CN206806445U - 零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置。它包括氢气进气阀、燃料电池电堆、氢气液态水过滤器、氢气排水阀、氢气循环泵、氢气出口阀，氢气进气阀的出口端连接燃料电池电堆的进口端，燃料电池电堆的出口端连接氢气出口阀的进口端，氢气出口阀的出口端连接氢气液态水过滤器的进口端，氢气液态水过滤器的出口端连接氢气循环泵的进口端，氢气循环泵的出口端连接燃料电池电堆的进口端，氢气液态水过滤器的下端连接有氢气排水阀。优点是氢进气属于间歇式，有利于水的扩散，对阳极湿度均匀有好处；迅速排氢瞬间，对于氢气出口的液态水排出有帮助，缓解电堆出口液态水沉积。

Description

零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池系统装置领域，具体涉及一种零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置。

背景技术

质子交换膜氢燃料电池（PEMFC）在与外电路形成回路时，燃料气氢气和氧化剂氧气（或空气）在催化剂（pt）作用下，氢气转化成氢质子，并与水结合形成水合质子，在阴阳极电位差作用下，水合氢质子定向从阳极迁徙到阴极，与阴极形成氧离子结合生成水，外电路形成电流。从而将化学能直接转换为电能。

燃料电池电堆是由单电池叠加构成，单电池由电极、气体扩散层、导流板、密封件等构成。电极由两侧涂有催化剂的质子交换膜组成。单电池的开路电压1.229V，工作电压0.55-0.75V。通常将单电池发电面积越大提供给外电路的电流也就越大；多组单电池串联用来获得足够高的工作电压。单电池的阳极与另一个单电池的阴极之间的隔板称之为导流板。多层单电池组成的层叠结构是电堆。

随着燃料电池进入商业化阶段，对燃料电池的稳定性、寿命、发电效率等要求越来越高。其中，稳定性、发电效率是评价燃料电池成熟度的重要指标，影响燃料电池稳定性和发电效率的因素很多，电堆的水管理是重要因素之一。

电堆水管理的目的是维持不同电流密度下电堆生成水量与排除水量的平衡。排出水数量多于生成水数量会使电堆逐渐变干导致电堆失效，排出水数量小于生成水数量使电堆逐渐变湿甚至积水导致电堆不能发电。在燃料电池中，膜电极的润湿状况直接影响电化学反应速度，当质子膜润湿良好时，电池内阻低，发电损耗小，发电效率高。

影响质子交换膜燃料电池湿度的因素有很多。主要影响因素包括电堆运行温度、气体的流量比、气体的流速等。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，主要针对氢氧、或氢、空气燃料电池，在确保电堆稳定，水管里平衡的基础上，提高氢燃料利用率。

本实用新型的技术方案：

零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，它包括氢气进气阀、燃料电池电堆、氢气液态水过滤器 、氢气排水阀、氢气循环泵、氢气出口阀，氢气进气阀的出口端通过管路连接燃料电池电堆的进口端，燃料电池电堆的出口端通过管路连接氢气出口阀的进口端，氢气出口阀的出口端通过管路连接氢气液态水过滤器的进口端，氢气液态水过滤器的出口端通过管路连接氢气循环泵的进口端，氢气循环泵的出口端通过管路连接燃料电池电堆的进口端，氢气液态水过滤器的下端通过管路连接有氢气排水阀，氢气进气阀的进口端连接氢气进气管。

所述的氢气进气管中的氢气压力是0.03MPa-0.2Mpa，氢气进气是间歇式进气。

所述的氢气进气阀、氢气排水阀和氢气出口阀都是电磁阀。

所述的零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置的系统内压力为0.03MPa-0.2Mpa。

所述的氢气进气阀是常开式进气阀。

本实用新型的优点是氢进气属于间歇式，有利于水的的扩散，对阳极湿度均匀有好处。迅速排氢瞬间，对于氢气出口的液态水排出有帮助，缓解电堆出口液态水沉积。间歇式供气方式，可以将板内微量杂质气体，置换到水过滤器内，杂质气体随排水一起排出系统。在高速进气气流的作用下，沉积在催化层内的液态被气流吹到过滤器中，疏通了气体扩散通道。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

具体实施方式

参照附图1，零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，它包括氢气进气阀1、燃料电池电堆2、氢气液态水过滤器4 、氢气排水阀6、氢气循环泵5、氢气出口阀3，氢气进气阀1的出口端通过管路连接燃料电池电堆2的进口端，燃料电池电堆2的出口端通过管路连接氢气出口阀3的进口端，氢气出口阀3的出口端通过管路连接氢气液态水过滤器4的进口端，氢气液态水过滤器4的出口端通过管路连接氢气循环泵5的进口端，氢气循环泵5的出口端通过管路连接燃料电池电堆2的进口端，氢气液态水过滤器4的下端通过管路连接有氢气排水阀6，氢气进气阀1的进口端连接氢气进气管7。

本实用新型主要针对氢氧、或氢、空气燃料电池，在确保电堆稳定，水管里平衡的基础上，提高氢燃料利用率；意在提供一种低自耗、高可靠的控制方式使燃料电池持续稳定高效率工作。一般系统操作压力在0.03-0.2MPa之间，前端氢气进气阀1处于常开状态，氢气进气压力0.03MPa-0.2MPa之间。当燃料电池电堆2工作一段时间后，时间长短由燃料电池电堆2输出功率决定，功率大时间间隔短，功率小时间间隔长。按顺序，打开氢气排水阀6，液态水排空后，关闭氢气排水阀6，关闭氢气出口阀3，在氢气循环泵5作用下，此时氢气液态水过滤器5的过滤器腔呈负压状态，打开氢气出口阀3，燃料电池电堆2内的氢气迅速将燃料电池电堆2内的水排出电堆，依次循环形成电堆稳定控制方式。

本实用新型适用氢、氧燃料电池电堆及氢、空气质子交换膜燃料电池电堆，通过间歇负压氢循环技术，排出电极发电过程中产生的液态水使其稳定工作。

Claims (5)

1.零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，其特征在于，它包括氢气进气阀、燃料电池电堆、氢气液态水过滤器 、氢气排水阀、氢气循环泵、氢气出口阀，氢气进气阀的出口端通过管路连接燃料电池电堆的进口端，燃料电池电堆的出口端通过管路连接氢气出口阀的进口端，氢气出口阀的出口端通过管路连接氢气液态水过滤器的进口端，氢气液态水过滤器的出口端通过管路连接氢气循环泵的进口端，氢气循环泵的出口端通过管路连接燃料电池电堆的进口端，氢气液态水过滤器的下端通过管路连接有氢气排水阀，氢气进气阀的进口端连接氢气进气管。

2.根据权利要求1所述的零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，其特征是所述的氢气进气管中的氢气压力是0.03MPa-0.2Mpa，氢气进气是间歇式进气。

3.根据权利要求1所述的零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，其特征是所述的氢气进气阀、氢气排水阀和氢气出口阀都是电磁阀。

4.根据权利要求1所述的零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，其特征是所述的零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置的系统内压力为0.03MPa-0.2Mpa。

5.根据权利要求1所述的零排放燃料电池间歇负压氢循环系统装置，其特征是所述的氢气进气阀是常开式进气阀。