CN110828857A - 一种能提高氢气利用率的氢燃料电池与发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种能提高氢气利用率的氢燃料电池与发动机，包括氢气供气系统、空气供气系统及多个电堆组件，所述氢气供气系统用于向所述电堆组件供氢气，所述空气供气系统用于向所述电堆组件供空气，前一所述电堆组件流出的氢气能够通过所述氢气供气系统流入后一所述电堆组件中。该氢燃料电池中使前一电堆组件中流出的氢气流入后一电堆组件继续反应，从而提高了氢气的循环利用率。该发动机的电池中氢气循环利用率较高。

Description

一种能提高氢气利用率的氢燃料电池与发动机

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种能提高氢气利用率的氢燃料电池与发动机。

背景技术

与传统电池相比，氢燃料电池依托外部燃料供给，其工作特性更接近于内燃机引擎。而与内燃机相比，氢燃料电池的能量转化效率可达到60％以上，为内燃机的2至3倍。并且氢燃料电池使用氢气作为燃料，其反应产物为水，不会产生含碳氮的氧化物等污染性气体。因此，氢燃料电池技术在汽车动力系统中得到了越来越广泛的应用。氢燃料电池中通常会设置多个电堆组件，以增大电池的输出功率，其通过供气系统对多个电堆组件供氢气。但是，在目前的供气系统下，通常是将氢气平均分配至各个电堆组件内，使得气体循环利用率较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能提高氢气利用率的氢燃料电池与发动机，该氢燃料电池中使前一电堆组件中流出的氢气流入后一电堆组件继续反应，从而提高了氢气的循环利用率。该发动机的电池中氢气循环利用率较高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种能提高氢气利用率的氢燃料电池，包括氢气供气系统、空气供气系统及多个电堆组件，所述氢气供气系统用于向所述电堆组件供氢气，所述空气供气系统用于向所述电堆组件供空气，前一所述电堆组件流出的氢气能够通过所述氢气供气系统流入后一所述电堆组件中。

作为上述技术方案的改进，包括第一电堆组件与第二电堆组件，所述空气供气系统包括第一空气供气系统与第二空气供气系统，所述第一电堆组件的输出功率大于所述第二电堆组件的输出功率，氢气能够通过所述氢气供气系统依次流经所述第一电堆组件与所述第二电堆组件，空气能够通过所述第一空气供气系统流入所述第一电堆组件，空气能够通过所述第二空气供气系统流入所述第二电堆组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氢气供气系统包括氢气循环部，所述氢气循环部包括第一氢气管、第二氢气管、第三氢气管、第四氢气管、第五氢气管、第一三通阀、第二三通阀、第一单向阀、第二单向阀及氢气回流装置；

所述第一氢气管的两端分别与所述氢气循环部的始端、所述第一电堆组件的入口相连，所述第二氢气管的两端分别与所述第一电堆组件的出口、所述第二电堆组件的入口相连，所述第三氢气管的两端分别与所述第一氢气管、所述第二氢气管相连，所述第四氢气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述氢气循环部的末端相连，所述第五氢气管的两端分别与所述第二氢气管、所述第四氢气管相连；

所述氢气回流装置设于所述氢气循环部的始端与所述氢气循环部的末端之间，从所述氢气循环部的末端流出的氢气能够通过所述氢气回流装置流入所述氢气循环部的始端；

所述第一三通阀位于所述第一氢气管与所述第三氢气管的连接处，所述第二三通阀位于所述第二氢气管与所述第五氢气管的连接处；

所述第一单向阀位于所述第三氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二三通阀之间，所述第二单向阀位于所述第二电堆组件的出口与所述氢气循环部的末端之间。

作为上述技术方案的进一步改进，包括第一电堆组件、第二电堆组件及第三电堆组件，所述空气供气系统包括第一空气供气系统与第二空气供气系统，所述第一电堆组件、所述第二电堆组件及所述第三电堆组件的输出功率依次减小，氢气能够通过所述氢气供气系统依次流经所述第一电堆组件、所述第二电堆组件及所述第三电堆组件，空气能够通过所述第一空气供气系统流入所述第一电堆组件，空气能够通过所述第二空气供气系统依次流经所述第二电堆组件与所述第三电堆组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氢气供气系统包括氢气循环部，所述氢气循环部包括第一氢气管、第二氢气管、第三氢气管、第四氢气管、第五氢气管、第六氢气管、第七氢气管、第八氢气管、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一关断阀、第二关断阀、第三关断阀及氢气回流装置；

所述第一氢气管的两端分别与所述氢气循环部的始端、所述第一电堆组件的入口相连，所述第二氢气管的两端分别与所述第一电堆组件的出口、所述第二电堆组件的入口相连，所述第三氢气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述第三电堆组件的入口相连，所述第四氢气管的两端分别与所述第三氢气管、所述第一氢气管相连，所述第五氢气管的两端分别与所述第四氢气管、所述第二氢气管相连，所述第六氢气管的两端分别与所述第三电堆组件的出口、所述氢气循环部的末端相连，所述第七氢气管的两端分别与所述第二氢气管、所述第六氢气管相连，所述第八氢气管的两端分别与所述第三氢气管、所述第六氢气管相连；

所述氢气回流装置设于所述氢气循环部的始端与所述氢气循环部的末端之间，从所述氢气循环部的末端流出的氢气能够通过所述氢气回流装置流入所述氢气循环部的始端；

所述第一三通阀位于所述第四氢气管与所述第一氢气管的连接处，所述第二三通阀位于所述第二氢气管与所述第七氢气管的连接处，所述第三三通阀位于所述第三氢气管与所述第八氢气管的连接处；

所述第一单向阀位于所述第五氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二三通阀之间，所述第二单向阀位于所述第四氢气管、所述第三氢气管的连接处与所述第三三通阀之间，所述第三单向阀位于所述第三电堆组件的出口与所述氢气循环部的末端之间；

所述第一关断阀位于所述第五氢气管上，所述第二关断阀位于所述第四氢气管、所述第五氢气管的连接处与所述第四氢气管、所述第三氢气管的连接处之间，所述第三关断阀位于所述第五氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二电堆组件的入口之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二空气供气系统包括空气循环部，所述空气循环部包括第一空气管、第二空气管、第三空气管、第四空气管、第五空气管、第四三通阀、第五三通阀、第四单向阀、第五单向阀及加湿装置；

