一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法，气体水合物可以以固态形式储存燃料气，相较于气态储气及液态储气更加安全可靠，且单位体积储气量较高，储气条件较温和；在释放燃料气的同时，气体水合物会因相变分解释放出大量冷量，可以为燃料电池热管理提供充足有效的冷源；气体水合物分解后会产生一部分水，可用于对燃料电池加湿；当空气进气温度高于燃料电池堆温度时，这部分水由于温度较低，可用于冷却空气进气；当空气进气温度低于燃料电池堆温度时，这部分水可用于对燃料电池降温；在吸收燃料电池废热后，这部分水温度升高，可用于对空气进气进行预热，充分利用系统余热，实现了燃料电池供储气、热管理、空气调温和加湿一体化控制。温和加湿一体化控制。温和加湿一体化控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]燃料电池是一种通过电化学反应将燃料化学能转换成电能的能量转化装置，与传统发电方式相比，燃料电池具有发电效率高、环境相容性好、占地面积小、燃料来源广等诸多优点；目前，燃料电池已被应用于燃料电池汽车、航空航天、海上船舶、分布式发电、家庭电源、数据中心电源、移动电源、小功率电子设备替换电源、军用设备电源等多个领域。
[0004]专利技术人发现，为保证燃料电池的稳定高效运行，燃料电池系统往往需要多个辅助性功能模块，如供储气模块、热管理模块、空气调温模块、加湿模块等；然而，传统的燃料电池系统往往分别考虑实现这些功能模块，导致了系统复杂性高、空间占用大和系统能效低等问题，阻碍了燃料电池的规模化商业应用。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法，针对燃料电池需要燃料气、热管理、对空气进行温度调节和加湿这四个需求，充分利用气体水合物具有储气能力、具有冷量和含有水分这三个特点，实现了燃料电池供储气、热管理、空气调温和加湿一体化控制。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于气体水合物的燃料电池系统。
[0008]一种基于气体水合物的燃料电池系统，至少包括：气体水合物储罐、水浴套、喷射器、引射器、燃料电池堆、燃料气供应管路、低温液管路、高温液管路和分解水管路；
[0009]气体水合物储罐通过燃料气供应管路与燃料电池堆的燃料气进气口连接，燃料气供应管路上设有喷射器和引射器，燃料电池堆的燃料气出气口通过第一出气管路与引射器连接；
[0010]气体水合物储罐位于水浴套内，水浴套的冷却介质出口与冷却介质进口通过低温液管路连接，低温液管路的一部分穿过第一换热器；
[0011]燃料电池堆的冷却介质出口与冷却介质进口通过高温液管路连接，高温液管路的一部分穿过第一换热器；
[0012]气体水合物储罐通过分解水管路与燃料电池堆的冷却水进口连接，燃料电池堆的冷却水出口与出水管路连接，出水管路依次穿过加湿器和第二换热器；
[0013]空气进气管路与燃料电池堆的空气进气端口连接，空气进气管路依次穿过空压机、第二换热器和加湿器；
[0014]分解水管路上设有第一去离子器，第一去离子器与燃料电池堆的冷却水进口之间
的管段上设有第一管路开关元件，第一去离子器与第一管路开关元件之间的管段通过连接管路与出水管路连通，连接管路上设有第二管路开关元件。
[0015]作为本专利技术第一方面进一步的限定，气体水合物储罐与喷射器之间的燃料气供应管路上设有第三管路开关元件。
[0016]作为本专利技术第一方面进一步的限定，燃料电池堆的燃料气出气口通过第二出气管路与引射器和燃料电池堆的燃料气进气口之间的管段连接，第二出气管路上设有燃料气循环泵。
[0017]作为本专利技术第一方面进一步的限定，低温液管路上设有第一循环泵。
[0018]作为本专利技术第一方面进一步的限定，高温液管路上设有第二循环泵和第二去离子器。
[0019]作为本专利技术第一方面进一步的限定，分解水管路上设有第四管路开关元件和水泵，第四管路开关元件和水泵依次设置在气体水合物储罐与第一去离子器之间的管段上。
[0020]作为本专利技术第一方面进一步的限定，第一管路开关元件为第一阀门，第二管路开关元件为第二阀门。
[0021]作为本专利技术第一方面进一步的限定，燃料电池堆的冷却水出口位置的出水管路上设有止回阀。
[0022]作为本专利技术第一方面进一步的限定，燃料电池堆的排气端口连接有排气管路，排气管路上设有排气阀；出水管路依次穿过加湿器和第二换热器后，经排水阀排出。
[0023]本专利技术第二方面提供了一种基于气体水合物的燃料电池系统工作方法。
[0024]一种基于气体水合物的燃料电池系统工作方法，包括以下过程：
[0025]气体水合物储罐中的燃料气水合物经水浴套加热分解后释放出燃料气，燃料气流经燃料气供应管路，并经过喷射器调压后进入燃料电池堆，未反应的燃料气离开燃料电池堆后，通过引射器或燃料气循环泵重新汇入燃料气供应管路，能够再次进入燃料电池堆反应；
