本發(fā)明涉及一種燃料電池，特別涉及一種氫氧燃料電池。

背景技術(shù)：

燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動(dòng)力電源，一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，作為負(fù)極，用空氣中的氧作為正極。其和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質(zhì)是預(yù)先放在電池內(nèi)部的，因而電池容量取決于貯存的活性物質(zhì)的量；而燃料電池的活性物質(zhì)(燃料和氧化劑)是在反應(yīng)的同時(shí)源源不斷地輸入的，因此，這類電池實(shí)際上只是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。這類電池具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點(diǎn)，但由于成本高，系統(tǒng)比較復(fù)雜，僅限于一些特殊用途，如飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面。通常該類電池通過電堆進(jìn)行放電反應(yīng)而產(chǎn)生電流，當(dāng)關(guān)閉電池時(shí)，也就是將電堆關(guān)閉時(shí)，由于其內(nèi)部還殘留有氫氣和液態(tài)水，為了避免其繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生電能，現(xiàn)有技術(shù)中通常通過向電堆內(nèi)通入氮?dú)庖詫錃饧耙簯B(tài)水排出，但是該方法局限性較大，實(shí)施較為困難。且現(xiàn)有技術(shù)中氫氧燃料電池在氫氣、氧氣(空氣)的引入無較為嚴(yán)密的監(jiān)控過程，因此導(dǎo)致電堆內(nèi)放電反應(yīng)的進(jìn)行效果欠佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是，提供一種能夠快速、方便的排除電堆內(nèi)殘余電量的氫氧燃料電池。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種氫氧燃料電池，其包括電堆、與所述電堆的氫氣入口連通的氫氣管道、與所述電堆的空氣入口連通的空氣管道和用于向電堆提供冷卻水的冷卻系統(tǒng)，所述氫氧燃料電池還包括：

泄壓管道，其包括主管道和第一支管道，所述主管道的一端與第一支管道的一端通過第一電磁閥連通，所述主管道的另一端與所述氫氣入口連通，所述第一支管道的另一端與所述空氣管道連通；

其中，當(dāng)所述電堆關(guān)閉時(shí)，所述第一電磁閥切換至所述第一支管道的一端與主管道的一端導(dǎo)通的狀態(tài)，使空氣同時(shí)自所述氫氣入口和空氣入口進(jìn)入電堆，以使所述電堆內(nèi)的殘余氫氣及反應(yīng)生成的液態(tài)水從所述電堆的廢料出口排出。

作為優(yōu)選，所述氫氣管道上設(shè)有第二電磁閥和用于調(diào)控所述氫氣管道內(nèi)的氫氣壓力及對(duì)氫氣進(jìn)行除雜的保護(hù)組件。

作為優(yōu)選，所述保護(hù)組件包括沿所述氫氣的流動(dòng)方向依次設(shè)置的：

第一壓力傳感器，其用于感測(cè)氫氣管道中氫氣的壓力；

壓力調(diào)節(jié)部，其用于調(diào)節(jié)氫氣的壓力；

第二壓力傳感器，其用于感測(cè)經(jīng)所述壓力調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)后的氫氣的壓力；以及

第一水氣分離器，其用于分離出氫氣中的水，分離出的水通過排污管道排出；

其中，所述第二電磁閥位于所述第一壓力傳感器與壓力調(diào)節(jié)部之間。

作為優(yōu)選，所述空氣管道上沿空氣的流動(dòng)方向依次設(shè)有：空氣過濾器、空氣流量計(jì)、空氣泵以及濕熱交換器，所述濕熱交換器與所述電堆的空氣入口、高溫廢氣出口間均通過連接管道連通，所述濕熱交換器上還連接有所述排污管道；所述第一支管道的另一端與連接所述空氣入口的連接管道相連。

作為優(yōu)選，所述泄壓管道還包括第二支管道，所述主管道上設(shè)有循環(huán)泵，所述第二支管道的一端通過所述第一電磁閥與所述主管道的一端連通，所述第二支管道的另一端與所述電堆的廢料出口連通；所述第二支管道上設(shè)有用于分離自所述廢料出口流出的氫氣和液態(tài)水的第二水氣分離器，所述第一水氣分離器和第二水氣分離器均通過排水管道與所述排污管道連通；

其中，當(dāng)電堆運(yùn)行時(shí)，所述第一電磁閥切換至所述第二支管道的一端和主管道的一端導(dǎo)通的狀態(tài)，經(jīng)所述第二水氣分離器分離出的氫氣經(jīng)所述循環(huán)泵進(jìn)入電堆，分離出的液態(tài)水通過排水管道進(jìn)入排污管道中。