所述第一空气管的两端分别与所述空气循环部的始端、所述第二电堆组件的入口相连，所述第二空气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述第三电堆组件的入口相连，所述第三空气管的两端分别与所述第一空气管、所述第二空气管相连，所述第四空气管的两端分别与所述第三电堆组件的出口、所述空气循环部的末端相连，所述第五空气管的两端分别与所述第二空气管、所述第四空气管相连；

所述加湿装置位于所述空气循环部的始端与所述空气循环部的末端之间，从所述空气循环部的末端流出的空气能够通过所述加湿装置流入所述空气循环部的始端；

所述第四三通阀位于所述第一空气管与所述第三空气管的连接处，所述第五三通阀位于所述第二空气管与所述第五空气管的连接处；

所述第四单向阀位于所述第三空气管、所述第二空气管的连接处与所述第五三通阀之间，所述第五单向阀位于所述第三电堆组件的出口与所述空气循环部的末端之间。

作为上述技术方案的进一步改进，包括第一电堆组件与第二电堆组件，所述第一电堆组件的输出功率大于所述第二电堆组件的输出功率，从所述第一电堆组件流出的氢气能够通过所述氢气供气系统流入所述第二电堆组件，从所述第一电堆组件流出的空气能够通过所述空气供气系统流入所述第二电堆组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电堆组件包括氢气分配管、空气分配管及若干个输出功率相等的电堆，进入所述电堆组件的氢气通过所述氢气分配管平均分配流入若干个所述电堆，进入所述电堆组件的空气通过所述空气分配管平均分配流入若干个所述电堆。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电堆组件的入口处设有传感器。

还提供了一种发动机，包括上述的能提高氢气利用率的氢燃料电池。

本发明的有益效果是：该氢燃料电池中使前一电堆组件中流出的氢气流入后一电堆组件继续反应，从而提高了氢气的循环利用率。该发动机的电池中氢气循环利用率较高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明第一实施例中氢气供气系统的原理示意图；

图2是本发明第一实施例中氢气供气系统中氢气循环部的原理示意图；

图3是本发明第一实施例中氢气供气系统的结构示意图；

图4是本发明第一实施例中第一空气供气系统与第一冷却系统的原理示意图；

图5是本发明第一实施例中第一空气供气系统的结构示意图；

图6是本发明第一实施例中第一冷却系统的结构示意图；

图7是本发明第二实施例中氢气供气系统的原理示意图；

图8是本发明第二实施例中氢气供气系统中氢气循环部的原理示意图；

图9是本发明第二实施例中氢气供气系统的结构示意图；

图10是本发明第二实施例中第二空气供气系统与第二冷却系统的原理示意图；

图11是本发明第二实施例中第二空气供气系统中空气循环部的原理示意图；

图12是本发明第二实施例中第二空气供气系统的结构示意图；

图13是本发明第二实施例中第二冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明的较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，从而能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。当某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接在另一个特征上。

在本发明的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个或者多个，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

此外，除非另有定义，本发明所使用的技术术语和科学术语均与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。

第一实施例

参照图1至图6，对本实施例中的氢燃料电池进行如下说明。本实施例中的氢燃料电池包括第一电堆组件1a、第二电堆组件2a、氢气供气系统3a、第一空气供气系统4a、第一冷却系统5a、第二空气供气系统及第二冷却系统。第一电堆组件1a的输出功率大于第二电堆组件2a的输出功率。氢气供气系统3a用于向第一电堆组件1a与第二电堆组件2a供氢气。第一空气供气系统4a用于向第一电堆组件1a供空气，第一冷却系统5a用于冷却第一电堆组件1a及第一空气供气系统4a中的散热器。由于第二空气供气系统与第一空气供气系统4a的结构相同，第二冷却系统与第一冷却系统5a的结构相同，故对于第二空气供气系统与第二冷却系统不做过多赘述，第二空气供气系统参照第一空气供气系统4a的结构，第二冷却系统参照第一冷却系统5a的结构即可。

如图1至图3所示，氢气供气系统3a包括氢气循环部30a、氢气罐31a、减压装置32a、总开关33a、调压阀34a、安全阀35a、排气管36a、排气阀37a、排水管38a、排水阀39a、氢气吹扫管310a、氢气吹扫阀311a及氢气进气管312a。氢气罐31a中的氢气通过氢气进气管312a流入氢气循环部30a。减压装置32a、总开关33a及调压阀33a依次设置于氢气进气管312a上。减压装置32a对氢气罐31a提供的氢气进行减压，使其满足压力要求。减压装置32a可选用比例调节阀，当然，其他能够进行压力调节的装置亦可。总开关33a可以控制氢气进气管312a的通断。若压力过大，可将安全阀35a打开，排出一定量的氢气，以满足压力要求。安全阀35a可使用普通的机械式安全阀，或者，其他的安全泄压装置亦可。满足压力要求的氢气从氢气循环部30a的始端3001a进入氢气循环部30a中，并流入电堆组件。

氢气循环部30a包括第一氢气管301a、第二氢气管302a、第三氢气管303a、第四氢气管304a、第五氢气管305a、第一三通阀306a、第二三通阀307a、第一单向阀308a、第二单向阀309a、第一传感器3010a、第二传感器3011a、氢气回流管3012a及氢气回流装置3013a。

第一氢气管301a的两端分别与氢气循环部30a的始端3001a、第一电堆组件1a的入口相连，第二氢气管302a的两端分别与第一电堆组件1a的出口、第二电堆组件2a的入口相连，第三氢气管303a的两端分别与第一氢气管301a、第二氢气管302a相连，第四氢气管304a的两端分别与第二电堆组件2a的出口、氢气循环部30a的末端3002a相连，第五氢气管305a的两端分别与第二氢气管302a、第四氢气管304a相连。

第一三通阀306a位于第一氢气管301a与第三氢气管303的连接处，第二三通阀307a位于第二氢气管302a与第五氢气管305a的连接处。第一单向阀308a位于第三氢气管303a、第二氢气管302a的连接处与第二三通阀307a之间，第二单向阀309a位于第二电堆组件2a的出口与氢气循环部30a的末端3002a之间。

