[发明专利]一种以液氢为燃料的燃料电池发电系统

说明书

本发明涉及一种以液氢为燃料的燃料电池发电系统，特别是质子交换膜燃料电池发电系统，包括质子交换膜燃料电池模块、液氢储罐、缓冲罐、水箱、热交换器、控制阀、散热器、循环水泵、循环水管路、以及监控单元和控制模块。以燃料电池自身热量为液氢储罐提供热源实现液氢气化，进而为燃料电池提供气态氢作为燃料。本发明与传统的高压气瓶储氢、金属储氢等方式相比，具有储氢量大、重量轻、体积小、工作压力低、安全可靠、燃料加注速度快、燃料加注方式简单等优点，尤其适用于有长航时需求的燃料电池发电系统。

技术领域

本发明涉及一种以液氢为燃料的燃料电池发电系统，特别涉及以液氢为燃料的质子交换膜燃料电池发电系统。

背景技术

燃料电池与传统意义的电池不同，它是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应转化为电能的高效发电装置。与传统的内燃机不同，它虽然同内燃机一样需要燃料和氧化剂，但不需要经过燃烧，可在低温条件下完成化学反应实现发电功能。燃料电池有很多类型，按照电解质不同可分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池等。其中，质子交换膜燃料电池与其他类型燃料电池相比，具有高功率密度、高能量转换效率、低温启动和运行、低噪音、无污染等优点，因此，在交通、军事、清洁能源等领域中有着广泛的应用。

质子交换膜燃料电池以氢气为燃料，以氧气为氧化剂。传统的储氢方式以高压气态储氢和金属储氢为主。高压气态储氢，通过压缩气态氢气，存于高压气瓶内，受压力限制，储氢量有限(重量百分比可达10％)，且高压带来的安全隐患不容忽视，高压、易爆带来的安全隐患不容忽视。且高压氢气加注速度极慢，需要增压设备等一系列的外部保障方可实现。金属储氢方式则利用金属储氢材料储存氢气，储存量有限且储氢材料过于沉重(重量百分比仅达2％)，在对燃料电池系统重量和体积有要求的条件下无法使用。液氢作为一种新型的燃料电池供氢方式，具有体积小、压力低、加注速度快、储氢量大等优点，等体积或等重量的储氢系统，液氢有着绝对的储氢量优势(重量百分比可达20％)。尤其适用于质子交换膜燃料电池发电系统。

然而，液态氢不能直接用于燃料电池发电，需要将液态氢气化后使用，气化过程需要外环境提供热量。而燃料电池的工作过程是一个发热过程，需要将自身产生的热量排出，正好可以将此部分热量提供给液氢系统实现其气化过程。液氢系统与质子交换膜燃料电池系统之间有着绝对的互补优势，因此，以液氢为燃料的质子交换膜燃料电池发电系统可以具有高集成度、高效率、高比能量输出等诸多优点。

发明内容

本发明目的在于提供一种以液氢为燃料的燃料电池发电系统，以燃料电池自身多余热量作为液氢气化的热源。通过水箱、热交换器、循环水泵、缓冲罐等内的控制元件将液氢系统的气化速度控制在燃料电池工作所需氢气量的范围之内。