[發明專利]一種燃料電池氫氣供應系統及控制方法

在審

• 申請號: 202210560790.3
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114744260A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 方川;李飛強;張國強
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0606
• 分類號: H01M8/0606;H01M8/0662;H01M8/04082
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 姚星

本發明提供了一種燃料電池氫氣供應系統及控制方法。本發明的氫氣供應系統利用氨氣裂解生成氫氣，從而無需儲存液氫，只需要儲存液氨就可以提供燃料電池反應所需的氫氣，并且本發明提供的氫氣供應系統能夠有效脫除氨氣裂解產物中痕量的氨氣并將其回收利用，持續向燃料電池電堆供應高品質的陽極氣體，不會對電堆的性能和壽命產生影響。通過本發明提供的燃料電池的氫氣供應系統及控制方法，燃料電池的氫氣儲存和運輸過程中條件苛刻、成本高昂的問題得到有效解決，燃料電池的應用前景得以進一步拓寬。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池氫氣供應系統及控制方法。

背景技術

在氫燃料電池系統中，外圍輔助系統為燃料電池電堆陰極提供空氣，為燃料電池電堆陽極提供氫氣，燃料電池電堆利用氫氣和空氣（氧氣）的反應并產生電能，反應產物是水，因此是一種高效、零排放、低噪音的能源利用方式，非常適合應用于新能源汽車領域。

然而，影響氫燃料電池應用推廣的難點之一在于氫的儲存和運輸問題，在現有技術中，氫氣儲存需要以20~70MPa的高壓氣態的形式儲存，或者將溫度降低到-253℃以下液化以液氫的形式儲存。無論是加壓到高壓還是降溫到液化，都需要消耗大量的能量，而且對儲氫容器的要求也很高。高壓氣態氫需要使用高強度材料例如包含碳纖維的儲氫瓶，而液氫氣瓶則對保溫結構設計或材料的隔熱性能提出了很高的要求，這無疑大大增加了燃料電池的成本，并且因為直接儲存氫氣，氫燃料電池也容易被消費者認為存在一定的安全隱患。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種燃料電池氫氣供應系統及控制方法，能夠有效解決燃料電池的氫氣存儲問題，拓寬了燃料電池的應用前景。

在本發明的第一個方面，本發明公開了一種燃料電池氫氣供應系統，所述氫氣供應系統包括液氨儲罐、氫氣供應管路和氨氣回收管路。

其中，所述液氨儲罐用于儲存液態氨氣；所述氫氣供應管路用于將液氨轉化為氫氣并供給至燃料電池電堆的陽極氣體入口；所述氫氣供應管路上設置有裂解反應器和氨氣吸附塔；所述裂解反應器具有裂解腔和催化燃燒腔，其中所述裂解腔用于提供氨裂解反應所需的場所，所述催化燃燒腔用于提供氨裂解反應所需的熱量；所述氨氣吸附塔用于從氨裂解反應的產物氣體中吸附殘留的氨氣；所述氨氣回收管路與氨氣吸附塔相連，用于將氨氣吸附塔吸附的氨氣回收利用。

基于本發明提出的上述技術方案，本發明實質上通過儲存液氨避免直接儲存氫氣，并且通過氨的裂解反應生成氫氣為燃料電池電堆陽極提供原料氣，從而克服了氫氣存儲過程中產生的各種問題。由于氨氣的裂解反應可能難以充分進行，本發明進一步在氫氣供應管路上設置了氨氣吸附塔對氨裂解反應的產物氣體中殘留的痕量氨氣進行吸附，從而確保向燃料電池電堆的陽極氣體入口供應的高品質的原料氣體，避免影響燃料電池電堆的性能和壽命。

進一步的，為提供氨裂解反應器所需的熱量，所述裂解反應器的催化燃燒腔與所述燃料電池電堆的陽極尾氣出口連通，并被配置為利用陽極尾氣中殘余的氫氣與空氣反應從而為氨裂解反應提供熱量。

進一步的，所述氨氣回收管路將氨氣吸附塔吸附的氨氣循環至所述裂解反應器繼續參與氨裂解反應；所述氨氣回收管路上設置有循環驅動裝置，所述循環驅動裝置包括循環泵或引射器。

進一步的，所述氨氣吸附塔包括第一氨氣吸附塔和第二氨氣吸附塔；其中：

所述第一氨氣吸附塔具有第一氨氣吸附腔和第一換熱腔；所述第一氨氣吸附腔具有第一氣體入口和第一氣體出口，用于從氨裂解反應的產物氣體中吸附殘留的氨氣；所述第一換熱腔具有第一換熱介質入口和第一換熱介質出口，用于在通入換熱介質時使第一氨氣吸附腔吸附的氨氣脫附；

所述第一氨氣吸附塔被配置為在第二氨氣吸附塔進行吸附操作時執行脫附操作，并將第一氨氣吸附腔中脫附的氨氣輸送到氨氣回收管路中；