第一氢气管301a上靠近第一电堆组件1a的入口处设有第一传感器3010a，第二氢气管302a上靠近第二电堆组件2a的入口处设有第二传感器3011a。上述传感器均包括压力传感器、温度传感器及湿度传感器等，用于对通入电堆组件的氢气的压力、温度及湿度进行实时监控。

氢气回流装置3013a位于氢气循环部30a的始端3001a与氢气循环部30a的末端3002a之间的氢气回流管3012a上。从氢气循环部30a的末端3002a流出的氢气能够通过氢气回流装置3013a到达氢气循环部30a的始端3001a。

氢气循环部30a还包括气液分离器3014a，气液分离器3014a位于氢气循环部30a的末端3002a与氢气回流装置3013a之间的氢气回流管3012a上。电堆组件中剩余的氢气流至氢气循环部30a的末端3002a后进入气液分离器3014a中。由于氢燃料电池的反应产物为水，故反应结束后排出的氢气中会带有水，通过气液分离器3014a后能够将水与氢气分离。分离后，干燥的氢气通过氢气回流管3012a流入氢气回流装置3013a，再次到达氢气循环部30a的始端3001a。氢气回流装置3013a为氢气循环泵，当然，其他的能够实现类似功能的装置亦可。排水管38a与气液分离器3014a连接，分离出的水可通过排水管38a排出。排水阀39a设置于排水管38a上，其用于控制排水管38a的通断，排水阀39a可以选用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门。排气管36a与氢气回流管3012a连接，用于使氢气回流管3012a内的氢气排出。排气阀37a设置于排气管36a上，用于控制排气管路的通断，排气阀37a可选用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门。氢气吹扫管310a连接于氢气循环部30a的始端处，在氢气吹扫管310a上设有氢气吹扫阀311a，打开氢气吹扫阀311a，并向氢气吹扫管310a中通入吹扫气体，使吹扫气体通过三个电堆组件，以使得电堆组件中残留的氢气排出。

通过调节三通阀及单向阀的开闭状态，可以使氢气在不同的管路内流动，以实现不同的供气方式。能够对第一电堆组件1a与第二电堆组件2a中的任意一个供氢气，或者对二者依次供氢气。对二者依次供氢气时，需保证从第一电堆组件1a流入第二电堆组件2a的氢气的量不少于第二电堆组件2a反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第一电堆组件1a中的氢气的量不少于第一电堆组件1a与第二电堆组件2a所需的氢气的量之和。

若要对第一电堆组件1a与第二电堆组件2a依次供氢气。则使第一三通阀306a朝第一电堆组件1a的通道打开，第二三通阀307a朝第二电堆组件2a的通道打开。到达氢气循环部30a的始端3001a的氢气通过第一三通阀306a后进入第一电堆组件1a进行反应。多余的氢气从第一电堆组件1a的出口排出，在经过第二三通阀307a后进入第二电堆组件2a。第二电堆组件2a中剩余的氢气从第二电堆组件2a的出口排出，并通过第四氢气管304a回流进入气液分离器3014a。经过气液分离后，干燥的氢气通过氢气回流管3012a回流至氢气循环部30a的始端3001a。这部分回流的氢气与氢气罐31a中输送来的新的氢气一起再次进入氢气循环部30a。

由于第一电堆组件1a的输出功率大于第二电堆组件2a，因此，第一电堆组件1a反应所需的氢气的量大于第二电堆组件2a。向第一电堆组件1a中通入过量的氢气，第一电堆组件1a中剩余的氢气会流入第二电堆组件2a中，第二电堆组件2a中剩余的氢气会回流至氢气循环部30a的始端3001a，从而使氢气的循环利用率较高，最终流出的剩余氢气的总量较少，使用较小规格的氢气回流装置3013a即可满足回流要求。因此，在现有氢气回流装置3013a规格受限的情况下，适当增加电堆组件的数量，也不会导致回流的氢气量过大而没有合适的氢气回流装置得以匹配。因此，可以在不改变氢气回流装置规格和流入氢气循环部始端的氢气总量的前提下适当增加电堆组件的数量，以提高电池的输出功率。

除此之外，若对输出功率无过高要求，还可以对第一电堆组件1a或第二电堆组件2a单独供氢气。若要对第一电堆组件1a单独供氢气，则使第一三通阀306a朝第一电堆组件1a的通道打开，第二三通阀307a朝第五氢气管305a的通道打开。到达氢气循环部30a的氢气经过第一三通阀306a后进入第一电堆组件1a中，多余的氢气从第一电堆组件1a排出，回流到氢气循环部30a的始端3001a。由于有第二单向阀309a的存在，从第五氢气管305a到达第四氢气管304a的氢气不会朝右侧流入第二电堆组件2a中。

若要对第二电堆组件2a单独供氢气，则使第一三通阀306a朝第三氢气管303的通道打开，第二三通阀307a朝第五氢气管305a的通道关闭。由于有第一单向阀308a的存在，从第三氢气管303a到达第二氢气管302a的氢气不会朝左侧流入第一电堆组件1a中。

如图4至图5所示，第一空气供气系统4a包括空气进气管40a、空气过滤装置41a、空气压缩装置42a、热交换器43a、加湿装置44a、第三传感器45a、加湿装置进气管46a、加湿装置排气管47a及加湿装置排气阀48a。空气通过空气进气管40a进入第一电堆组件1a中。空气过滤装置41a、空气压缩装置42a、热交换器43a、加湿装置44a及第三传感器45a依次设于空气进气管40a上。空气过滤装置41a用于对入口处的空气进行过滤，使其满足电堆用气要求。空气压缩装置42a可选用空气压缩机，其能够对空气进行压缩，以使其压力与流量等满足要求。热交换器43a可以选用各种类型的气液热交换器，其用于对从空气压缩装置42a排出的空气进行降温。加湿装置44a可以选用各种类型的空气加湿器，其用于对进入第一电堆组件1a的空气增加湿度。过量空气进入第一电堆组件1a，其中的部分氧气参与反应，剩余的氧气与其他气体从第一电堆组件1a排出，经加湿装置进气管46a进入加湿装置44a，与从热交换器43a输送来的新的空气一起再次进入第一电堆组件1a参与反应，以提高空气循环利用率。并且，由于氢燃料电池的反应产物为水，故反应结束后排出的空气中会带有水，可通过这些水对从热交换器43a进入加湿装置44a的空气进一步加湿。第三传感器45a包括压力传感器、温度传感器及湿度传感器等，用于对通入第一电堆组件1a的空气的压力、温度及湿度进行实时监控。若压力过高，则可打开加湿装置排气阀48a，使加湿装置44a中的空气通过加湿装置排气管47a排出一部分，以满足压力要求。

