[发明专利]一种一体式可逆燃料电池系统

权利要求书

1.一体式可逆燃料电池系统，该系统包括单体双功能燃料电池制氢发电电堆，氢气循环模块，氧气循环模块和水循环模块，所述单体双功能燃料电池制氢发电电堆简称燃料电池电堆，所述的燃料电池电堆包括多个依次叠加的单电池以及氢气进出口、氧气进出口和冷却流体进出口，所述的单电池包括导电板和膜电极，所述的氢气循环模块连接燃料电池电堆的氢气进出口，所述的氧气循环模块连接燃料电池电堆的氧气进出口，所述的水循环模块连接燃料电池电堆的冷却流体进出口，其特征在于，所述的系统正向过程使用氢氧气体进行发电，反向过程进行电解水制氢；

正向发电时，氢气循环模块和氧气循环模块分别为燃料电池电堆提供氢气和氧气，并通过水循环模块为燃料电池电堆提供冷却水，通过导电板将所得电能输出；其中，一体式可逆燃料电池电堆(3)出口出来的未反应气体移除电堆中产生的液态水，这些气流经过氢气气水分离装置(4)和氧气气水分离装置(6)，分离出的水被排放到低压水箱(5)，排水电磁阀选择开关(204)在发电过程中闭合，同时气体经由氢气环流风机(10)和氧气环流风机(14)周期性地或连续性地再循环到一体式可逆燃料电池电堆气体入口，

反向电解水制氢时，水循环模块为燃料电池电堆提供电解水原料，通过导电板外接电源，将电能引入燃料电池电堆电解水，制得的氢气和氧气分别通过氢气循环模块和氧气循环模块储存，其中，电解反应水从多功能容器水箱部分(202)出发依次经过循环水泵(13)以及电解水控制阀(12)供应到一体式可逆燃料电池电堆(3)的氧气入口，以供水进行电解反应产生氢气和氧气；氢气和少量水从燃料电池电堆H₂出口端离开，而未反应的水和氧气从一体式可逆燃料电池电堆(3)的O₂出口端离开，液态水在氢气气水分离装置(4)中与H₂气体分离，并通过第二排水阀(35)排出到低压水箱(5)；O₂和未反应的水流进入多功能容器分离部分(201)，在这里气流与水分离；来自电堆水出口的冷却水流也进入多功能容器分离部分(201)；两种水流在重力下通过稳定水位保护缓冲器(206)周围的小间隙下落到多功能容器水箱部分(202)；

其中，同一个循环水泵给两种操作模式分别提供热交换器(7)换热后的冷却水或加热后的电解反应水，热交换器(7)用于发电操作模式冷却或电解操作模式加热。

2.根据权利要求1所述的一体式可逆燃料电池系统，其特征在于，

所述氢气循环模块和氧气循环模块分别设有低压氢气储存容器(29)和低压氧气储存容器(30)，低压氢气储存容器(29)的入口通过H2脉宽调制控制阀(27)连至氢气气水分离装置后的氢气循环管道，出口通过氢气转移压缩机(31)连至燃料电池电堆氢气入口；低压氧气储存容器(30)的入口通过O2脉宽调制控制阀(28)连接氧气气水分离装置后的氧气循环管道，出口通过氧气传送压缩机连接燃料电池电堆氧气入口；氧气循环管道和氢气循环管道上还设有第一单向阀(33)和第二单向阀(34)，可以使得电解循环开始时的系统平衡压力增加到气体存储实际压力水平。

3.根据权利要求2所述的一体式可逆燃料电池系统，其特征在于，所述的氢气循环模块包括氢气气水分离装置、氢气储气装置和氢气循环管道，所述的氢气储气装置通过氢气循环管道依次连接燃料电池电堆和氢气气水分离装置，再返回连接至氢气储气装置，构成回路；其中氢气气水分离装置还通过一分支管道连接至燃料电池电堆氢气入口。

4.根据权利要求3所述的一体式可逆燃料电池系统，其特征在于，

正向发电时，氢气由氢气储气装置通过循环管道输送至燃料电池电堆氢气入口，进入燃料电池电堆，氢气在燃料电池电堆参与发电后，剩余氢气与水蒸气一起经燃料电池电堆氢气出口送至氢气气水分离装置，分离出的氢气返回燃料电池电堆的氢气入口，循环利用；

反向电解水制氢时，由导电板引入电能，将燃料电池电堆中的水电解，产生的氢气经燃料电池电堆氢气出口送出，通过氢气循环管道送至氢气气水分离装置，氢气气水分离装置分离出的氢气输送至氢气储气装置储存；

所述的氢气循环模块具备供氢和收集氢两项功能。