[发明专利]一种燃料电池中压氢气稳态循环利用的系统

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，具体公开了一种燃料电池中压氢气稳态循环利用的系统，包括依次通过管道连接的减压阀、比例阀、进氢阀、燃料电池和水汽分离器；所述水汽分离器设有出气口和出液口，所述出气口与所述进氢阀的入口通过回用管路相连，并且所述回用管路上依次设有缓冲罐和循环泵；所述出液口与排水管路连通，并且所述排水管路上依次设有储水罐和排水阀；所述缓冲罐还与设有辅助阀的排氢管路连通。本发明氢气利用率高，循环泵功耗低；回用氢气湿度可控，纯度高；氢气回用管路稳定性好，能够实现氢气的长期稳态供应。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池中压氢气稳态循环利用的系统。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，具有能量密度高、转换效率高、响应速度快、质量轻、体积小等特点，是一种具有广泛应用前景的新型动力源。氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给燃料电池的阳极和阴极，氢气通入阳极流道，在催化剂的作用下解离为质子和电子，质子通过质子交换膜到达电池的阴极，电子则经过集流板收集，对外电路做功；氧气通过气体扩散层到达阴极催化侧表面，在催化剂的作用下，氧气与通过质子交换膜的质子、外电路电子结合生成水，放出大量热。

氢燃料电池在工作时通过储氢系统提供氢气，储氢系统的氢气一般为20-30Mpa的中压氢气，需要减压至1bar左右才能输送给燃料电池使用，减压后的氢气进入燃料电池和阳极氧气发生反应，反应伴随着大量产物水生成，为保证燃料电池的正常运行，往往需要用过量的氢气和氧气将燃料电池内部生成的水带出，而氢气的价格昂贵且易燃，直接排放即浪费资源又存在安全隐患。

现有技术通常是在燃料电池氢气排出口与氢气入口之间设置氢气循环泵将氢气回用，虽然可以有效提高氢气利用率，但是循环泵的工作负荷高，消耗功率大，使用寿命短，而且回用氢气量会随着燃料电池功率的变化发生变化，对于循环泵的响应调节速度具有很高的要求，一旦出现滞后，容易导致安全隐患；更重要的是，回用的氢气具有湿度，而湿度大小难以控制，过大时容易发生管路积水甚至水淹现象。

中国实用新型专利CN209981380公开了一种适用于氢燃料电池的循环氢气除水系统，该系统包括氢燃料电池、氢气瓶和循环氢气除水管路，所述循环氢气除水管路上设置有多级减压组件、氢气进气水汽分离器、氢气出气水汽分离器和循环泵，多级减压组件对氢气瓶中的氢气进行减压，氢燃料电池排出的未反应完的循环氢气经氢气出气水汽分离器分离一次水汽后，再经过循环泵将循环氢气汇 合到氢气进气水汽分离器的氢气进气管路中，循环氢气经氢气进气水汽分离器分离二次水汽后再次进入氢燃料电池。该实用新型在对氢循环使用的过程中，二次分离循环氢气中的水汽，避免了管路积水，但是回用氢气湿度过小，无法起到润湿质子交换膜改善燃料电池运行性能的作用，实际生产中往往需要另设加湿装置，增加成本；而且该系统也无法解决循环泵工作负荷高，使用寿命短的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种燃料电池中压氢气稳态循环利用的系统，氢气利用率高，循环泵功耗低，回用氢气湿度可控，能够实现氢气的长期稳态供应。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种燃料电池中压氢气稳态循环利用的系统，包括依次通过管道连接的减压阀、比例阀、进氢阀、燃料电池和水汽分离器；所述水汽分离器设有出气口和出液口，所述出气口与所述进氢阀的入口通过回用管路相连，并且所述回用管路上依次设有缓冲罐和循环泵；所述出液口与排水管路连通，并且所述排水管路上依次设有储水罐和排水阀；所述缓冲罐还与设有辅助阀的排氢管路连通。

优选的，所述燃料电池后端还设有与所述水汽分离器所在管路并联的尾排管路，所述尾排管路上设置有备用阀。

优选的，所述排水管路和排氢管路的末端接至所述尾排管路，且接至备用阀的后端，以汇集各管路的排出气液，便于集中处理。

优选的，所述进氢阀、辅助阀、排水阀和备用阀均为电磁阀。