[发明专利]一种具有尾气能量回收功能的PEM燃料电池发电装置

说明书

一种具有尾气能量回收功能的PEM燃料电池发电装置，包括燃料电池堆、储氢罐、空压机、蓄电池、水电解槽、氧气缓存罐、残余氢气缓存罐、氢气增压泵、涡轮机构、发电机及气体分配器；燃料电池堆的双极板表面开设有气体导流槽，气体导流槽呈六边形结构，气体导流槽内部平行分布有若干条导流脊，相邻导流脊之间的间隙构成导流主槽，每条导流脊均由直线排列的若干三角形凸块组成，相邻三角形凸块之间互为倒置，相邻三角形凸块之间的间隙构成导流支槽；本发明能够实现尾气能量的回收和利用，通过改进的燃料电池堆内双极板的导流槽结构，有效改善了PEM燃料电池的电流密度均匀性和功率密度，进一步提升了PEM燃料电池的性能。

技术领域

本发明属于PEM燃料电池技术领域，特别是涉及一种具有尾气能量回收功能的PEM燃料电池发电装置。

背景技术

PEM(质子交换膜)燃料电池的工作过程相当于水电解的逆过程，其作为单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，而质子交换膜作为电解质，其作为单电池工作时相当于直流电源，其中单电池的阳极为电源负极，单电池的阴极作为电源正极。当PEM燃料电池在实际应用中作为供电电源使用时，需要将多个单电池以串联方式层叠组合构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆，且燃料电池堆中双极板与质子交换膜交替叠合时，要确保氢气和氧气能够通过气体通道顺利到达每个单电池，并通过双极板上加工的导流槽使气体均匀扩散，保证电化学反应的稳定进行。PEM燃料电池的应用前景也十分广泛，不但可以作为便携电源、小型移动电源、车载电源、备用电源、不间断电源等，还可以作为电动交通工具的动力源，甚至还可以作为分散型电站的发电组件使用。

但是，传统的PEM燃料电池在电流密度均匀性和功率密度方面仍有待提高，而且在发电过程中很少考虑尾气能量的回收和循环利用问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有尾气能量回收功能的PEM燃料电池发电装置，实现了尾气能量的回收和利用，同时改进了燃料电池堆内双极板的导流槽结构，有效改善了PEM燃料电池的电流密度均匀性和功率密度，进一步提升了PEM燃料电池的性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有尾气能量回收功能的PEM燃料电池发电装置，包括燃料电池堆、储氢罐、空压机、蓄电池、水电解槽、氧气缓存罐、残余氢气缓存罐、氢气增压泵、涡轮机构及发电机；所述储氢罐的出气口与燃料电池堆的氢气输入口相连通，燃料电池堆上设有残余氢气排出口，燃料电池堆的残余氢气排出口与残余氢气缓存罐的进气口相连通，残余氢气缓存罐的出气口与氢气增压泵的进气口相连通；所述储氢罐的进气口分两路输入，第一路与氢气增压泵的出气口相连通，第二路与氢燃料加注口相连通；所述燃料电池堆的氧气输入口与空压机的出气口相连通，空压机的进气口分两路输入，第一路与氧气缓存罐的出气口相连通，第二路与大气相连通，所述空压机内置有空气滤清器；所述氧气缓存罐的进气口与水电解槽的氧气输出口相连通，水电解槽的氢气输出口与残余氢气缓存罐的进气口相连通；所述燃料电池堆的尾气排出口与涡轮机构的进气口相连通，通过涡轮机构将尾气的压力能转换为涡轮轴的旋转动能，所述发电机的电机轴与涡轮机构的涡轮轴相固连；所述燃料电池堆的供电端口外接负载，所述蓄电池的充电端口与燃料电池堆的供电端口相连，通过燃料电池堆对蓄电池进行充电；所述发电机的供电端口与蓄电池的充电端口相连，发电机产生的电能由蓄电池进行存储；所述水电解槽的阳极与蓄电池的供电端口正极相连，水电解槽的阴极与蓄电池的供电端口负极相连。

在所述储氢罐的出气口与燃料电池堆的氢气输入口之间的气路管线上依次安装有第一电磁开关阀、第一气体压力传感器及第一加湿器；在所述氧气缓存罐的出气口与空压机的进气口之间气路管线上安装有第二电磁开关阀；在所述燃料电池堆的氧气输入口与空压机的出气口之间的气路管线上依次安装有第二气体压力传感器及第二加湿器。