一种燃料电池系统的制作方法

本技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池系统。

背景技术：

1、近年来，随着化石燃料不断消耗，能源问题和环境问题越来越制约经济发展。燃料电池是一种可以把在燃料和氧化气中储存的化学能直接转化成电能的电化学装置。自20世纪40年代起，发展至今已有四代燃料电池，第一代燃料电池为碱性燃料电池(afc)和磷酸燃料电池(pafc)，第二代燃料电池为熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)，第三代燃料电池为固体氧化物燃料电池(sofc)，第四代燃料电池为质子交换膜燃料电池(pemfc)和直接甲醇燃料电池。其中，固体氧化物燃料电池作为新型高效的清洁能源，为可持续发展提供了潜力巨大的优化方案。

2、为了提高系统的整体燃料利用率，现有的固体氧化物燃料电池(sofc)会将从电堆阳极排出的燃气输入到另一电堆中进行再利用，以提高燃气的利用率，但是，从电堆阳极排出的燃气往往含有大量的水蒸气，再利用时会影响燃料电池的发电效率。

3、因此，十分有必要提供一种具有除水功能的燃料电池系统，在提高燃气利用率的同时提高系统的发电效率。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种燃料电池系统，在该系统中第一电堆组和第二电堆组可以分别进行电流拉载，从第一电堆组排出的燃气中水蒸气含量高，在第一电堆组和第二电堆组之间设置控水装置，使所排燃气通入控水装置中除水，从而显著降低了通入第二电堆组的燃气含水量，从而在提高燃气利用率的同时，显著提高了燃料电池系统的发电效率。

2、为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

3、一种燃料电池系统，包括第一电堆组、第二电堆组及控水装置，所述第一电堆组的阳极进气通道连接有第一阳极进气管，所述第一电堆组的阳极出气通道与控水装置的进口连接，所述控水装置的出口与第二电堆组的阳极进气通道连接，所述第二电堆组的阳极出气通道连接有第二阳极出气管。

4、在本实用新型中，第一电堆组和第二电堆组可以分别进行电流拉载，通过第一阳极进气管向第一电堆组通入燃气，燃气在第一电堆组中反应后，多余的燃气从第一电堆组的阳极出气通道排出，所排燃气的水蒸气含量高；本实用新型通过在第一电堆组和第二电堆组之间设置控水装置，使所排燃气通入控水装置中除水，从而显著降低了通入第二电堆组的燃气含水量，从而在提高燃气利用率的同时，显著提高了燃料电池系统的发电效率。

5、作为本实用新型的优选实施方式，所述控水装置包括控水器。

6、所述控水器的出水口连接有第一回收管。所述第一回收管用于与燃料电池系统的供气装置连接，从而使排出的水在燃料电池系统实现循环利用，显著提高了水的利用效果。

7、作为本实用新型的优选实施方式，所述控水装置包括控水器和第一换热器，所述第一电堆组的阳极出气通道与所述第一换热器的第一介质进口连接，所述第一换热器的第一介质出口通过管道与所述控水器的进气口连接，所述控水器的出气口通过管道与所述第一换热器的第二介质进口连接，所述第一换热器的第二介质出口与所述第二电堆组的阳极进气通道连接。

8、由于燃料电池系统中电堆组的工作温度较高，从第一电堆组的阳极出气通道排出的燃气气流具有较高的温度，所排高温气流流入第一换热器中换热降温后，流入控水器中除水降温，从控水器排出的气流回到第一换热器中换热升温，从而实现了燃气气流的自体换热。因此，本实用新型通过所述第一换热器和控水器，可以充分利用所排燃气的热能，提高燃料电池系统的燃气利用率和发电效率。

9、进一步的，所述控水装置还包括第二换热器，所述第二换热器设置于所述第一换热器与所述控水器之间的管道上，所述第一换热器的第一介质出口通过管道与所述第二换热器的第一介质进口连接，所述第二换热器的第一介质出口通过管道与所述控水器的进气口连接，所述控水器的出水口通过管道与所述第二换热器的第二介质进口连接。

