[发明专利]用于氢燃料电池的氢气循环供应方法

说明书

本发明提供一种用于氢燃料电池的氢气循环供应方法，其可充分除去向氢燃料电池的电堆提供的氢气中的液态水，以防止氢气中的液态水影响氢燃料电池电堆的运行和降低氢燃料电池电堆的使用寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于氢燃料电池的氢气循环供应方法。进一步地，本发明还涉及一种用于氢燃料电池的氢气循环供应系统。

背景技术

氢燃料电池作为动力系统，具有零排放，长续航，燃料加注时间短，使用寿命长及环境适应性广等优点。近几年，在技术升级及环保压力的双重驱动下，全球氢燃料电池发动机的装机量呈现爆发式增长，日益得到广泛应用和受到重视。

氢燃料电池在将氢（气）的化学能转化为电能过程中，作为燃料的氢气并不能反应完全。氢气在氢燃料电池中与氧化剂（例如，氧气）发生电化学反应后，产生的反应后气体（或阳极反应后气体）自氢燃料电池的氢排气口（或阳极排气口）排出。在循环利用氢气时，氢燃料电池排出的阳极反应后气体被收集和氢容器提供的新的氢气（或新供应氢气）一起被提供给氢燃料电池，以确保氢气供应和氢燃料电池的正常运行。然而，在氢燃料电池将氢气的化学能转化为电能的过程中，氢气与氧气反应，生成水，氢气的部分化学能被燃料电池转化成热。因此，阳极反应后气体（包括含有的未反应氢气）自氢燃料电池中排出时，温度较高，且携带有气态水（或水蒸气）。来自氢容器的新供应氢气自氢容器释放出来时，其所受压力由高变低，温度较低。相应地，来自氢容器的新供应氢气和氢燃料电池排出的阳极反应后气体混合后，氢燃料电池排出的阳极反应后气体中的水蒸气将冷凝和产生液态水。液态水直接进入氢燃料电池后会降低氢燃料电池的工作效率和使用寿命。

现有技术为了解决氢燃料电池排出的阳极反应后气体中的气态水（或水蒸气）与新供应氢气混合产生液态水问题的方法是使用液态水分离器分离液态水：当阳极反应后气体自氢燃料电池排出时，利用液态水分离器分离液态水，然后再在氢燃料电池排出的阳极反应后气体与新供应氢气混合后，再次利用液态水分离器分离液态水。现有技术除去液态水的方法有诸多缺陷：首先，氢燃料电池排出的阳极反应后气体的温度较高，使用液态水分离器首次分离液态水后，与新供应氢气混合，仍能产生大量液态水，往往超过下游液态水分离器的工作负荷。其次，氢燃料电池排出的阳极反应后气体的温度较高，新供应氢气温度较低，两者混合后，产生大量液态水，超过液态水分离器的工作负荷，导致液态水无法在被提供给燃料电池电堆前被完全分离。再次，氢燃料电池排出的阳极反应后气体与新供应氢气的气体混合不充分，导致混合气体在经第二次液态水分离后，仍可能在将要进入氢燃料电池，甚至是进入氢燃料电池后，在微环境产生新的液态水。最后，现有氢燃料电池的液态水分离器体积较小，也可能使混合气体中的液态水无法分离完全。

发明内容

本发明的主要优势在于提供一种用于氢燃料电池的氢气循环供应方法，其中本发明用于氢燃料电池的氢气循环供应方法可充分除去向氢燃料电池的电堆提供的氢气中的液态水，以防止氢气中的液态水影响氢燃料电池电堆的运行和降低氢燃料电池电堆的使用寿命。

本发明的另一优势在于提供一种用于氢燃料电池的氢气循环供应方法，其中本发明用于氢燃料电池的氢气循环供应方法能够在增加第一次液态水分离时的分离效率的同时，降低新供应氢气和阳极反应后气体之间的温差，以尽可能减少新供应氢气和阳极反应后气体相混合后，产生的新的液态水，从而进一步降低第二次液态水分离时，液态水分离器的负荷。此外，新供应氢气和阳极反应后气体之间的温差的降低，也进一步减少新供应氢气和阳极反应后气体混合后进入氢燃料电池前，甚至是进入氢燃料电池后，在微环境产生的新的液态水。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本发明提供了一种用于氢燃料电池的氢气循环供应方法，其包括下述步骤：

S1使新供应氢气和该氢燃料电池产生的阳极反应后气体分别流经第一热交换装置，从而使该新供应氢气能够通过该第一热交换装置冷却该阳极反应后气体和使该阳极反应后气体能够通过该第一热交换装置加热该新供应氢气；

S2除去冷却后的该阳极反应后气体携带的液态水；