作為優(yōu)選，所述主管道經(jīng)過所述第一水氣分離器與所述氫氣入口相連通，以使經(jīng)所述第二水氣分離器分離出的氫氣經(jīng)過所述第一水氣分離器的二次過濾后進(jìn)入所述電堆。

作為優(yōu)選，所述冷卻系統(tǒng)包括：

第一水循環(huán)管道，其兩端分別與所述電堆的低溫水入口和高溫水出口相連通，所述第一水循環(huán)管道上裝設(shè)有換熱器；以及

第二水循環(huán)管道，其與換熱器相連通，用于為所述換熱器提供冷媒。

作為優(yōu)選，所述第一循環(huán)管道上還設(shè)有第一溫度傳感器、去離子器、第一水泵、壓力開關(guān)和溢流閥。

作為優(yōu)選，所述第二循環(huán)管道上設(shè)有注水口、排水口、第二溫度傳感器、散熱器和第二水泵。

作為優(yōu)選，所述第一循環(huán)管道上還設(shè)有補(bǔ)水箱，其用于向所述第一循環(huán)管道中補(bǔ)水。

本發(fā)明的氫氧燃料電池的有益效果在于，能夠在關(guān)機(jī)時(shí)，利用空氣快速對(duì)電堆內(nèi)的電壓進(jìn)行排除，實(shí)施方便，且節(jié)省了使用成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的氫氧燃料電池的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(其中實(shí)線代表水，虛線代表氫氣，點(diǎn)畫線代表空氣)。

附圖標(biāo)記：

1-氫氣管道；2-第一壓力開關(guān)；3-空氣管道；4-第一電磁閥；5-減壓閥；6-第一壓力傳感器；7-第二壓力傳感器；8-第一水氣分離器；9-第二水氣分離器；10-電堆；11-第二電磁閥；12-閥門；13-排污管道；14-循環(huán)泵；15-濕熱交換器；16-空氣泵；17-空氣流量計(jì)；18-空氣過濾器；19-第一溫度傳感器；20-補(bǔ)水箱；21-去離子器；22-第一水泵；23-第二壓力開關(guān)；24-換熱器；25-注水口；26-排水口；27-散熱器；28-第二水泵；29-第二溫度傳感器；30-溢流閥；31-主管道；32-第一支管道；33-第二支管道；34-排水管道。

55-氫氣管道；56-第一壓力開關(guān)；57-空氣管道；58-第一電磁閥；59-減壓閥；60-第一壓力傳感器；61-第二壓力傳感器；62-第一水氣分離器；63-第二水氣分離器；64-電堆；65-第二電磁閥；66-閥門；67-排污管道；68-循環(huán)泵；69-濕熱交換器；70-空氣泵；71-空氣流量計(jì)；72-空氣過濾器；73-第一溫度傳感器；74-補(bǔ)水箱；75-去離子器；76-第一水泵；77-第二壓力開關(guān)；78-換熱器；79-注水口；80-排水口；81-散熱器；82-第二水泵；83-第二溫度傳感器；84-溢流閥；85-主管道；86-第一支管道；87-第二支管道；88-排水管道；

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明公開一種氫氧燃料電池，其包括：

電堆10，其具有多個(gè)接口，多個(gè)接口分別為氫氣入口、低溫水入口、高溫水出口、空氣入口、高溫廢氣出口以及用于排出電堆10內(nèi)廢氣及廢液的排污口，例如對(duì)電堆10泄壓時(shí)，電堆10內(nèi)殘留的氫氣以及反應(yīng)生成的液態(tài)水經(jīng)廢料出口排出；

氫氣管道1，其與電堆10的氫氣入口相連以用于向電堆10內(nèi)送入氫氣；氫氣管道1的另一端與氫氣供給裝置相連，該裝置選擇種類很多，如各種儲(chǔ)氫器等，此處不再贅述；

空氣管道3，其與電堆10的空氣入口相連，其上設(shè)有濕熱交換器15，空氣被送入濕熱交換器15進(jìn)行加濕升溫后進(jìn)入電堆10參與反應(yīng)并形成高溫廢氣(即高溫的富氮空氣，也稱空氣尾氣)，高溫廢氣自電堆10的高溫廢氣出口流出電堆10后再次流入濕熱交換器15，以用于將自身熱量及水分傳遞至新引入的空氣中，之后排出；

