專利名稱：一種燃料電池燃料循環的方法及專用裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉 料電池發動機系統，具體地是說一種使燃料電池陽極燃料在燃 料電池全功率范圍內保持大致恒定循環比的方法與裝置。
背景技術：
燃ri電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝 置。燃料電池裝置的內部核心是膜電極。在膜電極的陽極端，燃料可以通過透穿 過多孔性材料，并在催化劑表面上發生電化學反應，失去電子，變成帶正電的離
子，正離子可通過遷移穿 子交^!莫，到艦電極的另一端陰極端。在膜電極 的陰極端，含有氧化劑的氣體，通過透穿過多孔性材料，并在催化劑表面上發生 電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的 正離子發生反應，形成反應產物。膜電極兩端用導電物體將發生電化學反應過程 中生成的電子，通過外電路引出，構成電路回路。
燃料電池在運行狀態放電時，伴隨大量產物水生成。生成的產物水可以在燃 料電池的陰極區出現，也可以在陽極區出現。為了保證燃料電池的正常運行和性 能不下降，往往需要用過量的燃料氫氣和氧化劑空氣將燃料電池內部生成的水帶 出，即燃料電池必須需要燃料氫氣、氧化劑空氣在大于l的計量比的狀態下進行 運行，這樣過量的燃料氫氣與過量的空氣部分會攜帶燃料電池內部的水帶出燃料 電池外部。采用過量的燃料氫氣攜帶燃料電池陽極區的水一同排放到燃料電池外 部即浪費了燃料氫氣又有危險性。
為了保證燃料電池的正常、穩定運行，燃料電池中生成物水排放到電池外部， 為了燃料氫氣充分利用， 一般使氫氣循環，既能把生成物水帶出電池又能充分利
'目前氫氣循環的方法主要有
1. 釆用循環壓縮泵，一M容積式的，如隔膜式壓縮泵。這種泵在氫氣大流 量時需要消耗較大的功率；且噪聲較大，不易密封，容易產生氫氣泄漏。
2. 美國專利US5441821 ( 1995 )采用噴射器將燃料電池排出的氫氣循環， 噴射器在氣體快速通過噴射器的噴嘴時，可以產生一定的真空吸引，從而把多余 的燃料氫氣/雄料電池排出口吸回來。但是噴射器只能在特定的工作條件下工作, 通用性小；同時適用范圍也窄。
3. 利用管路Ml來實現氫氣循環，中國專利03141478. 9。管路風機出口壓 力較低，只能用于氫氣進出口壓差較低的燃料電池，同時需外力推動消耗能量， 且能量消耗較大。
發明內容
本發明提供一種燃料電池燃料氫氣循環的方法及專用裝置，其消耗能量即低 又能使氫氣在燃料電池全功率范圍內保持大致恒定循環比。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案為 一種燃料電池燃料循環的方法，來自氫氣氣源中的高壓燃料氫氣通過減壓 閥減壓，進入氫氣噴射器，從噴射器出口出來的氫氣進入燃料電池，經燃料電池 反應后過量的氫氣和反應生成的水一起進入分水器，分水器氣體出口出來的氫氣 進入Wl進口 ，經iW加壓出來的氫氣進入噴射器氣體吸入口 。
所述風機為可調itX機，根據燃料電池所需的功率調節Wl'轉速到定值， 滿足燃料電池額定功率時所消耗氫氣的壓力與流量，可以使燃料電池陽極燃料氫 氣在燃料電池全功率范圍內保持大致恒定循環比。本發明滿足燃料電池對氫氣循 環的要求，且能量消耗較小，能把生成物水帶出電池、充分利用燃料氫氣、燃料 在電池各單節分配更加均勾，進一步提高燃料電池壽命；所述的進入燃料電池陽 極的燃料可以是氫氣、富含氫氣的燃料。
燃料電池氫氣循環裝置，包括儲氫罐、控制閥、減壓閥、噴射器、燃料電池 堆、分樣、可調itm，儲氫罐的氫氣出口依次通過控制閥、減壓閥與噴射器 的進口相連，噴射器的出口與燃料電池堆的氫氣進口相連，燃料電池堆氫氣出口 經分錄與可調iWl進口相連，可調itML氣體出口與噴射器氣體吸入口相連。
本發明與現有技術相比具有如下優點噴射器與ML串聯，衝H性強，使用 范圍廣，使燃料電池陽極燃料在燃料電池全功率范圍內保持大致恒定循環比，且 消耗能量小。能把生成物水帶出電池、充分利用燃料氫氣、染料在電池各單節分 配更加均勻，進一步提高燃料電池壽命。
圖1為本發明的燃料電池陽極燃料氫氣在全功率范圍內保持恒定循環比的裝 置結構示意圖。圖中l是儲氫罐，2是控制閥，3是減壓閥，4是噴射器，5是 燃料電池堆，6是分水器，7是可調itK機。