如图4与图6所示，第一冷却系统5a包括冷却液泵50a、电堆组件进液管51a、热交换器进液管52a、去离子器53a、热交换器排液管54a、电堆组件排液管55a、冷却液管三通阀56a、散热器57a、冷却液加热管58a及加热器59a。冷却液泵50a将冷却液中的一部分通过电堆组件进液管51a送入第一电堆组件1a中，对第一电堆组件1a进行冷却。另一部分通过热交换器进液管52a流入热交换器43a，对热交换器43a进行冷却。在热交换器进液管52a上设有去离子器53a，其用于吸附冷却液中的各种离子。一般的，冷却液选用水，冷却液泵选用水泵即可。冷却液在第一电堆组件1a中流动一圈进行降温后通过电堆组件排液管55a排出。冷却液在热交换器43a中流动一圈后通过热交换器排液管54a汇入电堆组件排液管55a。散热器57a设于电堆组件排液管55a上，其能够对温度升高的冷却液进行降温。温度恢复正常的冷却液将再次流入冷却液泵50a，并重复上述过程。此外，还设有冷却液加热管58a，在冷却液加热管58a上设有加热器59a，冷却液加热管58a与电堆组件排液管55a的连接处设有冷却液管三通阀56a。若需要使燃料电池能够在低温条件下使用，可将冷却液管三通阀56a朝向冷却液加热管58a的通道打开，利用加热器59a将冷却液加热至预设温度，避免在过低温度下冷却液被冻住而无法实现冷却功能。若无需低温启动，则可将加热器59a及其所在管路去掉。

上述的电堆组件可以是单个电堆，也可以由多个输出功率相等的电堆串联而成。若是由多个电堆组合而成，则每个电堆组件还包括氢气分配管、空气分配管、冷却液分配管、氢气汇集管、空气汇集管及冷却液汇集管。流入电堆组件的氢气通过氢气分配管平均分配流入各个电堆中，流入电堆组件的空气通过空气分配管平均分配流入各个电堆中，流入电堆组件的冷却液通过冷却液分配管平均分配流入各个电堆中。从各个电堆中流出的氢气通过氢气汇集管汇集后一起流出电堆组件，从各个电堆中流出的空气通过空气汇集管汇集后一起流出电堆组件，从各个电堆中流出的冷却液通过冷却液汇集管汇集后一起流出电堆组件。

上述的各三通阀可选用普通的电控三通阀，还可以用两个阀门组合实现三通阀的功能，这种简单替换也应在本发明保护范围内。上述的各单向阀可选用逆止阀，或者，其他的能够实现单向导通的阀门亦可。

本实施例中的电堆组件的数量为2组，但不限于此，2组以上亦可。

本实施例中还提供了一种发动机，该发动机包括上述的氢燃料电池。

第二实施例

本实施例是第一实施例的替代实施例，参照图7至图13，对本实施例中的氢燃料电池进行如下说明。本实施例中的氢燃料电池包括氢燃料电池包括第一电堆组件1b、第二电堆组件2b、第三电堆组件3b、氢气供气系统4b、第一空气供气系统、第一冷却系统、第二空气供气系统5b及第二冷却系统6b。第一电堆组件1b的输出功率大于第二电堆组件2b的输出功率，第二电堆组件2b的输出功率大于第三电堆组件3b的输出功率。氢气供气系统4b用于向第一电堆组件1b、第二电堆组件2b及第三电堆组件3b供氢气。第二空气供气系统5b用于向第二电堆组件2b与第三电堆组件3b供空气，第二冷却系统6b用于冷却第二电堆组件2b、第三电堆组件3b及第二空气供气系统5b中的散热器。第一空气供气系统用于向第一电堆组件1b供空气，第一冷却系统用于冷却第一电堆组件1b及第一空气供气系统中的散热器。第一空气供气系统与第一实施例中的第一空气供气系统4a结构相同，第一冷却系统与第一实施例中的第一冷却系统5a的结构相同，故本实施例中对第一空气供气系统与第一冷却系统不做过多赘述，直接参照第一实施例即可。

如图7至图9所示，氢气供气系统4b包括氢气循环部40b、氢气罐41b、减压装置42b、总开关43b、调压阀44b、安全阀45b、排气管46b、排气阀47b、排水管48b、排水阀49b、氢气吹扫管410b、氢气吹扫阀411b及氢气进气管412b。氢气罐41b中的氢气通过氢气进气管412b流入氢气循环部40b。减压装置42b、总开关43b及调压阀44b依次设置于氢气进气管412b上。减压装置42b对氢气罐41b提供的氢气进行减压，使其满足压力要求。减压装置42b可选用比例调节阀，当然，其他能够进行压力调节的装置亦可。总开关43b可以控制氢气进气管412b的通断。若压力过大，可将安全阀45b打开，排出一定量的氢气，以满足压力要求。安全阀45b可使用普通的机械式安全阀，或者，其他的安全泄压装置亦可。满足压力要求的氢气从氢气循环部40b的始端4001b进入氢气循环部40b中，并流入电堆组件。

氢气循环部40b包括第一氢气管401b、第二氢气管402b、第三氢气管403b、第四氢气管404b、第五氢气管405b、第六氢气管406b、第七氢气管407b、第八氢气管408b、第一三通阀409b、第二三通阀4010b、第三三通阀4011b、第一单向阀4012b、第二单向阀4013b、第三单向阀4014b、第一关断阀4015b、第二关断阀4016b、第三关断阀4017b、第一传感器4018b、第二传感器4019b、第三传感器4020b、氢气回流管4021b及氢气回流装置4022b。