10、从第一电堆组的阳极出气通道排出的燃气气流通入第一换热器中换热降温后，流入第二换热器中进一步降温，之后流入控水器中除水，除水后的燃气气流的温度较低，流入第一换热器中升温后进入第二电堆组。本实用新型通过第一换热器和第二换热器充分利用的所排燃气气流的热能，除水后无需外部供热，在降低成本的同时提高了燃料电池系统的燃气利用率和发电效率。

11、进一步的，所述控水器内设置有温控器，所述温控器用于调节所述控水器内的温度。

12、进一步的，所述温控器为电阻加热器、感应加热器、电弧加热器、介质换热器中的任意一种。

13、在本实用新型中，所述控水器具有水箱，所述控水器的进气口设置于所述水箱上，所述水箱内设置有进气管，所述进气管的一端与进气口连接，所述进气管的另一端伸入所述水箱的下部水中；所述控水器的出气口设置于所述水箱的上部，所述控水器的出水口设置于所述水箱的底部。

14、本实用新型通过温控器将所述控水器内的温度控制在44～64℃。当进入控水器的燃气中含水量较高，调低所述控水器的温度，可以实现良好的除水效果，经研究发现将控水器内的温度控制在44～64℃时，可以有效降低进入第二电堆组的燃气的含水量，本实用新型通过调控控水器内的温度来实现对第二电堆组的燃料进气中含水量的调控。

15、进一步的，所述温控器为介质换热器，所述控水器内设置有介质换热器，通入所述介质换热器的介质包括水、蒸气、油、乙二醇中的任意一种。在本实用新型中，通入所述介质换热器的介质优选为水，所述介质换热器的介质出口通过管道与所述第二换热器的第二介质进口连接。

16、作为本实用新型的优选实施方式，所述第一电堆组的壳体在阴极侧设置有阴极进气管或者进气口，所述第一电堆组的壳体在阴极侧设置阴极出气管或阴极出气口；所述第二电堆组的壳体在阴极侧设置有阴极进气管或者阴极进气口，所述第二电堆组的壳体在阴极侧设置阴极出气管或阴极出气口。

17、本实用新型将氧化气(如空气、氧气等)以并联的方式输入各电堆组，可以减少第一电堆组和第二电堆组之间的内部温差，既可以维持燃料电池系统热平衡，有能有效延缓燃料电池系统的老化。

18、更进一步的，所述控水器、第一换热器及第二换热器集成安装于壳体内。

19、作为本实用新型的优选实施方式，所述第一电堆组中电堆的数量不少于一个，所述第二电堆组中电堆的数量不少于一个。

20、进一步的，所述第一电堆组的电堆数量与所述第二电堆组的电堆数量的比为(1～7)：1。若满足上述条件，燃料电池系统的鲁棒性能较好，可以使燃料电池系统维持在最佳的热管理模式；若所述第一电堆组的电堆数量与所述第二电堆组的电堆数量的比大于7：1，会导致第二电堆组的温度过高，导致第二电堆组中阳极进气通道和阳极出气通道之间的温差大，影响第二电堆组的电堆寿命和发电性能；若所述第一电堆组的电堆数量与所述第二电堆组的电堆数量的比小于1：1，会导致进入第二电堆组阳极的燃气气流以及进入系统中循环利用的水均无法达到适宜的温度，还需进一步加热处理，进而导致燃料电池系统的效率降低。

21、进一步的，所述第一电堆组中电堆的数量不少于两个，各电堆中的氧化气(如空气、氧气等)以并联的方式输入各电堆；所述第二电堆组中电堆的数量不少于两个，各电堆中的氧化气(如空气、氧气等)以并联的方式输入各电堆。

22、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

23、在本实用新型提供的燃料电池系统中第一电堆组和第二电堆组可以分别进行电流拉载，从第一电堆组排出的燃气中水蒸气含量高，本实用新型在第一电堆组和第二电堆组之间设置控水装置，使所排燃气通入控水装置中除水，从而显著降低了通入第二电堆组的燃气含水量，从而在提高燃气利用率的同时，显著提高了燃料电池系统的发电效率。