燃料电池供料组件和燃料电池系统组件技术方案

本实用新型专利技术提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述燃料电池系统组件包括一进料装置、一电堆反应装置、一加热装置以及一液气回收装置，其中所述燃料电池供料组件被导通地连接所述进料装置和所述电堆反应装置，所述液气回收装置被导通地连接于所述加热装置，所述进料装置和所述液气回收装置被所述加热装置导通地连接于所述电堆反应装置，所述进料装置通入的燃料和所述液气回收装置回收自所述电堆反应装置的燃料被汇合至所述加热装置，借以所述加热装置加热混合的燃料并通入所述混合的燃料至所述电堆反应装置。所述混合的燃料至所述电堆反应装置。所述混合的燃料至所述电堆反应装置。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池供料组件和燃料电池系统组件


[0001]本技术涉及燃料电池领域，尤其涉及一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件。

技术介绍

[0002]燃料电池是将燃料和电解质的化学能直接转换成电能的发电装置，也是继火电、水电、核电之后的第四种发电装置，是当今发达国家十分重视的高新技术开发领域。氢氧燃料电池作为一种清洁能源，其以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。
[0003]燃料电池动力系统中阳极侧一般采用闭式，即出口是封闭的，只会间歇性的向外界排放少量尾气，氢气供应系统在反应气体参与反应消耗后会及时补充以确保阳极侧压力的稳定。虽然燃料电池反应生成的水在阴极侧产生，但在浓度差的驱动下会发生双向渗透。
[0004]因此，此类系统往往会设置循环泵或者引射器来对阳极侧氢气进行循环，其主要作用为：其一，对参与反应的气体进行自加湿；其二，排出阳极侧反应区的液态水，避免阳极水淹；其三，增强阳极侧气体出口处水往阴极侧气体入口的渗透速率，降低系统对阴极加湿器的依赖性。对于引射器或者循环泵，过多的液态水也会影响它们正常工作，在循环装置前端中加入气液分离器十分有必要。
[0005]反应过程生成的水一部分会以气态形式存在，当反应气体中的气态水达到饱和状态后，在环境条件发生特定变化时，部分气态水有可能会液化，并以液态形式存在。若进入电堆的反应气体中存在过多的液态水，会导致质子交换膜的局部水淹，从而影响电堆性能。一般来说，当进入电堆的反应气体的湿度在90％以下时，燃料电池电堆会有较好的工作性能。换言之，通入氢氧燃料电池电堆的氢气中含有一定的气态水，其中气态水的饱和程度，也就是氢气的湿度，需要控制在合适的范围内。
[0006]燃料电池阳极侧的计量比一般在1.2～2.0之间，即循环气体流量和参与反应的气体流量比例在20％～100％。进入电堆前，循环回收的气体会和从供气系统过来的干燥燃料气体混合，当环境温度过低或者循环气体比例较大时，会出现混合后的气体中的气态水过饱和的状况，即混合后的气体会存在液态水。换言之，环境温度会直接影响到燃料电池的性能，环境温度较低时，比如冬天时通入燃料电池内的混合气体更容易出现液态水，如果直接进入电堆，电堆阳极侧会存在发生水淹的风险。
[0007]如图1所示，揭露了现有技术的一燃料电池水管理系统，其在混合后的气体后端设置了气液分离器，由所述气液分离器分离出液态水，避免液态水被回收进入到电堆。但是现有技术的这种燃料电池，被气液分离器分离得到的气体中的气态水仍处于饱和状态，很容易受到环境温度影响变成液态水，并不能很好的解决液态水进入到电堆的问题。其次，现有技术的气液分离器直接把液态水排出系统，会削弱循环泵参与反应的氢气进行自加湿的作用。此外，现有技术的燃料电池无法精确获得排液需求，不能根据液体存量排出分离得到的液态水，并且容易造成反应气体的误排放，从而导致反应气体浪费。