第一氢气管401b的两端分别与氢气循环部40b的始端4001b、第一电堆组件1b的入口相连，第二氢气管402b的两端分别与第一电堆组件1b的出口、第二电堆组件2b的入口相连，第三氢气管403b的两端分别与第二电堆组件2b的出口、第三电堆组件3b的入口相连。第四氢气管404b的两端分别与第三氢气管403b、第一氢气管401b相连，第五氢气管405b的两端分别与第四氢气管404b、第二氢气管402b相连。第六氢气管406b的两端分别与第三电堆组件3b的出口、氢气循环部40b的末端4002b相连，第七氢气管407b的两端分别与第二氢气管402b、第六氢气管406b相连，第八氢气管408b的两端分别与第三氢气管403b、第六氢气管406b相连。

第一三通阀409b位于第四氢气管404b与第一氢气管401b的连接处，第二三通阀4010b位于第二氢气管402b与第七氢气管407b的连接处，第三三通阀4011b位于第三氢气管403b与第八氢气管408b的连接处。第一单向阀4012b位于第五氢气管405b、第二氢气管402b的连接处与第二三通阀4010b之间，第二单向阀4013b位于第四氢气管404b、第三氢气管403b的连接处与第三三通阀4011b之间，第三单向阀4014b位于第三电堆组件3b的出口与氢气循环部40b的末端4002b之间。第一关断阀4015b位于第五氢气管405b上，第二关断阀4016b位于第四氢气管404b、第五氢气管405b的连接处与第四氢气管404b、第三氢气管403b的连接处之间，第三关断阀4017b位于第五氢气管405b、第二氢气管402b的连接处与第二电堆组件2b的入口之间。

第一氢气管401b上靠近第一电堆组件1b的入口处设有第一传感器4018b，第二氢气管402b上靠近第二电堆组件2b的入口处设有第二传感器4019b，第三氢气管403b上靠近第三电堆组件3b的入口处设有第三传感器4020b。

氢气回流装置4022b设于氢气循环部40b的始端4001b与氢气循环部40b的末端4002b之间的氢气回流管4021b上。从氢气循环部40b的末端4002b流出的氢气能够通过氢气回流装置4022b到达氢气循环部40b的始端4001b。

氢气循环部40b还包括气液分离器4023b，气液分离器4023b位于氢气循环部40b的末端4002b与氢气回流装置4022b之间的氢气回流管4021b上。电堆组件中剩余的氢气流至氢气循环部40b的末端4002b后进入气液分离器4023b中。由于氢燃料电池的反应产物为水，故反应结束后排出的氢气中会带有水，通过气液分离器4023b后能够将水与氢气分离。分离后，干燥的氢气通过氢气回流管4021b流入氢气回流装置4022b，再次到达氢气循环部40b的始端4001b。氢气回流装置4022b为氢气循环泵，当然，其他的能够实现类似功能的装置亦可。排水管48b与气液分离器4023b连接，分离出的水可通过排水管48b排出。排水阀49b设置于排水管48b上，其用于控制排水管48b的通断，排水阀49b可以选用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门。排气管46b与氢气回流管4021b连接，用于使氢气回流管4021b内的氢气排出。排气阀47b设置于排气管46b上，用于控制排气管路的通断，排气阀47b可选用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门。氢气吹扫管410b连接于氢气循环部40b的始端处，在氢气吹扫管410b上设有氢气吹扫阀411b，打开氢气吹扫阀411b，并向氢气吹扫管410b中通入吹扫气体，使吹扫气体通过三个电堆组件，以使得电堆组件中残留的氢气排出。

通过调节三通阀、单向阀及关断阀的开闭状态，可以使氢气在不同的管路内流动，以实现不同的供气方式。能够对三个电堆组件中的任意一个供氢气，或者对其中任意两个电堆组件依次供氢气，或者对三个电堆组件依次供氢气。

若要对第一电堆组件1b、第二电堆组件2b及第三电堆组件3b依次供气，则使第一三通阀409b朝第一电堆组件1b的通道打开，第二三通阀4010b朝第二电堆组件2b的通道打开，第三三通阀4011b朝第三电堆组件3b的通道打开，第一关断阀4015b第二关断阀4016b均关闭，第三关断阀4017b打开。到达氢气循环部40b的始端4001b的氢气通过第一三通阀409b后进入第一电堆组件1b中。一般会按照一定的过量系数比通入过量的氢气，第一电堆组件1b中多余的氢气从第一电堆组件1b的出口排出，在经过第二三通阀4010b与第三关断阀4017b后进入第二电堆组件2b中进行反应。第二电堆组件2b中剩余的氢气从第二电堆组件2b的出口排出，在经过第三三通阀4011b后进入第三电堆组件3b中进行反应。第三电堆组件3b中剩余的氢气从第三电堆组件3b的出口排出，通过第六氢气管406b到达氢气回流管4021b，并流入氢气回流装置4022b，通过氢气回流装置4022b再次到达氢气循环部40b的始端4001b。这部分回流的氢气与气源部输送来的新的氢气一起再次进入氢气循环部40b。此外，需保证从第一电堆组件1b流入第二电堆组件2b的氢气的量不少于第二电堆组件2b反应所需的氢气的量，且需保证从第二电堆组件2b流入第三电堆组件3b的氢气的量不少于第三电堆组件3b反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第一电堆组件1b中的氢气的量不少于第一电堆组件1b、第二电堆组件2b及第三电堆组件3b所需的氢气的量之和。

由于第一电堆组件1b的输出功率大于第二电堆组件2b，第二电堆组件2b的输出功率大于第三电堆组件3b，因此，第一电堆组件1b反应所需的氢气的量大于第二电堆组件2b，第二电堆组件2b反应所需的氢气的量大于第三电堆组件3b。向电堆组件中通入过量的氢气，上一电堆组件中剩余的氢气会流入下一电堆组件中，从而使氢气的循环利用率较高，最终流出的剩余氢气的总量较少，使用较小规格的氢气回流装置4022b即可满足回流要求。因此，在现有氢气回流装置4022b规格受限的情况下，适当增加电堆组件的数量，也不会导致回流的氢气量过大而没有合适的氢气回流装置得以匹配。因此，可以在不改变氢气回流装置规格和流入氢气循环部始端的氢气总量的前提下适当增加电堆组件的数量，以提高电池的输出功率。

