[發(fā)明專利]一種燃料電池中壓氫氣穩(wěn)態(tài)循環(huán)利用的系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010817532.X
• 申請(qǐng)日: 2020-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN111933972A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫士琦;袁飛;陳濤;曹立權(quán);侯向理
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江高成綠能科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04082
• 分類號(hào): H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04119;H01M8/0438;H01M8/04492;H01M8/04746;H01M8/04828;H01M8/0662
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 楊學(xué)強(qiáng)

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種燃料電池中壓氫氣穩(wěn)態(tài)循環(huán)利用的系統(tǒng)，包括依次通過管道連接的減壓閥、比例閥、進(jìn)氫閥、燃料電池和水汽分離器；所述水汽分離器設(shè)有出氣口和出液口，所述出氣口與所述進(jìn)氫閥的入口通過回用管路相連，并且所述回用管路上依次設(shè)有緩沖罐和循環(huán)泵；所述出液口與排水管路連通，并且所述排水管路上依次設(shè)有儲(chǔ)水罐和排水閥；所述緩沖罐還與設(shè)有輔助閥的排氫管路連通。本發(fā)明氫氣利用率高，循環(huán)泵功耗低；回用氫氣濕度可控，純度高；氫氣回用管路穩(wěn)定性好，能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣的長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)供應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池中壓氫氣穩(wěn)態(tài)循環(huán)利用的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，具有能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、質(zhì)量輕、體積小等特點(diǎn)，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型動(dòng)力源。氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給燃料電池的陽(yáng)極和陰極，氫氣通入陽(yáng)極流道，在催化劑的作用下解離為質(zhì)子和電子，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達(dá)電池的陰極，電子則經(jīng)過集流板收集，對(duì)外電路做功；氧氣通過氣體擴(kuò)散層到達(dá)陰極催化側(cè)表面，在催化劑的作用下，氧氣與通過質(zhì)子交換膜的質(zhì)子、外電路電子結(jié)合生成水，放出大量熱。

氫燃料電池在工作時(shí)通過儲(chǔ)氫系統(tǒng)提供氫氣，儲(chǔ)氫系統(tǒng)的氫氣一般為20-30Mpa的中壓氫氣，需要減壓至1bar左右才能輸送給燃料電池使用，減壓后的氫氣進(jìn)入燃料電池和陽(yáng)極氧氣發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)伴隨著大量產(chǎn)物水生成，為保證燃料電池的正常運(yùn)行，往往需要用過量的氫氣和氧氣將燃料電池內(nèi)部生成的水帶出，而氫氣的價(jià)格昂貴且易燃，直接排放即浪費(fèi)資源又存在安全隱患。

現(xiàn)有技術(shù)通常是在燃料電池氫氣排出口與氫氣入口之間設(shè)置氫氣循環(huán)泵將氫氣回用，雖然可以有效提高氫氣利用率，但是循環(huán)泵的工作負(fù)荷高，消耗功率大，使用壽命短，而且回用氫氣量會(huì)隨著燃料電池功率的變化發(fā)生變化，對(duì)于循環(huán)泵的響應(yīng)調(diào)節(jié)速度具有很高的要求，一旦出現(xiàn)滯后，容易導(dǎo)致安全隱患；更重要的是，回用的氫氣具有濕度，而濕度大小難以控制，過大時(shí)容易發(fā)生管路積水甚至水淹現(xiàn)象。

中國(guó)實(shí)用新型專利CN209981380公開了一種適用于氫燃料電池的循環(huán)氫氣除水系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氫燃料電池、氫氣瓶和循環(huán)氫氣除水管路，所述循環(huán)氫氣除水管路上設(shè)置有多級(jí)減壓組件、氫氣進(jìn)氣水汽分離器、氫氣出氣水汽分離器和循環(huán)泵，多級(jí)減壓組件對(duì)氫氣瓶中的氫氣進(jìn)行減壓，氫燃料電池排出的未反應(yīng)完的循環(huán)氫氣經(jīng)氫氣出氣水汽分離器分離一次水汽后，再經(jīng)過循環(huán)泵將循環(huán)氫氣匯 合到氫氣進(jìn)氣水汽分離器的氫氣進(jìn)氣管路中，循環(huán)氫氣經(jīng)氫氣進(jìn)氣水汽分離器分離二次水汽后再次進(jìn)入氫燃料電池。該實(shí)用新型在對(duì)氫循環(huán)使用的過程中，二次分離循環(huán)氫氣中的水汽，避免了管路積水，但是回用氫氣濕度過小，無(wú)法起到潤(rùn)濕質(zhì)子交換膜改善燃料電池運(yùn)行性能的作用，實(shí)際生產(chǎn)中往往需要另設(shè)加濕裝置，增加成本；而且該系統(tǒng)也無(wú)法解決循環(huán)泵工作負(fù)荷高，使用壽命短的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種燃料電池中壓氫氣穩(wěn)態(tài)循環(huán)利用的系統(tǒng)，氫氣利用率高，循環(huán)泵功耗低，回用氫氣濕度可控，能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣的長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)供應(yīng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種燃料電池中壓氫氣穩(wěn)態(tài)循環(huán)利用的系統(tǒng)，包括依次通過管道連接的減壓閥、比例閥、進(jìn)氫閥、燃料電池和水汽分離器；所述水汽分離器設(shè)有出氣口和出液口，所述出氣口與所述進(jìn)氫閥的入口通過回用管路相連，并且所述回用管路上依次設(shè)有緩沖罐和循環(huán)泵；所述出液口與排水管路連通，并且所述排水管路上依次設(shè)有儲(chǔ)水罐和排水閥；所述緩沖罐還與設(shè)有輔助閥的排氫管路連通。

優(yōu)選的，所述燃料電池后端還設(shè)有與所述水汽分離器所在管路并聯(lián)的尾排管路，所述尾排管路上設(shè)置有備用閥。

優(yōu)選的，所述排水管路和排氫管路的末端接至所述尾排管路，且接至備用閥的后端，以匯集各管路的排出氣液，便于集中處理。

優(yōu)選的，所述進(jìn)氫閥、輔助閥、排水閥和備用閥均為電磁閥。