[实用新型]一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及一种燃料电池电源系统，尤其涉及一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统。

【背景技术】

为保护环境，减少大气污染，解决当前的全球能源危机，科学家们正在寻找一种新型的能源技术来代替传统的化石燃料。以氢气和氧气为燃料的质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)具有工作温度低、启动快、此功率高、结构简单、操作方便等优点，因此受到了越来越多的关注。目前，PEMFC在交通、通讯等领域均有一定的应用。PEMFC以氢气与氧气为反应物，氢气在催化剂的作用下解离成氢离子，即质子，并释放出电子。氢离子穿过电解质膜到达阴极，实现质子导电。电子则通过外电路到达阴极，而阴极的氧气与氢离子和电子发生电化学反应生成水，整个过程的产物有水、电能和热能。其反应过程如下列方程式表示：

阳极(负极)：H₂→2H⁺+2e

阴极(正极)：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

电池反应：H₂+1/2O₂→H₂O

燃料的压力不仅影响化学反应中的吉布斯自由能，进而直接影响到燃料电池的效率极限，还和气体扩散以及燃料电池内部排水有关，而且燃料压力的波动会使质子交换膜受损，因此在电堆的运行过程中燃料的压力应当控制在一个固定的值。同时，在不同负载电流下燃料的消耗量不同，所以应根据实际的负载的需求合理调整燃料的流量，以使得燃料的利用率最大。因此，为提高燃料电池电堆发电功率、发电效率及使用寿命，燃料电池系统应对燃料的流量及压力进行精确而稳定的控制。与此同时，在低电流密度下电堆产生的水分较少，质子交换膜的湿度难以得到保证，影响了质子交换膜的质子传导率，进而降低了电堆的工作性能和质子交换膜的寿命，所以燃料在进入电堆前应具有一定的湿度。

因此，有必要提供一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统来解决上述问题。

【发明内容】

本实用新型的主要目的在于提供一种燃料利用率高、寿命长的高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统，其包括燃料电堆模块和与所述燃料电堆模块连接的氢气回路、空气回路、电堆冷却回路及负载，所述氢气回路上设有氢气背压控制阀及氢气增湿器，所述氢气背压控制阀与所述氢气增湿器连接，所述空气回路上设有空气背压控制阀及空气增湿器，所述空气背压控制阀与所述空气增湿器连接。

与现有技术相此，本实用新型高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统的有益效果在于：本实用新型高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统通过背压处理，能够根据实际负载需求对系统燃料供给流量进行控制，通过对氢气回路和空气回路的增湿保证了质子交换膜在低电流密度下有足够的湿度。

【附图说明】

图1为本实用新型高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统的结构示意图。

图2为图1中氢气回路的结构示意图。

图3为图1中空气回路的结构示意图。

图4为图1中电堆冷却回路的结构示意图。

附图中各部件的标记如下：1、燃料电堆模块，2、氢气回路，3、空气回路，4、电堆冷却回路，5、负载，6、氢气气源，7、氢气减压阀，8、氢气过滤器，9、氢气流量控制阀，10、氢气增湿器，11、氢进电磁阀，12、氢排电磁阀，13、氢气背压控制阀，14、氢气泄压电磁阀，15、氢气气液分离器，16、排水电磁阀，17、氢气循环泵，18、单向阀，19、氧气气源，20、空气过滤器，21、空气增湿器，22、空进电磁阀，23、空排电磁阀，24、空气背压控制阀，25、空气泄压电磁阀，26、水箱，27、第一电磁阀，28、第二电磁阀，29、去离子水处理装置，30、第三电磁阀，31、水泵，32、液体流量计，33、散热装置，34、水质监测仪，201、第一管道，202、第二管道，203、第三管道，204、第四管道，305、第五管道，306、第六管道，307、第七管道，308、第八管道，409、第九管道，410、第十管道。

【具体实施方式】