此外，还可以仅向三个电堆组件中的两个依次供气。若要对第一电堆组件1b与第二电堆组件2b供气，则使第一三通阀409b朝第一电堆组件1b的通道打开，第二三通阀4010b朝第二电堆组件2b的通道打开，第三三通阀4011b朝第八氢气管408b的通道打开，第一关断阀4015b关闭，第三关断阀4017b打开。到达氢气循环部40b的始端4001b的氢气通过第一三通阀409b后进入第一电堆组件1b中进行反应。第一电堆组件1b中多余的氢气从第一电堆组件1b的出口排出，在经过第二三通阀4010b与第三关断阀4017b后进入第二电堆组件2b中。第二电堆组件2b中剩余的氢气从第二电堆组件2b的出口排出，并进入第八氢气管408b，之后到达第六氢气管406b，随后通过氢气回流装置4022b再次到达氢气循环部40b的始端4001b。由于有第三单向阀4014b的存在，从第八氢气管408b到达第六氢气管406b的氢气不会朝右侧流入第三电堆组件3b中。此外，需保证从第一电堆组件1b流入第二电堆组件2b的氢气的量不少于第二电堆组件2b反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第一电堆组件1b中的氢气的量不少于第一电堆组件1b与第二电堆组件2b所需的氢气的量之和。

若要对第一电堆组件1b与第三电堆组件3b依次供气，则使第一三通阀409b朝第一电堆组件1b的通道打开，第二三通阀4010b朝第二电堆组件2b的通道打开，第三三通阀4011b朝第八氢气管408b的通道关闭，第一关断阀4015b与第二关断阀4016b均打开，第三关断阀4017b关闭。由于有第二单向阀4013b的存在，从第四氢气管404b到达第三氢气管403b的氢气不会朝左侧流入第二电堆组件2b中。此外，需保证从第一电堆组件1b流入第三电堆组件3b的氢气的量不少于第三电堆组件3b反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第一电堆组件1b中的氢气的量不少于第一电堆组件1b及第三电堆组件3b所需的氢气的量之和。

若要对第二电堆组件2b与第三电堆组件3b依次供气，则使第一三通阀409b朝第四氢气管404b的通道打开，第二三通阀4010b朝第七氢气管407b的通道关闭，第三三通阀4011b朝第三电堆组件3b的通道打开，第一关断阀4015b与第三关断阀4017b均打开，第二关断阀4016b关闭。由于有第一单向阀4012b的存在，从第五氢气管405b到达第二氢气管402b的氢气不会朝左侧流入第一电堆组件1b中。此外，需保证从第二电堆组件2b流入第三电堆组件3b的氢气的量不少于第三电堆组件3b反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第二电堆组件2b中的氢气的量不少于第二电堆组件2b及第三电堆组件3b所需的氢气的量之和。

与前述分析类似，使氢气按输出功率从大到小的顺序依次通过两个电堆组件，可以提高氢气循环利用率，在不改变氢气回流装置规格和流入氢气循环部始端的氢气总量的前提下适当增加电堆组件的数量，从而提高燃料电池的输出功率。

若对输出功率无过高要求，还可以对上述三个电堆组件中的任意一个单独供氢气。若要对第一电堆组件1b单独供氢气，则使第一三通阀409b朝第一电堆组件1b的通道打开，并使第二三通阀4010b朝第七氢气管407b的通道打开，第三三通阀4011b朝第八氢气管408b的通道关闭。到达氢气循环部40b的始端4001b的氢气通过第一三通阀409b后进入第一电堆组件1b中进行反应。第一电堆组件1b中多余的氢气从第一电堆组件1b的出口排出，并通过第七氢气管407b到达第六氢气管406b，随后通过氢气回流装置4022b再次到达氢气循环部40b的始端4001b。由于有第三单向阀4014b的存在，从第七氢气管407b到达第六氢气管406b的氢气不会朝右侧流入第三电堆组件3b中。

若要对第二电堆组件2b单独供气，则使第一三通阀409b朝第四氢气管404b的通道打开，第二三通阀4010b朝第七氢气管407b的通道关闭，第三三通阀4011b朝第八氢气管408b的通道打开，将第一关断阀4015b与第三关断阀4017b打开，第二关断阀4016b关闭。由于有第一单向阀4012b的存在，从第五氢气管405b到达第二氢气管402b的氢气不会朝左侧流入第一电堆组件1b中。

若要对第三电堆组件3b单独供气，则使第一三通阀409b朝第四氢气管404b的通道打开，第二三通阀4010b朝向第七氢气管407b的通道关闭，第三三通阀4011b朝向第八氢气管408b的通道关闭，第一关断阀4015b关闭，第二关断阀4016b打开。由于有第二单向阀4013b的存在，从第四氢气管404b到达第三氢气管403b的氢气不会朝左侧流入第二电堆组件2b中。

如图10至图12所示，第二空气供气系统5b包括空气循环部50b、空气过滤装置51b、空气压缩装置52b、热交换器53b、加湿装置排气管54b、加湿装置排气阀55b、空气吹扫管56b、空气吹扫阀57b及空气进气管58b。空气通过空气进气管58b进入空气循环部50b，并流入电堆组件中。空气过滤装置51b、空气压缩装置52b及热交换器53b依次设于空气进气管58b上。空气过滤装置51b用于对入口处的空气进行过滤，使其满足电堆用气要求。空气压缩装置52b可选用空气压缩机，其能够对空气进行压缩，以使其压力与流量等满足要求。热交换器53b可以选用各种类型的气液热交换器，其用于对从空气过滤装置52b排出的空气进行降温。

空气循环部50b包括第一空气管501b、第二空气管502b、第三空气管503b、第四空气管504b、第五空气管505b、第四三通阀506b、第五三通阀507b、第四单向阀508b、第五单向阀509b、第四传感器5010b、第五传感器5011b及加湿装置5012b。第一空气管501b的两端分别与空气循环部50b的始端5001b、第二电堆组件2b的入口相连，第二空气管502b的两端分别与第二电堆组件2b的出口、第三电堆组件3b的入口相连，第三空气管503b的两端分别与第一空气管501b、第二空气管502b相连，第四空气管504b的两端分别与第三电堆组件3b的出口、空气循环部50b的末端5002b相连，第五空气管505b的两端分别与第二空气管502b、第四空气管504b相连。

第四三通阀506b位于第一空气管501b与第三空气管503b的连接处，第五三通阀507b位于第二空气管502b与第五空气管505b的连接处。第四单向阀508b位于第三空气管503b、第二空气管502b的连接处与第五三通阀507b之间，第五单向阀509b位于第三电堆组件3b的出口与空气循环部50b的末端5002b之间。

