[發(fā)明專利]一種一體式可逆燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611257931.5
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106784960B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高勇;亞努士·布拉什奇克;陳煥光
• 申請（專利權(quán)）人: 上海恒勁動力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/2465
• 分類號: H01M8/2465;H01M8/22;H01M8/0656;H01M8/0662;H01M8/04089;H01M8/04082;H01M8/04029
• 代理公司: 11129 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 何志欣

1.一體式可逆燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括單體雙功能燃料電池制氫發(fā)電電堆，氫氣循環(huán)模塊，氧氣循環(huán)模塊和水循環(huán)模塊，所述單體雙功能燃料電池制氫發(fā)電電堆簡稱燃料電池電堆，所述的燃料電池電堆包括多個依次疊加的單電池以及氫氣進(jìn)出口、氧氣進(jìn)出口和冷卻流體進(jìn)出口，所述的單電池包括導(dǎo)電板和膜電極，所述的氫氣循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的氫氣進(jìn)出口，所述的氧氣循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的氧氣進(jìn)出口，所述的水循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的冷卻流體進(jìn)出口，其特征在于，所述的系統(tǒng)正向過程使用氫氧氣體進(jìn)行發(fā)電，反向過程進(jìn)行電解水制氫；

正向發(fā)電時，氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊分別為燃料電池電堆提供氫氣和氧氣，并通過水循環(huán)模塊為燃料電池電堆提供冷卻水，通過導(dǎo)電板將所得電能輸出；其中，一體式可逆燃料電池電堆(3)出口出來的未反應(yīng)氣體移除電堆中產(chǎn)生的液態(tài)水，這些氣流經(jīng)過氫氣氣水分離裝置(4)和氧氣氣水分離裝置(6)，分離出的水被排放到低壓水箱(5)，排水電磁閥選擇開關(guān)(204)在發(fā)電過程中閉合，同時氣體經(jīng)由氫氣環(huán)流風(fēng)機(jī)(10)和氧氣環(huán)流風(fēng)機(jī)(14)周期性地或連續(xù)性地再循環(huán)到一體式可逆燃料電池電堆氣體入口，

反向電解水制氫時，水循環(huán)模塊為燃料電池電堆提供電解水原料，通過導(dǎo)電板外接電源，將電能引入燃料電池電堆電解水，制得的氫氣和氧氣分別通過氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊儲存，其中，電解反應(yīng)水從多功能容器水箱部分(202)出發(fā)依次經(jīng)過循環(huán)水泵(13)以及電解水控制閥(12)供應(yīng)到一體式可逆燃料電池電堆(3)的氧氣入口，以供水進(jìn)行電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和氧氣；氫氣和少量水從燃料電池電堆H₂出口端離開，而未反應(yīng)的水和氧氣從一體式可逆燃料電池電堆(3)的O₂出口端離開，液態(tài)水在氫氣氣水分離裝置(4)中與H₂氣體分離，并通過第二排水閥(35)排出到低壓水箱(5)；O₂和未反應(yīng)的水流進(jìn)入多功能容器分離部分(201)，在這里氣流與水分離；來自電堆水出口的冷卻水流也進(jìn)入多功能容器分離部分(201)；兩種水流在重力下通過穩(wěn)定水位保護(hù)緩沖器(206)周圍的小間隙下落到多功能容器水箱部分(202)；

其中，同一個循環(huán)水泵給兩種操作模式分別提供熱交換器(7)換熱后的冷卻水或加熱后的電解反應(yīng)水，熱交換器(7)用于發(fā)電操作模式冷卻或電解操作模式加熱。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，

所述氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊分別設(shè)有低壓氫氣儲存容器(29)和低壓氧氣儲存容器(30)，低壓氫氣儲存容器(29)的入口通過H2脈寬調(diào)制控制閥(27)連至氫氣氣水分離裝置后的氫氣循環(huán)管道，出口通過氫氣轉(zhuǎn)移壓縮機(jī)(31)連至燃料電池電堆氫氣入口；低壓氧氣儲存容器(30)的入口通過O2脈寬調(diào)制控制閥(28)連接氧氣氣水分離裝置后的氧氣循環(huán)管道，出口通過氧氣傳送壓縮機(jī)連接燃料電池電堆氧氣入口；氧氣循環(huán)管道和氫氣循環(huán)管道上還設(shè)有第一單向閥(33)和第二單向閥(34)，可以使得電解循環(huán)開始時的系統(tǒng)平衡壓力增加到氣體存儲實際壓力水平。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述的氫氣循環(huán)模塊包括氫氣氣水分離裝置、氫氣儲氣裝置和氫氣循環(huán)管道，所述的氫氣儲氣裝置通過氫氣循環(huán)管道依次連接燃料電池電堆和氫氣氣水分離裝置，再返回連接至氫氣儲氣裝置，構(gòu)成回路；其中氫氣氣水分離裝置還通過一分支管道連接至燃料電池電堆氫氣入口。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式可逆燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，

正向發(fā)電時，氫氣由氫氣儲氣裝置通過循環(huán)管道輸送至燃料電池電堆氫氣入口，進(jìn)入燃料電池電堆，氫氣在燃料電池電堆參與發(fā)電后，剩余氫氣與水蒸氣一起經(jīng)燃料電池電堆氫氣出口送至氫氣氣水分離裝置，分離出的氫氣返回燃料電池電堆的氫氣入口，循環(huán)利用；

反向電解水制氫時，由導(dǎo)電板引入電能，將燃料電池電堆中的水電解，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)燃料電池電堆氫氣出口送出，通過氫氣循環(huán)管道送至氫氣氣水分離裝置，氫氣氣水分離裝置分離出的氫氣輸送至氫氣儲氣裝置儲存；

所述的氫氣循環(huán)模塊具備供氫和收集氫兩項功能。