[发明专利]一种质子交换膜燃料电池双引射器循环系统

说明书

本发明提供了一种质子交换膜燃料电池双引射器循环系统，属于质子交换膜燃料电池技术领域，具体为：阳极水汽分离器和阴极水汽分离器分离去除电堆阳极和阴极尾气中的液态水；阳极减压阀和阴极减压阀分别将氢气和氧气的压力下降至压力预设值；阳极电磁阀和阴极电磁阀用于定期执行脉冲式开关动作，排除电堆两侧的积水和杂质；阳极单向阀和阴极单向阀防止排气瞬间外部空气进入循环回路；阳极引射器和阴极引射器用于分别接收氢气和氧气至混合室，混合室内的低压区域将未反应完的尾气卷吸进入，氢气或氧气与尾气进行动量和质量交换后进入电堆中。本发明较大程度避免循环引起的水淹，可以提升燃料电池性能与延长寿命。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种质子交换膜燃料电池双引射器循环系统。

背景技术

氢能是重要的新能源，具有来源广泛、清洁无污染、储运方便和利用率高等特点，被誉为21世纪最具发展前景的二次能源。质子交换膜燃料电池是一种将燃料(氢气、氧气)的化学能转化为电能的能源转化装置，质子交换膜燃料电池以能量转化效率高、运行可靠、无污染物排放、运动部件少，无噪声以及反应过程不受卡诺循环的限制等优势而被认为是最有前景并可替代传统化石能源的绿色能源转化装置。除此之外，电池可以在低温下工作，这使质子交换膜燃料电池具有而其它采用液态聚合物为电解质燃料电池没有的低温快速启动优势。其次，由于质子交换膜燃料电池各个组件都很薄，电池在装配时可以获得非常紧凑的结构。这使得质子交换膜燃料电池具有能量密度高的特点。质子交换膜燃料电池的独有优势使其应用范围极为广泛，非常适合用于交通运输行业和其它可移动设施的电源，也可应用于发电或备用电站、基站等固定设施。除了普通领域之外，质子交换膜燃料电池也适用于航空航天、无人机以及深海潜艇等特殊高精尖领域。

质子交换膜燃料电池在反应发电过程中其内部是一个很复杂的体系，其中，水管理是燃料电池中非常富有挑战性的综合性工程问题，尤其是对于氢氧燃料电池。水分布对燃料电池性能影响至关重要。若反应气体加湿不足，引起膜脱水，将增加质子传导阻力，膜干燥易出现针孔、脆裂等现象而使得电池性能变差或失效。若加湿度过高，析出液态水，会增加电池排水负担。电池运行过程中，反应会产生水，并随尾气排出电池。若产生的水得不到及时排出，会在电池内不断的累积，引起电池产生“水淹”现象。液态水堵塞流道，影响气体分配，堵塞气体扩散层，影响了气体传输，覆盖在催化层反应区域，限制反应气体与催化层接触进行反应。因此，合理有效的水管理，对提高燃料电池性能与寿命具有重要意义。

为了提高燃料的利用率，普遍做法是采用闭口脉冲运行，或者在燃料电池中增加氢气循环子系统，使氢气在电池内强制循环流动。但是阳极闭口运行很容易导致电池水淹，影响燃料电池性能。除此之外，还有另一种气体管理方法可以兼顾提升氢气利用率和促进排水作用，即尾气再循环系统。引射器是一种很有前途的尾气循环系统装置，它可以将高压储气罐的压力势能转化为动能，实现阳极出口氢气的回收再利用。与传统机械循环泵相比，引射器具有体积小、维护成本低等优点。

但是，现有的基于引射器的燃料电池发电机系统的水管理系统也存在以下的缺点：(1)大多数都只考虑氢空燃料电池，很少涉及氢氧燃料电池电堆；(2)大多数系统仅考虑阳极引射循环，考虑阴极引射循环辅助排水的技术较少；考虑阴阳极入口加湿控制方法的技术也较少。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池双引射器循环系统，旨在解决现有的燃料电池水管理技术缺少考虑阴极引射循环辅助排水，导致现有燃料电池经常出现水淹状态，进而影响燃料电池性能与寿命的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种质子交换膜燃料电池双引射器循环系统，包括：阳极减压阀、阴极减压阀、阳极引射器、阴极引射器、阳极电磁阀、阴极电磁阀、阳极单向阀、阴极单向阀、阴极水汽分离器和阳极水汽分离器；