加湿装置5012b位于空气循环部50b的始端5001b与空气循环部50b的末端5002b之间。从空气循环部50b的末端5002b流出的空气能够通过加湿装置5012b流入空气循环部50b的始端5001b。

第一空气管501b上靠近第二电堆组件2b的入口处设有第四传感器5010b，第二空气管502b上靠近第三电堆组件3b的入口处设有第五传感器5011b。上述传感器均包括压力传感器、温度传感器及湿度传感器等，用于对通入电堆组件的空气的压力、温度及湿度进行实时监控。

通过三通阀及单向阀的控制，能够对第二电堆组件2b与第三电堆组件3b实现单独供空气，或者对二者依次供空气。对二者依次供空气时，需保证从第二电堆组件2b流入第三电堆组件3b的空气的量不少于第三电堆组件3b反应所需的空气的量。可根据各个电堆所需的空气的量进行计算，使通入第二电堆组件2b中的空气的量不少于第二电堆组件2b及第三电堆组件3b所需的空气的量之和。

若要对第二电堆组件2b与第三电堆组件3b依次供气。则使第四三通阀506b朝第二电堆组件2b的通道打开，第五三通阀507b朝第三电堆组件3b的通道打开。到达空气循环部50b的始端5001b的空气通过第四三通阀506b后进入第二电堆组件2b进行反应。多余的空气从第二电堆组件2b的出口排出，在经过第五三通阀507b后进入第三电堆组件3b。第三电堆组件3b中剩余的空气从第三电堆组件3b的出口排出，并通过第四空气管504b回流进入加湿装置5012b。这部分空气与从热交换器53b输送来的新的空气一起再次进入第二电堆组件2b参与反应。

由于第二电堆组件2b的输出功率大于第三电堆组件3b，因此，第二电堆组件2b反应所需的空气的量大于第三电堆组件3b。通入过量的空气进行反应，多余的空气会回流至空气循环部50b的始端5001b，并再次进入电堆组件进行反应。相当于进入电堆组件的空气由两部分组成，分别是回流的剩余空气与经空气压缩装置52b输送来的新的空气。由于部分空气可以回流再利用，提高了空气循环利用率，在电堆组件输出功率相同，其所需空气量相同的情况下，可以降低对空气压缩装置52b规格的要求，适当的将规格选择略小一些。而若是使用已有的空气压缩装置52b，在其规格受限的情况下，可以适当增加电堆组件的数量，增加的电堆组件所需的空气可以由回流空气来提供。因此，可以在不改变空气压缩装置52b规格和流入空气循环部始端的空气总量的前提下适当增加电堆组件的数量，从而提高燃料电池的输出功率。

除此之外，若对输出功率无过高要求，可以对第二电堆组件2b或第三电堆组件3b单独供空气。若要对第二电堆组件2b单独供空气，则使第四三通阀506b朝第二电堆组件2b的通道打开，第五三通阀507b朝第五空气管505b的通道打开。到达空气循环部50b的空气经过第四三通阀506b后进入第二电堆组件2b中，多余的空气从第二电堆组件2b排出，回流到空气循环部50b的始端5001b。由于有第五单向阀509b的存在，从第五空气管505b到达第四空气管504b的空气不会朝右侧流入第三电堆组件3b中。

若要对第三电堆组件3b单独供空气，则使第四三通阀506b朝第三空气管503b的通道打开，第五三通阀507b朝第五空气管505b的通道关闭。由于有第四单向阀508b的存在，从第三空气管503b到达第二空气管502b的空气不会朝左侧流入第二电堆组件2b中。

如图10与图13所示，第二冷却系统6b包括冷却液泵60b、第三电堆组件进液管61b、热交换器进液管62b、去离子器63b、热交换器排液管64b、二三电堆组件间冷却液管65b、第二电堆组件排液管66b、冷却液管三通阀67b、散热器68b、冷却液加热管69b及加热器610b。冷却液泵60b将冷却液中的一部分通过第三电堆组件进液管61b送入第三电堆组件3b中进行冷却。另一部分通过热交换器进液管62b流入热交换器53b进行冷却。在热交换器进液管62b上设有去离子器63b，用于吸附冷却液中的各种离子。一般的，冷却液选用水，冷却液泵选用水泵即可。冷却液在第三电堆组件3b中流动一圈后通过二三电堆组件间冷却液管65b流入第二电堆组件2b，对第二电堆组件2b进行冷却。在第二电堆组件2b中流动一圈后通过第二电堆组件排液管66b流出。冷却液在热交换器53b中流动一圈后通过热交换器排液管64b汇入第二电堆组件排液管66b。散热器68b设于第二电堆组件排液管66b上，其能够对温度升高的冷却液进行降温。温度恢复正常的冷却液将再次流入冷却液泵60b，并重复上述过程。此外，还设有冷却液加热管69b，在冷却液加热管69b上设有加热器610b，冷却液加热管69b与第二电堆组件排液管66b的连接处设有冷却液管三通阀67b。若需要使燃料电池能够在低温条件下使用，可将冷却液管三通阀67b朝向冷却液加热管69b的通道打开，利用加热器610b将冷却液加热至预设温度，避免在过低温度下冷却液被冻住而无法实现冷却功能。若无需低温启动，则可将加热器610b及其所在管路去掉。

上述的各关断阀可采用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门。

第三实施例

本实施例是第一实施例的替代实施例，本实施例中的氢燃料电池包括第一电堆组件、第二电堆组件、氢气供气系统、空气供气系统及冷却系统。氢气供气系统的结构与第一实施例相同。空气供气系统与第二实施例中的第二空气系统的结构相同，冷却系统与第二实施例中的第二冷却系统结构相同。具体结构不再赘述，参照第一实施例与第二实施例即可。

以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明并不限于所述实施例，所属领域的技术人员在不脱离本发明宗旨的前提下还可做出种种的等同变形或替换。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，包括氢气供气系统、空气供气系统及多个电堆组件，所述氢气供气系统用于向所述电堆组件供氢气，所述空气供气系统用于向所述电堆组件供空气，前一所述电堆组件流出的氢气能够通过所述氢气供气系统流入后一所述电堆组件中。