圖2為本發明一個實施例的0——28mVh氫氣的風機轉速為一定值時氫氣循 環比曲線。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但實施例表示的范圍并不
是對本發明要求保護的范圍的限制。
圖1為本發明的燃料電池陽極燃料氫氣在全功率范圍內保持恒定循環比的裝 置結構示意圖。
如圖1所示，儲氫罐1通過控制閥2 (控制閥2的進口與儲氫罐1的出口相
連，出口與減壓器2的進口相連)、減壓閥3與噴射器4進口相連，噴射器4出口 與燃料電池堆5進口相連，即噴射器4的進口與減壓器3的出口相連，出口與燃 料電池5陽 料的進口相連，燃料電池堆5氣體出口經分氷器6與可調速風機 7進口相連，即分 6的進口與燃料電池堆5的燃料出口相連，氣體出口與風 機7的進口相連，可調，機7出口與噴射器4氣體吸入口相連。
本實施例中所述噴射器設計點為滿足燃料電池額定功率時氫氣流量及壓力， 材質為不銹鋼。所述m為可調速風機，其驅動為變速電機，即電機的轉速是可 調的；ML材質為工程塑料或不銹鋼，噴射器與Ml串連，可調iWL轉速調至 一定值，即可滿足燃料電池所需功率的要求。
應用時,儲氫罐l中的高壓氫氣通過控制閥2、減壓閥3減壓，進入噴射器4， 與噴射器吸入氫氣一起進入燃料電池堆5,燃料電池堆5反應后的過量氫氣和反 應生成的水同時進入分氷器6實現兩者的分離，分離后氫氣進入可調itm 7, 由于噴射器4的抽吸作用進入噴射器4。可調 機的轉速調整在一定值，燃料 循環比趨于恒定，如圖3為實施例的0—一28m7h氫氣循環比曲線。
與現有技術相比，本發明利用噴射器與風機串聯循環燃料電池燃料氫氣，使 燃料氫氣在燃料電池全功率范圍內保持大致恒定循環比，滿足燃料電池需求，且 耗能較小，能把生成物水帶出電池、充分利用燃料氫氣、染料在電池各單節分配 更加均勻，進一步提高燃料電池壽命。
以上描述了本發明及實施例，本領域的技術人員應該理解，本發明不限于 實施例，而是覆蓋包括了所附權利要求的精神和范圍內的各種改進。
權利要求
1.一種燃料電池燃料循環的方法，其特征在于來自氫氣氣源中的高壓燃料氫氣通過減壓閥減壓，進入氫氣噴射器，從噴射器出口出來的氫氣進入燃料電池，經燃料電池反應后過量的氫氣和反應生成的水一起進入分水器，分水器氣體出口出來的氫氣進入風機進口，經風機加壓出來的氫氣進入噴射器氣體吸入口。
2. 根據權利要求i所述的方法，其特征在于所述ML為可調itMl，根據燃料電池所需的功率調節m轉速到定值，滿足燃料電池額定功率時所消耗氫氣 的壓力與流量，可以1fe然料電池陽極燃料氫氣在燃料電池全功率范圍內保持大致恒定循環比。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的進入燃料電池陽極的燃 料可以是氫氣、富含氫氣的燃料。
4. 一種權利要求1所述方法的專用裝置，其特征在于包括儲氫罐、控制閥、 減壓閥、噴射器、燃料電池堆、分氷器、可調速風機，儲氫罐(1)的氫氣出口依 次通過控制閥(2)、減壓閥(3)與噴射器(4)的進口相連，噴射器(4)的出口 與燃料電池堆(5)的氫氣進口相連，燃料電池堆(5)氫氣出口經分水器(6)與 可調iWl ( 7 )進口相連，可調，機(7 )氣體出口與噴射器(4 )氣體吸入口 相連。
全文摘要
本發明涉及燃料電池發動機系統，是一種燃料電池燃料循環的方法及專用裝置，來自氫氣氣源中的高壓燃料氫氣通過減壓閥減壓，進入氫氣噴射器，從噴射器出口出來的氫氣進入燃料電池，經燃料電池反應后過量的氫氣和反應生成的水一起進入分水器，分水器氣體出口出來的氫氣進入風機進口，經風機加壓出來的氫氣進入噴射器氣體吸入口。噴射器設計點為燃料電池額定功率時所消耗氫氣的壓力與流量，風機為可調速風機，通過調節風機轉速，可以使燃料氫氣在燃料電池全功率范圍內保持大致恒定循環比。本發明滿足燃料電池對氫氣循環的要求，且能量消耗較小，能把生成物水帶出電池、充分利用燃料氫氣、燃料在電池各單節分配更加均勻，進一步提高燃料電池壽命。
文檔編號H01M8/04GK101170188SQ20061013407
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月27日 優先權日2006年10月27日
發明者王偉國, 王洪衛 申請人:新源動力股份有限公司