[发明专利]一种密闭空间燃料电池发电系统

说明书

本发明公开了一种密闭空间燃料电池发电系统，包括密封舱、供氢装置、空气压缩机、燃料电池电堆、尾气复合装置、冷凝器、气水分离器、收集水箱、消氢装置、氧气浓度监控探头、供氧装置等；该发电系统通过控制纯氧在密封舱内的按需释放，保证密封舱内空气中氧气浓度稳定在设定范围，为常规氢空燃料电池长时间稳定运行创造了条件，创新性地解决了密闭空间的电能供应问题。与传统方案采用氢氧燃料电池不同，本发明具有技术成熟度高、循环使用寿命长、水管理难度小、系统成本低等优点，在航空航天、深海装备、深地装备、军事洞库等密闭空间领域具有广阔的应用前景和重大的应用价值。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种应用于密闭空间的燃料电池发电系统。

背景技术

密闭空间属于一种较为特殊的环境条件，其主要特点是与外界相对隔离、内部无空气或空气有限，常见于航空航天、深海装备、军事坑道等领域。近年来，随着人类对太空、深海商业探索活动的不断深入，国内外对高效、可靠、无排放的密闭空间发电技术的需求愈发迫切。然而，由于缺乏空气，内燃机等常规发电技术在密闭空间内无法使用。

目前，燃料电池被公认为密闭空间发电技术的主要发展方向。现阶段，用于密闭空间的燃料电池系统大多采用氢氧燃料电池体系，该类型燃料电池可采用自身携带的纯氢气和纯氧气进行发电，发电过程无需依赖外部空气。如中国专利CN 102800882就采用了氢氧燃料电池技术路线，即来自于储氢装置的纯氢气和来自于储氧装置的纯氧气，直接在氢氧燃料电池模块内部发生电化学反应，产生电能供水下装备使用。

有别于常规氢空燃料电池，氢氧燃料电池直接采用纯氧作为氧化剂，一方面，由于纯氧的氧化性极强，催化剂、双极板在强氧化性环境下性能衰减较快，导致氢氧燃料电池循环寿命普遍较短；另一方面，应用于纯氧环境的催化剂多采用铂黑催化剂，双极板一般需要采用镀金处理，氢氧燃料电池成本远高于常规氢空燃料电池；此外，由于在相同功率下，纯氧流速较相同氧含量的空气更小，电堆产生的水分较难通过氧气带出到电堆外部，导致电堆水管理难度较大。氢氧燃料电池整体技术成熟度要低于常规氢空燃料电池。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有密闭空间用氢氧燃料电池发电技术所存在的技术成熟度低、循环寿命短、水管理难度大、系统成本高等不足，提出了一种基于常规氢空燃料电池的密闭空间燃料电池发电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种密闭空间燃料电池发电系统，包括气密结构的密封舱、设置在密封舱内的燃料电池电堆和空气压缩机以及设置在密封舱外的供氢装置和供氧装置；所述空气压缩机出口分为两条支路，一条支路直接与尾气复合装置连接，另一条支路经连接管依次与燃料电池电堆阴极、冷凝器、气水分离器和收集水箱连接；所述的供氢装置通过氢气减压阀与燃料电池电堆阳极连接后与尾气复合装置连接，所述尾气复合装置内设置有氢气/氧气反应催化剂，尾气复合装置的气路出口与密封舱内部空间连通，尾气复合装置的水路接口经连接管与收集水箱连接；所述的供氧装置通过质量流量控制器与氧气释放阀连接后与密封舱内部空间连通；来自于供氢装置的氢气和来自于密封舱内部空间的空气，在燃料电池电堆中发生电化学反应，产生电能供系统外部负载使用。

所述的一种密闭空间燃料电池发电系统，其燃料电池电堆通过正极接口和负极接口与系统外部用电负载连接。

所述的一种密闭空间燃料电池发电系统，其燃料电池电堆的冷却水腔通过冷却水进口和冷却水出口与外部冷却系统连接。

所述的一种密闭空间燃料电池发电系统，其燃料电池电堆采用氢空燃料电池。

所述的一种密闭空间燃料电池发电系统，其氢气/氧气反应催化剂为铂基催化剂或钯基催化剂。

所述的一种密闭空间燃料电池发电系统，其供氢装置可采用高压气态储氢、金属固态储氢、低温液态储氢、有机溶液储氢、水解制氢、重整制氢等方式。

所述的一种密闭空间燃料电池发电系统，其供氧装置可采用高压气态储氧、低温液态储氧、化学制氧等方式。