[發明專利]一種自循環燃料電池系統

在審

• 申請號: 202210718118.2
• 申請日: 2022-06-23
• 公開（公告）號: CN114865027A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 趙興旺;李飛強;方川
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0662
• 分類號: H01M8/0662;H01M8/04089;F23G7/07
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 劉薇

本發明提供了一種自循環燃料電池系統，屬于燃料電池技術領域，解決了現有燃料電池不適合應用于密閉環境的問題。該系統包括電堆、氫氣罐、控制閥、氫循環裝置、氫側排水排氣閥、空氣循環裝置、空側排水排氣閥、氧分離裝置和低溫催化燃燒裝置。其中，電堆的氫氣入口經控制閥接氫氣罐的氣體出口，并經氫循環裝置接其氫氣尾氣出口，其氫氣尾氣出口還經氫側排水排氣閥接低溫催化燃燒裝置的輸入端一。電堆的空氣入口通入含氧混合氣體，并經空氣循環裝置接其空氣尾氣出口，其空氣尾氣出口還依次經空側排水排氣閥、氧分離裝置的氧氣出口接低溫催化燃燒裝置的輸入端二。通過對尾氣中的氫氣和氧氣充分處理，提高了燃料電池在密閉環境下的使用安全性。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種自循環燃料電池系統。

背景技術

燃料電池系統是一種將持續供給的燃料和氧化劑中的化學能連續不斷地轉化成電能的裝置。其通常包含電堆和外圍的氫氣、空氣、冷卻設備等零部件。而電堆進一步包括質子交換膜、催化劑層、氣體擴散層、雙極板等，由于1片的理論電壓為1.23 V，其通常通過幾百片并聯實現大功率輸出。

目前，現有燃料電池系統主要應用于氫能燃料電池汽車中。氫能燃料電池汽車是一種具有廣闊發展應用前景的新能源汽車，具有加氫時間短、續駛里程長等諸多優點。

但由于直接排放尾氣中的氫氣、氧氣和氮氣于大氣中，現有燃料電池系統并不適合應用于密閉環境中，直接排放氫氣會存在安全隱患。此外，在一些特殊環境下應用時，也無法直接排放氮氣，需要對尾氣中的氮氣、氫氣和氧氣進行進一步處理。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明實施例旨在提供一種自循環燃料電池系統，用以解決現有燃料電池不適合應用于密閉環境的問題。

一方面，本發明實施例提供了一種自循環燃料電池系統，包括電堆（4）、氫氣罐（5）、控制閥（1）、氫循環裝置（2）、氫側排水排氣閥（3）、空氣循環裝置（11）、空側排水排氣閥（6）、氧分離裝置（7）和低溫催化燃燒裝置（8）；其中，

電堆（4）的氫氣入口經控制閥（1）接氫氣罐（5）的氣體出口，并經氫循環裝置（2）接其氫氣尾氣出口，其氫氣尾氣出口還經氫側排水排氣閥（3）接低溫催化燃燒裝置（8）的輸入端一；

電堆（4）的空氣入口通入含氧混合氣體（即包含氧氣的混合氣體，例如氮氧混合物），并經空氣循環裝置（11）接其空氣尾氣出口，其空氣尾氣出口還依次經空側排水排氣閥（6）、氧分離裝置（7）的氧氣出口接低溫催化燃燒裝置（8）的輸入端二；

低溫催化燃燒裝置（8），用于對其輸入端一通入的氫氣與其輸入端二通入的氧氣進行充分燃燒（即無殘余氣體）。

上述技術方案的有益效果如下：通過在尾排裝置中增加氧分離裝置，將電堆空氣側排出的含氧混合氣體分離，將分離得到的氧氣與電堆氫側排出的氫氣通過低溫催化燃燒裝置進行充分燃燒，消耗掉所有的燃料，氮氣或者其他惰性氣體可直接排放至環境中或回收至設定的儲氣罐中。實現了對尾氣中的氫氣和氧氣的充分處理，提高了燃料電池系統在密閉環境下的使用安全性。

基于上述系統的進一步改進，所述含氧混合氣體為氮氣-氧氣混合氣體；該系統還包括壓力泵（14）、氮氣罐（9）；其中，

所述氧分離裝置（7）的氮氣出口經壓力泵（14）后與氮氣罐（9）的氣體入口連接；

所述氮氣罐（9），用于通過壓力泵（14）存儲通入的氮氣。

進一步，該自循環燃料電池系統還包括控制器；其中，