[發(fā)明專利]一種燃料電池系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210086988.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114497628A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁未棟;鄧佳;劉小青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大洋電機(jī)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04029
• 分類號(hào): H01M8/04029;H01M8/04119;H01M8/0662
• 代理公司: 中山市漢通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44255
• 代理人: 古冠開(kāi)

本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池系統(tǒng)，包括電堆模塊、燃料電池系統(tǒng)控制器、供氫系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，電堆模塊的氫氣出口連接一個(gè)汽水分離器，電堆模塊的氫氣出口將未反應(yīng)氫氣和水氣混合氣體輸送到汽水分離器；空氣供應(yīng)系統(tǒng)的輸出端連接到電堆模塊的空氣入口為電堆模塊提供空氣，其特征在于：利用供氫系統(tǒng)輸出的冷氫氣經(jīng)過(guò)汽水分離器再輸入到電堆模塊的氫氣入口，供氫系統(tǒng)輸出的冷氫氣對(duì)汽水分離器里面的混合氣體進(jìn)行冷卻分離出氫氣和液態(tài)的水，無(wú)需引入外部低溫冷卻介質(zhì)，有效的實(shí)現(xiàn)氫氣和液態(tài)的分離，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，提高整體系統(tǒng)的效率和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池是通過(guò)氫氣和氧氣的催化氧化反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電裝置，是一種高效率、高能量密度、低噪音、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的新型能源。燃料電池廣泛應(yīng)用于新能源汽車、輪船、無(wú)人機(jī)及應(yīng)急供電等領(lǐng)域。

燃料電池運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品只有無(wú)任何污染的水和熱量。送入電堆模塊的氫氣不會(huì)被100％的反應(yīng)，有一部分未參加反應(yīng)的氫氣和產(chǎn)生的水一起從電堆模塊出口排出。為了更好的提高氫氣的利用率，所以需要一套可靠的氫氣循環(huán)系統(tǒng)將電堆模塊出口排出未參加反應(yīng)的氫氣重新送入電堆模塊中進(jìn)行反應(yīng)。另外，送入電堆模塊中的氫氣濕度也是一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。在燃料電池工作過(guò)程中，質(zhì)子交換膜必須保持一定的濕度才能保證質(zhì)子的高傳導(dǎo)性和良好的運(yùn)行特性。進(jìn)入電堆模塊的氫氣濕度過(guò)低或者過(guò)高都會(huì)影響電堆模塊的性能，甚至損壞電堆模塊。

因此，為了解決氫氣濕度的問(wèn)題，一般會(huì)在氫氣循環(huán)系統(tǒng)中增加一個(gè)水氣分離裝置，將從電堆模塊出口排出未參加反應(yīng)的氫氣和一部分的水分離，既保證重新送入電堆模塊氫氣有一定的濕度，也需排出多余的水分。在專利CN201920045141.3中公開(kāi)了一種用于氫燃料電池氫氣尾氣循環(huán)系統(tǒng)的水分離器，通過(guò)沿分離器內(nèi)壁切向進(jìn)氣方式，使進(jìn)入分離器的氣水混合氣體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在離心力和重力的作用下，大顆粒水珠滴落到儲(chǔ)液腔內(nèi)后排出。此方案有一定的水氣分離效果，但是從電堆模塊出口排出的氫氣和水氣溫度很高，大概在70-80℃左右，排出的水有很大一部分是水蒸氣的狀態(tài)。此方案只能分離大顆粒水珠，對(duì)于氣態(tài)水分的分離基本沒(méi)有效果，過(guò)多的氣態(tài)水分從氫氣入口進(jìn)入電堆模塊中，在電堆模塊中聚集并凝結(jié)成水珠，同樣會(huì)造成水淹等系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)；另外在專利CN202121674581.9中公開(kāi)了一種高效水氣分離器及其應(yīng)用的燃料電池系統(tǒng)，通過(guò)在外部低溫冷卻介質(zhì)從進(jìn)氣管進(jìn)入冷凝管道內(nèi)，再?gòu)某鰵夤芘懦觯邷貧錃夂退畾獾幕旌蠚怏w從進(jìn)氣口流入至空腔里并與冷凝管道接觸交換熱量，水氣冷凝后形成液態(tài)被分離出來(lái)在重力作用下匯流到下端蓋，然后從下端蓋的排水口排出，氫氣從出氣口排出，有效的實(shí)現(xiàn)氫氣和液態(tài)的分離，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，提高整體系統(tǒng)的效率和可靠性，此方案雖然解決了只能分離大顆粒水珠，對(duì)于氣態(tài)水分的分離基本沒(méi)有效果，過(guò)多的氣態(tài)水分從氫氣入口進(jìn)入電堆模塊中，在電堆模塊中聚集并凝結(jié)成水珠，同樣會(huì)造成水淹等系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)問(wèn)題，但是需要在燃料電池系統(tǒng)外部增加外部低溫冷卻介質(zhì)的裝置，零部件增多，還需要防止外部低溫冷卻介質(zhì)外泄問(wèn)題，導(dǎo)致整體成本高。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，能解決現(xiàn)有技術(shù)中的只能分離大顆粒水珠，對(duì)于氣態(tài)水分的分離基本沒(méi)有效果，過(guò)多的氣態(tài)水分從氫氣入口進(jìn)入電堆模塊中，在電堆模塊中聚集并凝結(jié)成水珠，同樣會(huì)造成水淹等系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，包括電堆模塊、燃料電池系統(tǒng)控制器、供氫系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，電堆模塊的氫氣出口連接一個(gè)汽水分離器，電堆模塊的氫氣出口將未反應(yīng)氫氣和水氣混合氣體輸送到汽水分離器；空氣供應(yīng)系統(tǒng)的輸出端連接到電堆模塊的空氣入口為電堆模塊提供空氣，其特征在于：利用供氫系統(tǒng)輸出的冷氫氣經(jīng)過(guò)汽水分離器再輸入到電堆模塊的氫氣入口，供氫系統(tǒng)輸出的冷氫氣對(duì)汽水分離器里面的混合氣體進(jìn)行冷卻分離出氫氣和液態(tài)的水。

上述所述的汽水分離器包括冷凝出氣組合歧管、進(jìn)氣歧管和集水排水組件，其中：