[实用新型]一种燃料电池氢气回收系统

说明书

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池氢气回收系统。

背景技术

燃料电池作为一种新型的环保发电产品，具有无噪声、无污染、体积小、寿命长、能量转换率高、便于维护和成本低等优点，非常适合在一些非常规场合所用，如野外、户外或安静的写字楼等。

电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(MembraneElectrodeAssembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜和膜两面夹两张多孔性的可导电的材料(如碳纸)组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀、细小且分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。

燃料电池处于运行状态放电时，一般都伴随着大量产物水生成。生成的产物水可以在燃料电池的阴极区出现，也可以在燃料电池的阳极区出现。为了保证燃料电池的正常运行与性能不下降，往往需要用锅炉的燃料氢气和氧化剂空气将燃料电池内部生成的水带出，即燃料电池必须需要燃料氢气和氧化剂空气在大于1的计量比的状态下运行，这样过量的燃料氢气与过量的空气部分会携带燃料电池内部的水直接排放到电池外部。

虽然采用过量的空气携带燃料电池内部生成的水一同直接排放到燃料电池外部，是既安全又可行的；但是采用过量的燃料氢气携带燃料电池阳极区的水一同排放到燃料电池外部是不可行的，因为这样做往往会浪费掉宝贵的燃料氢气，而且氢气直接往外排放是很危险的。为了既可以将燃料氢气充分利用，又能将燃料电池内部生成的水带出，一般采用一种氢气循环泵，这种氢气循环泵设置在燃料电池氢气排出口与循环回燃料电池氢气入口之间。

专利CN101162781A提供了一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，包括燃料电池堆，氢气供给部分、氢气回流部分，还包括氢气吹扫部分，氢气吹扫部分由装有吹扫气体的高压吹扫气瓶、与吹扫气瓶连接的吹扫气体控制电磁阀、与吹扫气体控制电磁阀连通的减压阀、以及连接在吹扫气瓶上的单向阀组成。但是，这种系统中采用的氢气循环泵需要消耗很大的功率，降低了整个燃料电池发电系统的发电效率。而且这种氢气循环泵往往占据了整个燃料电池发电系统中很大的体积空间，并增加了重量并且噪声也较大，不适合应用于紧凑的系统中，且不适合批量生产。同时，现有的燃料电池体系中其吹扫排水效果也不理想，需要持续运行状态下排出生产的水，效率低下。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的氢气循环泵能耗大、系统吹扫排水效果差且排水需要持续运行以及系统结构复杂且不适于紧凑的系统中等问题，本实用新型提供了一种燃料电池氢气回收系统。本实用新型利用了燃料电池氢气进口管路与氢气出口管路之间的压力差来进行吹扫排水，降低了系统对氢气循环泵的要求；同时利用各电磁阀之间的配合可以使燃料电池的氢气回收系统进行间歇操作。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池氢气回收系统，所述系统包括燃料电池、氢气进口阀、氢气出口阀、氢气循环泵、截止阀、容器、排水电磁阀、氢气入口管道和氢气出口管道；氢气入口管道与燃料电池的氢气入口相连，氢气出口管道与燃料电池的氢气出口相连，氢气进口阀置于氢气入口管道上，氢气出口阀置于氢气出口管道上，氢气出口阀的出口同时与氢气循环泵的入口和容器的上口相连，氢气循环泵的出口与截止阀的入口相连，截止阀的出口与氢气进口阀和燃料电池之间的氢气入口管道相连，排水电磁阀置于容器的排水管道上。

以上所述的燃料电池氢气回收系统其运行方式如下：

燃料电池在开始工作时，打开置于氢气入口管道上的氢气进口阀，通入氢气；此时，氢气出口阀、截止阀和排水电磁阀均处于关闭状态。当燃料电池运行一定时间后，需要将氢气管道内会积累的水排出，此时，打开氢气出口阀，利用氢气进口管路与氢气出口管路之间的压力差将积累的水吹扫到容器中，然后关闭氢气出口阀；再打开氢气循环泵和截止阀，将容器中的氢气回收，与从氢气入口管道通入的氢气混合，再进入燃料电池中进行循环利用；然后再进行上述吹扫排水和氢气循环的操作。