2.根据权利要求1所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，包括第一电堆组件与第二电堆组件，所述空气供气系统包括第一空气供气系统与第二空气供气系统，所述第一电堆组件的输出功率大于所述第二电堆组件的输出功率，氢气能够通过所述氢气供气系统依次流经所述第一电堆组件与所述第二电堆组件，空气能够通过所述第一空气供气系统流入所述第一电堆组件，空气能够通过所述第二空气供气系统流入所述第二电堆组件。

3.根据权利要求2所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，所述氢气供气系统包括氢气循环部，所述氢气循环部包括第一氢气管、第二氢气管、第三氢气管、第四氢气管、第五氢气管、第一三通阀、第二三通阀、第一单向阀、第二单向阀及氢气回流装置；

所述第一氢气管的两端分别与所述氢气循环部的始端、所述第一电堆组件的入口相连，所述第二氢气管的两端分别与所述第一电堆组件的出口、所述第二电堆组件的入口相连，所述第三氢气管的两端分别与所述第一氢气管、所述第二氢气管相连，所述第四氢气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述氢气循环部的末端相连，所述第五氢气管的两端分别与所述第二氢气管、所述第四氢气管相连；

所述氢气回流装置设于所述氢气循环部的始端与所述氢气循环部的末端之间，从所述氢气循环部的末端流出的氢气能够通过所述氢气回流装置流入所述氢气循环部的始端；

所述第一三通阀位于所述第一氢气管与所述第三氢气管的连接处，所述第二三通阀位于所述第二氢气管与所述第五氢气管的连接处；

所述第一单向阀位于所述第三氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二三通阀之间，所述第二单向阀位于所述第二电堆组件的出口与所述氢气循环部的末端之间。

4.根据权利要求1所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，包括第一电堆组件、第二电堆组件及第三电堆组件，所述空气供气系统包括第一空气供气系统与第二空气供气系统，所述第一电堆组件、所述第二电堆组件及所述第三电堆组件的输出功率依次减小，氢气能够通过所述氢气供气系统依次流经所述第一电堆组件、所述第二电堆组件及所述第三电堆组件，空气能够通过所述第一空气供气系统流入所述第一电堆组件，空气能够通过所述第二空气供气系统依次流经所述第二电堆组件与所述第三电堆组件。

5.根据权利要求4所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，所述氢气供气系统包括氢气循环部，所述氢气循环部包括第一氢气管、第二氢气管、第三氢气管、第四氢气管、第五氢气管、第六氢气管、第七氢气管、第八氢气管、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一关断阀、第二关断阀、第三关断阀及氢气回流装置；

所述第一氢气管的两端分别与所述氢气循环部的始端、所述第一电堆组件的入口相连，所述第二氢气管的两端分别与所述第一电堆组件的出口、所述第二电堆组件的入口相连，所述第三氢气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述第三电堆组件的入口相连，所述第四氢气管的两端分别与所述第三氢气管、所述第一氢气管相连，所述第五氢气管的两端分别与所述第四氢气管、所述第二氢气管相连，所述第六氢气管的两端分别与所述第三电堆组件的出口、所述氢气循环部的末端相连，所述第七氢气管的两端分别与所述第二氢气管、所述第六氢气管相连，所述第八氢气管的两端分别与所述第三氢气管、所述第六氢气管相连；

所述氢气回流装置设于所述氢气循环部的始端与所述氢气循环部的末端之间，从所述氢气循环部的末端流出的氢气能够通过所述氢气回流装置流入所述氢气循环部的始端；

所述第一三通阀位于所述第四氢气管与所述第一氢气管的连接处，所述第二三通阀位于所述第二氢气管与所述第七氢气管的连接处，所述第三三通阀位于所述第三氢气管与所述第八氢气管的连接处；

所述第一单向阀位于所述第五氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二三通阀之间，所述第二单向阀位于所述第四氢气管、所述第三氢气管的连接处与所述第三三通阀之间，所述第三单向阀位于所述第三电堆组件的出口与所述氢气循环部的末端之间；

所述第一关断阀位于所述第五氢气管上，所述第二关断阀位于所述第四氢气管、所述第五氢气管的连接处与所述第四氢气管、所述第三氢气管的连接处之间，所述第三关断阀位于所述第五氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二电堆组件的入口之间。

6.根据权利要求4所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，所述第二空气供气系统包括空气循环部，所述空气循环部包括第一空气管、第二空气管、第三空气管、第四空气管、第五空气管、第四三通阀、第五三通阀、第四单向阀、第五单向阀及加湿装置；

所述第一空气管的两端分别与所述空气循环部的始端、所述第二电堆组件的入口相连，所述第二空气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述第三电堆组件的入口相连，所述第三空气管的两端分别与所述第一空气管、所述第二空气管相连，所述第四空气管的两端分别与所述第三电堆组件的出口、所述空气循环部的末端相连，所述第五空气管的两端分别与所述第二空气管、所述第四空气管相连；

所述加湿装置位于所述空气循环部的始端与所述空气循环部的末端之间，从所述空气循环部的末端流出的空气能够通过所述加湿装置流入所述空气循环部的始端；

所述第四三通阀位于所述第一空气管与所述第三空气管的连接处，所述第五三通阀位于所述第二空气管与所述第五空气管的连接处；

所述第四单向阀位于所述第三空气管、所述第二空气管的连接处与所述第五三通阀之间，所述第五单向阀位于所述第三电堆组件的出口与所述空气循环部的末端之间。

7.根据权利要求1所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，包括第一电堆组件与第二电堆组件，所述第一电堆组件的输出功率大于所述第二电堆组件的输出功率，从所述第一电堆组件流出的氢气能够通过所述氢气供气系统流入所述第二电堆组件，从所述第一电堆组件流出的空气能够通过所述空气供气系统流入所述第二电堆组件。

8.根据权利要求1所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，所述电堆组件包括氢气分配管、空气分配管及若干个输出功率相等的电堆，进入所述电堆组件的氢气通过所述氢气分配管平均分配流入若干个所述电堆，进入所述电堆组件的空气通过所述空气分配管平均分配流入若干个所述电堆。

9.根据权利要求1所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池，其特征在于，所述电堆组件的入口处设有传感器。

10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的能提高氢气利用率的氢燃料电池。

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