[0026]气体水合物储罐中的燃料气水合物经水浴套加热发生相变分解，将冷量释放到水浴套中，水浴套中的冷却介质在第一循环泵的驱动下流经低温液管路，进入第一换热器；同时，高温液管路中的冷却介质在第二循环泵的驱动下，带走燃料电池堆的热量，进入第一换热器，冷热流体在第一换热器内进行换热；
[0027]气体水合物储罐中的气体水合物分解后产生的低温分解水在水泵的驱动下流经分解水管路以及第一去离子器，同时，空气经空压机压缩后，流入第二换热器；
[0028]若第二换热器中的空气温度低于燃料电池堆温度，则第一阀门打开，第二阀门关闭，分解水管路中的低温分解水进入燃料电池堆，对其冷却并吸收其热量；随后升温后的分解水流经止回阀和加湿器，进入第二换热器与其中的空气进气进行换热，从而达到预热空气的效果；
[0029]若第二换热器中的空气温度高于燃料电池堆温度，则第一阀门关闭，第二阀门打开，分解水管路中的低温分解水直接流经加湿器，进入第二换热器对其中的空气进气进行冷却，空气进气流经第二换热器后，在加湿器中被分解水加湿，随后进入燃料电池堆，未反应的空气则通过排气阀排出，分解水流经第二换热器后，通过排水阀排出。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031]1、本专利技术创新性的提出了一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法，气体水合物可以以固态形式储存燃料气，相较于气态储气及液态储气更加安全可靠，且单位体积储气量较高，储气条件较温和。
[0032]2、本专利技术创新性的提出了一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法，在释放燃料气的同时，气体水合物会因相变分解释放出大量冷量，可以为燃料电池热管理提供充足有效的冷源。
[0033]3、本专利技术创新性的提出了一种基于气体水合物的燃料电池系统及工作方法，气体水合物分解后会产生一部分水，可用于对燃料电池加湿；当空气进气温度高于燃料电池堆温度时，这部分水由于温度较低，可用于冷却空气进气；当空气进气温度低于燃料电池堆温度时，这部分水可用于对燃料电池降温；在吸收燃料电池废热后，这部分水温度升高，可用于对空气进气进行预热，充分利用系统余热。
[0034]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0035]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气体水合物的燃料电池系统，其特征在于，至少包括：气体水合物储罐、水浴套、喷射器、引射器、燃料电池堆、燃料气供应管路、低温液管路、高温液管路和分解水管路；气体水合物储罐通过燃料气供应管路与燃料电池堆的燃料气进气口连接，燃料气供应管路上设有喷射器和引射器，燃料电池堆的燃料气出气口通过第一出气管路与引射器连接；气体水合物储罐位于水浴套内，水浴套的冷却介质出口与冷却介质进口通过低温液管路连接，低温液管路的一部分穿过第一换热器；燃料电池堆的冷却介质出口与冷却介质进口通过高温液管路连接，高温液管路的一部分穿过第一换热器；气体水合物储罐通过分解水管路与燃料电池堆的冷却水进口连接，燃料电池堆的冷却水出口与出水管路连接，出水管路依次穿过加湿器和第二换热器；空气进气管路与燃料电池堆的空气进气端口连接，空气进气管路依次穿过空压机、第二换热器和加湿器；分解水管路上设有第一去离子器，第一去离子器与燃料电池堆的冷却水进口之间的管段上设有第一管路开关元件，第一去离子器与第一管路开关元件之间的管段通过连接管路与出水管路连通，连接管路上设有第二管路开关元件。2.如权利要求1所述的基于气体水合物的燃料电池系统，其特征在于，气体水合物储罐与喷射器之间的燃料气供应管路上设有第三管路开关元件。3.如权利要求1所述的基于气体水合物的燃料电池系统，其特征在于，燃料电池堆的燃料气出气口通过第二出气管路与引射器和燃料电池堆的燃料气进气口之间的管段连接，第二出气管路上设有燃料气循环泵。4.如权利要求1所述的基于气体水合物的燃料电池系统，其特征在于，低温液管路上设有第一循环泵。5.如权利要求1所述的基于气体水合物的燃料电池系统，其特征在于，高温液管路上设有第二循环泵和第二去离子器。6.如权利要求1所述的基于气体水合物的燃料电池系统，其特征在于，分解水管路上设有第四管路开关元件和水泵，第四管路开关元件和水泵依次设置在气体水合物储罐与第一去离子器之间的管段上。7.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦宁，张颖龙，赵培，陈庆霖，胡杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：