技术实现思路

[0008]本技术的一个主要优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述燃料电池供料组件能够使被通入燃料电池电堆的湿氢气处于非饱和状态，防止存在液态水被直接通入所述燃料电池电堆，有利于避免阳极侧的局部水淹。
[0009]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，在不同环境温度下，都能使进入电堆的反应气体的湿度保持在合理的范围内，削弱环境温度对燃料电池电堆性能影响。
[0010]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述燃料电池系统组件增强燃料电池系统阳极侧的加湿效果，降低燃料电池系统对其阴极侧加湿器的依赖性。
[0011]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述燃料电池供料组件检测液位高度，根据检测液位高度排放回收到液态水，有利于提高排液的准确性，进而提升气体利用高效率。
[0012]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中增强燃料电池阳极侧的循环自加湿加湿效果，降低燃料电池对阴极侧加湿器的依赖性，有利于降低使阴极侧加湿器体积、重量、成本。
[0013]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述燃料电池供料组件包括一加热装置，其中所述加热装置紧邻所述电堆的氢气进气端被设置，以使混合燃料气体被加热后直接通入所述电堆，防止混合燃料气体中的气态水液化。
[0014]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述加热装置对进入电堆阳极侧前的混合后的气体进行加热，使过饱和的混有气态水的燃料气体变为非饱和状态的燃料气体，有利于避免液态水进入电堆，有利于提高燃料电池系统的工作性能。
[0015]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述加热装置为热交换装置，所述燃料电池的一冷却系统的热量被传导至所述热交换装置，借以加热进入电堆前的阳极侧混合后的气体，简化了所述燃料电池的系统结构。
[0016]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述燃料电池供料组件提供了干燃料气体和湿燃料气体的混合场所，使燃料提起能够充分混合，降低因未充分混合导致液态水直接进入电堆，有利于提高所述燃料电池系统组件的使用寿命。
[0017]本技术的另一个优势在于提供一燃料电池供料组件和燃料电池系统组件，其中所述燃料电池系统组件通过热交换的方式由所述冷却系统传导热量至所述加热装置，以加热混合的燃料气体，在冷却混合燃料气体的同时降低所述冷却系统的温度，有利于减轻所述冷却系统的负荷。
[0018]本技术的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。
[0019]依本技术的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本技术的一燃料电池供料组件，适于一燃料电池系统组件，其中所述燃料电池系统组件进一步包括
一进料装置、一电堆反应装置以及一冷却装置，所述燃料电池供料组件包括：
[0020]一加热装置；和
[0021]一液气回收装置，其中所述液气回收装置被导通地连接于所述加热装置，所述进料装置和所述液气回收装置适于被所述加热装置导通地连接于所述电堆反应装置，所述进料装置通入的燃料和所述液气回收装置回收自所述电堆反应装置的燃料被汇合至所述加热装置，借以所述加热装置加热混合的燃料并通入所述混合的燃料至所述电堆反应装置。
[0022]根据本技术的一个实施例，所述液气回收装置包括一气液分离器和一循环装置，所述气液分离器被导通地连接于所述循环装置，所述气液分离器适于被导通地连接于所述电堆反应装置，所述循环装置适于被导通地连接于所述加热装置，所述气液分离器分离所述电堆反应装置排放的未反应燃料和水汽的混合气体，并由所述循环装置导入所述混合气体至所述加热装置。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一燃料电池供料组件，适于一燃料电池系统组件，其中所述燃料电池系统组件进一步包括一进料装置、一电堆反应装置以及一冷却装置，其特征在于，所述燃料电池供料组件包括：一加热装置；和一液气回收装置，其中所述液气回收装置被导通地连接于所述加热装置，所述进料装置和所述液气回收装置适于被所述加热装置导通地连接于所述电堆反应装置，所述进料装置通入的燃料和所述液气回收装置回收自所述电堆反应装置的燃料被汇合至所述加热装置，借以所述加热装置加热混合的燃料并通入所述混合的燃料至所述电堆反应装置。2.根据权利要求1所述的燃料电池供料组件，其中所述液气回收装置包括一气液分离器和一循环装置，所述气液分离器被导通地连接于所述循环装置，所述气液分离器适于被导通地连接于所述电堆反应装置，所述循环装置适于被导通地连接于所述加热装置，所述气液分离器分离所述电堆反应装置排放的未反应燃料和水汽的混合气体，并由所述循环装置导入所述混合气体至所述加热装置。3.根据权利要求2所述的燃料电池供料组件，其中所述液气回收装置进一步包括一液位传感器，其中所述液位传感器被设置于所述气液分离器。4.根据权利要求1所述的燃料电池供料组件，其中所述加热装置被可导通地连接于所述冷却装置，借以所述冷却装置以热传导的方式将所述电堆反应装置产生的热量通过所述加热装置传导至所述混合的燃料。5.根据权利要求4所述的燃料电池供料组件，其中所述加热装置进一步具有一燃料入口、一燃料出口、以及连通所述燃料入口和所述燃料出口的一燃料通道，所述加热装置进一步具有一冷却液入口、一冷却液出口以及连通所述冷却液入口和所述冷却液出口的一冷却液通道，其中所述加热装置的所述燃料通道与所述冷却液同向相互间隔且允许热量的传导，所述加热装置的所述冷却液通道内冷却液流量范围在5～10L/min，且压降不大于20kPa。6.一燃料电池系统组件，其特征在于，包括：一进料装置和一电堆反应装置；和一燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，陶喜军，李骁，唐生态，
申请(专利权)人：武汉众宇动力系统科技有限公司，
类型：新型
国别省市：