[发明专利]一种可逆燃料电池系统

说明书

本发明涉及一种可逆燃料电池系统，至少包括电堆、氢气循环单元、氧气循环单元和水循环单元，控制单元(2)分别与电堆、氢气循环单元、氧气循环单元和水循环单元连接，所述水循环单元至少包括能够气水分离的第二容器(7)和第一换热装置(6)，所述第一换热装置(6)设置在所述第二容器(7)的气分离部分的上游以将电堆排出的水从所述第二容器(7)的水分离部分循环至所述电堆，至少一个水箱(5)设置在所述第二容器(7)的水分离部分的上游，在补充水的情况下，所述水箱(5)中的水以不经过所述第一换热装置(6)的方式传输至所述电堆。本发明通过简化可逆燃料电池系统的结构，降低了水循环的水阻并减少了非必要的功耗。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种可逆燃料电池系统。

背景技术

现有技术中，可逆燃料电池(RFC)是一种将电解水制氢技术与氢氧燃料电池发电技术相结合的可充放储能电池，即2H₂O+电能→2H₂+O₂的正、逆过程得以循环进行。氢氧燃料电池发电系统的活性物质纯氢和纯氧可通过电解水制氢技术得以“再生”，从而起到储能作用。可逆燃料电池与目前应用的二次蓄电池相比，具有更高的比能量及比功率，特别是可实现更高的储能容量，且使用中无自放电，也不受放电深度及电池容量的限制等，是一种具有广阔发展前景的新型大容量电力储能电池。

例如，中国专利CN106784960B公开了一种一体式可逆燃料电池系统，该系统包括由燃料电池电堆构成的制氢发电模块，氢气循环模块，氧气循环模块和水循环模块。所述的燃料电池电堆包括多个依次叠加的单电池以及氢气进出口、氧气进出口和冷却流体进出口，所述的单电池包括导电板和膜电极，所述的氢气循环模块连接燃料电池电堆的氢气进出口，所述的氧气循环模块连接燃料电池电堆的氧气进出口，所述的水循环模块连接燃料电池电堆的冷却流体进出口，所述的系统正向过程进行燃料电池发电，反向过程进行电解水制氢。该发明专利虽然能够实现较好的循环和气水分离等，但是其当前存在的缺陷为：结构复杂；在电解时供水量与压力调节不方便；循环水泵水路结构水流必须经过换热器，使得水阻较大，功耗多，增加了热损失。

针对现有技术不足，本发明提供一种更优良的、结构更简单的可逆燃料电池系统。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种可逆燃料电池系统，至少包括电堆、氢气循环单元、氧气循环单元和水循环单元，控制单元分别与电堆、氢气循环单元、氧气循环单元和水循环单元连接，所述水循环单元至少包括能够气水分离的第二容器和第一换热装置，所述第一换热装置设置在所述第二容器的气分离部分的上游以将电堆排出的水从所述第二容器的水分离部分循环至所述电堆，至少一个水箱设置在所述第二容器的水分离部分的上游，在补充水的情况下，所述水箱中的水以不经过所述第一换热装置的方式传输至所述电堆。

本发明通过对水循环单元结构的简化和改进，将水箱补充的水的管路与电堆排出的循环水的管路并列设置进行运输，最后汇集在第二容器中。如此设置，减少了电解用的水流动经过的设备数量，进而减少了电解水的水阻，减少了换热装置进行换热或者制冷的功耗。优选地，所述氧循环单元与所述水循环单元以共享第二容器的方式设置，其中，所述第二容器的气分离部分分别与所述电堆的阴极出口和阴极入口连通，所述第二容器以气水分离的方式将所述电堆排出的氧气中的分离至水循环单元中。

优选地，所述第二容器与所述电堆的阴极入口之间以设置至少一个第二单向阀的方式使得氧气和水以不可逆流的方式单向循环。本发明通过在电堆的阴极入口设置有第二单向阀，使得氧气循环单元中的气和水实现不可逆流的单向循环，避免了氧气循环单元中气、水逆流向电堆的不良影响，延长了电堆的寿命。