[發明專利]帶有變壓吸附制氧裝置的質子交換膜燃料電池發電系統

在審

• 申請號: 202210427108.3
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114665132A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 王世學;錢志廣;岳利可;王金山;梅書雪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M8/0606
• 分類號: H01M8/0606;H01M8/0662;H01M8/04082;H01M8/04746
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種帶有變壓吸附制氧裝置的質子交換膜燃料電池發電系統，該系統包括燃料電池系統和閥控系統；所述燃料電池系統包括消音器(1)、過濾器(2)、空壓機(3)、進氣管路、質子交換膜燃料電池電堆(7)和高壓燃料氣瓶(11)；所述進氣管路上按照進氣方向依次設有進氣流量計(4)、流量調節閥VF1、截止閥VJ1和減壓閥VP1；所述質子交換膜燃料電池電堆(7)的陰極側的進口設有陰極加濕器(6)和陰極氣體加熱器(5)；所述質子交換膜燃料電池電堆(7)的陽極側的進口設有陽極加濕器(8)和陽極氣體加熱器(9)；所述高壓燃料氣瓶(11)的出口處設有減壓閥VP2；

其特征在于：

所述進氣管路并聯有變壓吸附制氧裝置；所述燃料電池系統與所述變壓吸附制氧裝置之間連接有尾氣回收利用系統；所述尾氣回收利用系統用于所述質子交換膜燃料電池電堆(7)陽極尾氣回收利用和陰極尾氣的回收利用。

2.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池發電系統，其特征在于，所述變壓吸附制氧裝置包括由管路連接的穩壓罐(12)、冷卻器(13)、兩個吸附塔和儲氧罐(17)，變壓吸附工藝采用兩塔工藝交替進行吸附和解吸以實現對氧氣的提純。

3.根據權利要求2所述的質子交換膜燃料電池發電系統，其特征在于，所述穩壓罐(12)的進口通過進氣支路與所述進氣管路上位于所述進氣流量計(4)和流量調節閥VF1之間的管段貫通；所述進氣支路上自所述進氣管路至所述穩壓罐(12)的進口依次設有流量調節閥VF2和截止閥VJ2；

所述的兩個吸附塔分別記為吸附塔a(14)和吸附塔b(15)；

所述吸附塔a(14)的塔頂口和所述吸附塔b(15)的塔頂口之間并聯有A和B兩路，所述A路上設有單通電磁閥V1和單通電磁閥V2，所述單通電磁閥V1和單通電磁閥V2之間設有三通接頭A，所述冷卻器(13)的出口連接至所述三通接頭A；所述B路上設有單通電磁閥V3和單通電磁閥V4，所述單通電磁閥V3和單通電磁閥V4之間設有與所述尾氣回收利用系統相連的三通接頭B；

所述吸附塔a(14)的塔底口和所述吸附塔b(15)的塔底口之間并聯有C、D、E三路，其中：所述C路上設有單通電磁閥V5；所述D路上設有單通電磁閥V8和單通電磁閥V9，所述單通電磁閥V8和單通電磁閥V9之間設有三通接頭D，該三通接頭D通過氧氣管連接至所述儲氧罐(17)的進口，所述氧氣管上設有氧氣濃度傳感器(16)和三通電磁閥V10；所述儲氧罐(17)的出口通過氧氣回路與所述進氣管路上位于所述截止閥VJ1和減壓閥VP1之間的管段貫通；所述氧氣回路上、自所述儲氧罐(17)的出口至所述進氣管路依次設有回氣流量計(18)、流量調節閥VF3和截止閥VJ3；所述E路上設有單通電磁閥V6和單通電磁閥V7，單通電磁閥V6和單通電磁閥V7之間設有與所述尾氣回收利用系統相連的三通接頭E。

4.根據權利要求3所述的質子交換膜燃料電池發電系統，其特征在于，所述尾氣回收利用系統包括陰極尾氣回收裝置和陽極尾氣回收裝置；

所述陰極尾氣回收裝置包括換熱器HE1、氣液分離器(19)和氣泵(20)；所述換熱器HE1設置在所述減壓閥VP1與所述陰極氣體加熱器(5)之間的管段上，所述換熱器HE1的換熱出口與所述氣液分離器(19)的進口相連，所述氣液分離器(19)的出液口分為兩路后分別連接至所述陰極加濕器(6)和陽極加濕器(8)，所述氣液分離器(19)的出氣口通過所述氣泵(20)后連接至所述三通接頭E，所述氣液分離器(19)的出氣口與所述氣泵(20)的進口之間設有三通電磁閥V11；

所述陽極尾氣回收裝置包括燃燒室(10)和換熱器HE2；所述換熱器HE2設置在所述減壓閥VP2與陽極氣體加熱器(9)之間的管段上，所述燃燒室(10)分別與所述質子交換膜燃料電池電堆(7)和所述換熱器HE2相連接。

5.根據權利要求4所述的質子交換膜燃料電池發電系統，其特征在于，所述三通電磁閥V10和所述三通電磁閥V11均分別連接至大氣環境。

6.根據權利要求4所述的質子交換膜燃料電池發電系統，其特征在于，所有的截止閥、流量調節閥、減壓閥、單通電磁閥和三通電磁閥構成了所述的閥控系統。