冷卻系統(tǒng)，其用于向電堆10提供冷卻水；以及

泄壓管道，其包括主管道31和第一支管道32，主管道31的一端與第一支管道32的一端通過第一電磁閥4連通，主管道31的另一端與電堆10的氫氣入口連通，第一支管道32的另一端與空氣管道3連通。

當(dāng)電堆10關(guān)閉時(shí)，第一電磁閥4切換至第一支管道32的一端與主管道31的一端導(dǎo)通的狀態(tài)，使空氣同時(shí)自氫氣入口和空氣入口進(jìn)入電堆10，用于推動(dòng)電堆10內(nèi)的殘余氫氣及反應(yīng)生成的液態(tài)水從電堆10的廢料出口排出，完成對(duì)電堆10的泄壓工作。該泄壓操作簡(jiǎn)單、快捷，且無需另通入氮?dú)?，只需通入空氣就可徹底排出電?0內(nèi)的殘料，節(jié)約了成本。

具體地，繼續(xù)結(jié)合圖1所示，氫氣管道1上設(shè)有第二電磁閥11，以便于控制氫氣的輸送。為了使得送入電堆10內(nèi)的氫氣滿足電堆10的使用要求，促進(jìn)放電反應(yīng)的進(jìn)行，本實(shí)施例中在氫氣管道1與電堆10間還設(shè)有用于調(diào)控氫氣壓力及對(duì)氫氣進(jìn)行除雜的保護(hù)組件。該保護(hù)組件包括沿氫氣的流動(dòng)方向依次設(shè)置的：

第一壓力傳感器6，其用于感測(cè)自氫氣管道1流出的氫氣的壓力；

壓力調(diào)節(jié)部，其用于對(duì)氫氣進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)；例如當(dāng)氫氣管道1內(nèi)的氫氣的壓力較低時(shí)，可將壓力調(diào)節(jié)部設(shè)置為氫氣泵，用以增加氫氣壓力；而當(dāng)氫氣管道1內(nèi)的氫氣的壓力較高時(shí)，可將壓力調(diào)節(jié)部設(shè)置為減壓閥5，用以降低氫氣壓力，本實(shí)施例中的壓力調(diào)節(jié)部為減壓閥5；

第二壓力傳感器7，其用于感測(cè)經(jīng)壓力調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)壓力后的氫氣的壓力；若壓力過高或過低，即只要不符合電堆10反應(yīng)所需氫氣的壓力，便產(chǎn)生警報(bào)，以避免不符合要求的氫氣進(jìn)入電堆10；以及

第一水氣分離器8，其用于分離出即將進(jìn)入電堆10內(nèi)的氫氣中含有的水，分離出的水經(jīng)排污管道13排出，以避免電堆10內(nèi)積累過多的液態(tài)水。其中，第二電磁閥11設(shè)于第一壓力傳感器6與壓力調(diào)節(jié)部之間。

繼續(xù)結(jié)合圖1，濕熱交換器15與電堆10的空氣入口和高溫廢氣出口間均通過排水管道34連通，并同時(shí)與排污管道13連通，排污管道13上設(shè)有第一壓力開關(guān)2。第一支管道32的另一端與連通空氣入口的連接管道連通。主管道31上設(shè)有循環(huán)泵14，泄壓管道還包括第二支管道33，該第二支管道33的一端通過第一電磁閥4與主管道31的一端連通，另一端與電堆10的廢料出口連通。第二支管道33上設(shè)有第二水氣分離器9，以用于分離自電堆10的廢料出口流出的氫氣和液態(tài)水，第一水氣分離器8和第二水氣分離器9分別通過排水管道34與排污管道13連通。即，氫氣中的液態(tài)水和反應(yīng)生成的液態(tài)水均自排水管道34排至排污管道13中進(jìn)而排出。本實(shí)施例中的兩條排水管道34上均設(shè)有閥門12，具體應(yīng)用時(shí)可將兩個(gè)閥門12間歇性開啟以通過排水管道34排出積水。

當(dāng)電堆10運(yùn)行時(shí)，第一電磁閥4切換至第二支管道33的一端和主管道31的一端導(dǎo)通的狀態(tài)。由于需要定時(shí)排出電堆10內(nèi)由反應(yīng)生成的液態(tài)水，但液態(tài)水在排出的過程中會(huì)連帶部分氫氣一同排出，為避免氫氣的浪費(fèi)，經(jīng)第二水氣分離器9分離出的氫氣經(jīng)循環(huán)泵14再次進(jìn)入電堆10參與反應(yīng)，分離出的液態(tài)水通過排水管道34進(jìn)入排污管道13中。優(yōu)選地，本實(shí)施例中的經(jīng)第二水氣分離器9分離出的氫氣再經(jīng)過第一水氣分離器8后進(jìn)入電堆10，以避免氫氣中還夾帶液態(tài)水。當(dāng)電堆10關(guān)閉時(shí)，第一電磁閥4切換至第一支管道32的一端與主管道31的一端導(dǎo)通的狀態(tài)，以用于為電堆10泄壓。

