[发明专利]一种改善密闭环境中燃料电池性能的方法及系统

说明书

本发明提供了一种改善燃料电池性能的方法和燃料电池系统，所述方法为使用载气与氧气的混合气代替纯氧通入燃料电池，燃料电池工作时使用燃料与混合气中的氧气进行燃烧释放热量，载气作为热介质将热量传递至电池各部件，维持燃料电池工作温度，所述载气从燃料电池排出后循环利用；所述载气为氮气或惰性气体中的一种或多种。同时，本发明提供了一种燃料电池系统，所述系统主要包括燃料电池本体、尾气吸收装置和载气补充装置，本发明所提供的技术方案明显改善了所述燃料电池的传热效果，同时避免了安全隐患。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种改善密闭环境中燃料电池传热效果和安全性的方法及系统。

背景技术

针对密闭、空气稀薄环境，如高空、水下等领域，燃料电池一般采用纯氧作为阴极物料和催化燃烧氧化剂。对于电池而言，纯氧(O₂纯度≥99.995％)体系的放电性能和电堆一致性较好，但在催化燃烧方面会出现诸多问题。

燃料电池在工作中使用燃料与氧化剂进行催化燃烧以释放热量，该热量用于维持系统在额定温度工作。通常环境，燃料电池会使用气泵和空压机作为氧化剂的供给来源，为催化燃烧系统补入空气。但对于相对密闭和空气稀薄环境，使用空气作为氧化剂显然不可行，因此会携带液氧，选用氧气作为氧化剂。氧气与燃料的催化燃烧效果固然较好，但是其安全性会存在较大问题；同时催化燃烧的热量传递到电池各部件中时，不单单存在着热传导，同时也会存在着热对流。在通常环境下空气可以作为热介质传递热量，但在纯氧体系中达到相同的燃烧效果时，纯氧所需的质量流量远远小于空气的质量流量，从而会降低热对流的传热效果。

同时，氧气有助燃性，纯氧和可燃组分接触进行的催化燃烧远远比空气作为氧化剂时剧烈。过度的催化燃烧会造成燃烧催化剂温度过高、燃烧不均匀等现象，从而造成燃烧催化剂或反应器损坏。轻微的纯氧泄露如遇油脂等可燃物质，会发生爆炸。

因此，目前纯氧作为氧化剂的燃料电池的传热效果和安全性有待改善。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种改善燃料电池传热效果和安全性的方法及系统。

本发明技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种改善密闭环境中燃料电池传热效果和安全性的方法，所述方法为：使用载体与氧气的混合气代替纯氧通入燃料电池，燃料电池在工作时使用燃料与混合气中的氧气进行燃烧以释放热量，载体作为热介质将热量传递至电池各部件，用于维持燃料电池在额定温度工作；所述载体从燃料电池排出后循环利用，载体主要是作为热介质加强燃料电池中热对流的传热效果，燃料电池并不消耗载体，故其可以从燃料电池排出，从燃料电池排出的气体经过尾气吸收后分离出载体，载体重新与氧气混合后输入燃料电池；

所述载气为氮气或惰性气体中的一种或多种。

优选地，所述载体为氮气，氮气价格低廉，储运均方便。

优选地，所述混合气中氧气与惰性气体的比例为1:1-1:4；所述惰性气体为氩气、氦气中的一种或两种。

优选地，所述燃料电池为高温液体燃料电池，优选为高温甲醇燃料电池。

第二方面，本发明提供了一种燃料电池系统，用于改善燃料电池传热效果和安全性，所述系统包括燃料电池本体、载体补充装置和尾气吸收装置；

所述燃料电池本体包括氧气进口和尾气出口，所述载体补充装置与氧气进口相连通；

所述尾气吸收装置包括输入管路和输出管路，所述输入管路与所述尾气出口相连通；所述输出管路与氧气进口相连通。

优选地，所述燃料电池本体包括燃烧室，所述氧气进口与燃烧室相连通。

燃料电池本体还包括电堆，所述电堆的阳极尾气中含有未反应完的燃料，可以供应给燃烧室进行催化燃烧。