使用壽命。

本發明的另一優勢在于提供一種用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法，其中本發明用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法能夠在增加第一次液態水分離時的分離效率的同時，降低新供應氫氣和陽極反應后氣體之間的溫差，以盡可能減少新供應氫氣和陽極反應后氣體相混合后，產生的新的液態水，從而進一步降低第二次液態水分離時，液態水分離器的負荷。此外，新供應氫氣和陽極反應后氣體之間的溫差的降低，也進一步減少新供應氫氣和陽極反應后氣體混合后進入氫燃料電池前，甚至是進入氫燃料電池后，在微環境產生的新的液態水。

為了實現上述至少一優勢或其他優勢和目的，本發明提供了一種用于氫燃料電池的氫氣循環供應方法，其包括下述步驟：

S1使新供應氫氣和該氫燃料電池產生的陽極反應后氣體分別流經第一熱交換裝置，從而使該新供應氫氣能夠通過該第一熱交換裝置冷卻該陽極反應后氣體和使該陽極反應后氣體能夠通過該第一熱交換裝置加熱該新供應氫氣；

S2除去冷卻后的該陽極反應后氣體攜帶的液態水；