繼續(xù)結(jié)合圖1，空氣管道3位于其入口與濕熱交換器15間的部分沿空氣的流動(dòng)方向依次設(shè)有：空氣過濾器18、空氣流量計(jì)17以及空氣泵16。其中，空氣過濾器18是用于排除空氣中的雜質(zhì)，如PM10等；空氣泵16用于向濕熱交換器15中泵入空氣，并對(duì)空氣進(jìn)行增壓；空氣流量計(jì)17是用于探測(cè)空氣的流量及流速，當(dāng)空氣的流量及流速不符合電堆10內(nèi)放電反應(yīng)的需求時(shí)，可通過空氣泵16實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)空氣流量及流速的效果。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的氫氧燃料電池的冷卻系統(tǒng)包括：

第一循環(huán)管道，其裝設(shè)有換熱器24，第一循環(huán)管道的兩端分別與電堆10的低溫水入口和高溫水出口相連通，以用于接收自電堆10流出的高溫的冷卻水并在其降溫后再次輸送至電堆10中；以及

第二循環(huán)管道，其與換熱器24相連通，以用于為換熱器24提供冷媒，也就是用于輔助換熱器24對(duì)第一循環(huán)管道內(nèi)的高溫冷卻水進(jìn)行降溫。

具體地，繼續(xù)結(jié)合圖1，本實(shí)施例中的第一循環(huán)管道上設(shè)有：

補(bǔ)水箱20，其用于向第一循環(huán)管道中補(bǔ)水；

兩個(gè)第一溫度傳感器19，其分別用于感測(cè)進(jìn)入電堆10及自電堆10流出的冷卻水的溫度；該兩個(gè)第一溫度傳感器19分別對(duì)應(yīng)裝設(shè)在管道鄰近電堆10的高溫水出口和低溫水入口處；

去離子器21，其用于濾除自電堆10流出的高溫水中的雜質(zhì)離子；

第一水泵22，其用于將降溫后的冷卻水泵入電堆10中；

第二壓力開關(guān)23，其用于檢測(cè)第一循環(huán)管道中的冷卻水的壓力，例如當(dāng)?shù)谝谎h(huán)管道被堵住時(shí)，第二壓力開關(guān)23通過檢測(cè)管道中的壓力的異常而發(fā)出警報(bào)，通知用戶關(guān)閉氫氧燃料電池，避免發(fā)生危險(xiǎn)；以及

溢流閥30，其用于對(duì)第一循環(huán)管道排流泄壓。

第二循環(huán)管道上還設(shè)有：

注水口25，其與外部水源相連用于向第二循環(huán)管道內(nèi)注水，該注水口上設(shè)有開關(guān)閥；

排水口26，其用于排出第二循環(huán)管道中的冷卻水，該排水口26上同樣設(shè)有開關(guān)閥。當(dāng)氫氧燃料電池正常工作時(shí)，該兩個(gè)開關(guān)閥均處于關(guān)閉狀態(tài)；

第二溫度傳感器29，其用于檢測(cè)第二循環(huán)管道中的水的溫度，當(dāng)該管道內(nèi)的水的溫度過高時(shí)，上述兩個(gè)開關(guān)閥均打開，以排出第二循環(huán)管道內(nèi)的部分高溫水，同時(shí)向管道內(nèi)注入低溫水，以降低管道內(nèi)的水的溫度，滿足換熱器24中的換熱需要；

散熱器27，其用于對(duì)第二循環(huán)管道中的水降溫，使管道內(nèi)的水能夠循環(huán)使用，節(jié)約水源；以及

第二水泵28，其用于將降溫后的水泵入換熱器24中。

本實(shí)施例中，換熱器24位于第一循環(huán)管道中第二壓力開關(guān)23與鄰近電堆10的低溫水入口處的第一溫度傳感器19之間，同時(shí)位于第二循環(huán)管道中的第二溫度傳感器29與第二水泵28之間，注水口25位于換熱器24與第二溫度傳感器29之間，排水口26位于第二水泵28與換熱器24間。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。