[实用新型]燃料电池系统供氢装置

说明书

本实用新型提供一种燃料电池系统供氢装置，其通过在氢气循环泵所在的循环通路内设置单向阀，使气体只能通过所述循环通路从排气管路流向进气管路，避免了在氢气循环泵不能工作时(如氢气循环泵发生故障、损坏或当外界环境温度低于冰点，发生转子结冰现象时)发生的气体从进气管路通过循环通路直接流向排气管路的倒流现象，减少了氢气的浪费，提高了氢气的利用率及电堆的化学反应质量。同时，由于单向阀的设置，可以通过关闭氢气循环泵，利用安装在电堆的氢气入口处的氢气压力传感器，通过对其检测压力的波动判断，实现对电磁阀的故障诊断。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池系统设计领域，尤其涉及一种燃料电池系统供氢装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种能把存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置.只要在阳极侧和阴极侧不断的供给燃料(一般为氢气)和氧化剂(一般为空气)，它就可以通过氧化还原反应，不断地对外输出电能。与一般的充电电池(例如锂电池)不同的是，单纯的一个燃料电池或燃料电池电堆单元是不能工作的，它需要一套复杂的辅助系统与其配合，构成一个燃料电池发电系统才能对外发电。一个典型的燃料电池发电系统，在除了燃料电池电堆外，一般还包括氢气供应子系统、空气供应子系统、水热管理子系统以及电管理和控制子系统等，主要辅助系统部件包括空气压缩机、增湿器、冷却水泵、氢气循环泵等。

供氢装置，即氢气供应子系统是燃料电池发电系统的一个重要子系统之一，为燃料电池发电提供具有一定压力和流量的所需氢气，如图1所示。供氢装置一般通过储氢设备2’和一系列的减压装置，将氢气输送进入电堆1’参与反应，氢气压力由装在电堆入口处的氢气压力传感器9’进行实时测量。为了提高氢气利用率和电堆运行安全性，反应剩余氢气一般不直接排入大气，而是通过使用一个氢气循环泵6’，将氢气回路上未反应的氢气从燃料电池电堆1’阳极侧出口直接泵回阳极侧入口，与入口处新鲜注入的反应气汇合后进入燃料电池重新参加反应。燃料电池在正常使用过程中，电堆1’阴极侧反应空气中的氮气和反应后的生成水，由于浓度差异，会通过质子交换膜不断的向阳极侧扩散，导致阳极侧氢气的有效浓度不断的降低，影响反应速率和电堆性能。在系统设计中，一般会在电堆1’阳极侧出口管路上增设一个电磁阀8’。该电磁阀8’根据系统控制设计需求，会周期性的开启与关闭，将氢气回路中的部分氢气、氮气和水周期性的向大气排放，防止氮气和水在氢气回路中的不断积聚。

氢气循环泵6’在使用过程中，一般会与系统同时开启与关闭。氢气循环泵在使用过程中，难免发生故障甚至损坏，导致其无法正常开启。同时，当外界环境温度低于冰点时，系统关闭时，附着在循环泵转子上的冷凝液态水凝结成冰，氢气循环泵6’在系统再次开启过程中，转子由于冰的存在，无法转动，氢气循环泵6’在燃料电池发电系统冷启动期间不能正常工作，直至附着在转子上的固态冰融化。在氢气循环泵6’无法正常工作期间，氢气循环泵6’处于导通状态，输送至电堆1’入口处的部分氢气，将不经过燃料电池电堆，而直接通过氢气循环泵6’和电磁阀8’，排入大气，产生氢气倒流现象。一方面这将使大量氢气未参与化学反应而浪费，降低氢气利用率；另一方面这使进入电堆1’阳极侧的氢气流量和压力下降，甚至产生欠气现象，使电堆性能下降，严重时将导致电堆寿命的衰减。

实用新型内容

本实用新型提供一种燃料电池系统供氢装置，以解决氢气循环泵不能正常工作时而发生的氢气倒流现象。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃料电池系统供氢装置，其包括储氢设备、进气管路、氢气压力传感器、排气管路、循环通路和氢气循环泵，所述进气管路和所述排气管路的一端均与所述燃料电池系统中的电堆相通，所述进气管路的另一端接入所述储氢设备，所述氢气压力传感器设置于所述电堆入口处的进气管路中，所述循环通路的两端分别接入所述进气管路和所述排气管路中，所述氢气循环泵设置于所述循环通路中，所述循环通路中还设有单向阀，所述单向阀用于阻止气体通过所述循环通路从所述进气管路流向所述排气管路。

进一步的，所述储氢设备为储氢瓶。