[实用新型]一种质子交换膜燃料电池的氢气循环系统

说明书

本实用新型提供了一种质子交换膜燃料电池的氢气循环系统，属于燃料电池技术领域。它解决了现有的技术对反应产生的热量以及氢气和水分离后气体的湿度等情况仍没有解决的问题。本质子交换膜燃料电池的氢气循环系统包括储氢罐、燃料电池堆和气液分离器，燃料电池堆的进口与储氢罐的出口联接，燃料电池堆的出口与气液分离器的进口连接，气液分离器的出口与储氢罐的进口之间还依次联接有氢气循环泵和氢气压缩机，氢气循环系统还包括热量交换器和干燥器，热量交换器联接在燃料电池堆的出口和气液分离器的进口之间，干燥器联接在气液分离器的出口与氢气循环泵的进口之间。本氢气循环系统能够提高氢气的再利用率。

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，涉及一种质子交换膜燃料电池的氢气循环系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可用于移动式、固定式和便携式应用的前景光明的清洁发电设备。其基本结构主要包括四部分，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。通常阳极为氢电极，阴极为氧电极。阳极和阴极上都需要含有一定量的电催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应，两电极之间是电解质质子交换膜。由于燃料电池模块化、功率范围广和燃料多样化等特点，能被应用于多种场合：小至代步车电源、移动充电装置，大至兆瓦级发电站。PEMFC电池温度最低、比能最高、启动最快、寿命最长、应用最广的第五代燃料电池。

质子交换膜燃料电池工作时直接将燃料气的化学能转化为电能，其产物为水对环境无污染。燃料电池的尾气主要是来自于电池阳极侧剩余的氢气，与此同时也含有一部分水。目前尾气处理方法是在阳极侧设置电磁阀对阳极侧氢气进行不间断排放，其中的水分采用阳极侧过量燃料氢气携带出。这种方式不仅造成燃料气的资源浪费，提高电池制造成本，也带来环境的污染，严重时会造成爆炸安全隐患。

针对上述存在的问题，现有中国专利文献提供了一种燃料电池无动力消耗氢气循环方法与装置【申请号：CN200510101323.0】。该方法是储氢罐中的高压氢气进入氢气循环压缩泵驱动端，并带动氢气循环压缩泵的活塞运动，高压氢气在推动活塞运动一定的位置后，进入缓冲罐，随后进入燃料电池堆，经燃料电池堆反应后的过量氢气和反应生成的水同时进入水氢分离器，再进入氢气循环压缩泵的压缩端，经氢气循环压缩泵增压，增压后的氢气再进入缓冲罐，并与来自氢气循环压缩泵驱动端排放的氢气进行混合。该装置包括储氢罐、氢气循环压缩泵、缓冲罐、燃料电池堆、水氢分离器。该发明虽然能够循环利用氢气，但是该发明对反应产生的热量以及氢气和水分离后气体的湿度等情况仍没有解决，影响氢气再利用的利用率以及氢气再利用的安全性。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种质子交换膜燃料电池的氢气循环系统，该质子交换膜燃料电池的氢气循环系统所要解决的技术问题是：如何提高氢气的再利用率。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种质子交换膜燃料电池的氢气循环系统，包括储氢罐、燃料电池堆和气液分离器，所述燃料电池堆的进口与储氢罐的出口联接，所述燃料电池堆的出口与气液分离器的进口连接，所述气液分离器的出口与储氢罐的进口之间还依次联接有氢气循环泵和氢气压缩机，所述氢气循环系统还包括热量交换器和干燥器，所述热量交换器联接在燃料电池堆出口和气液分离器的进口之间，所述干燥器联接在气液分离器的出口与氢气循环泵的进口之间。

本质子交换膜燃料电池的氢气循环系统的工作原理为：在使用时，储氢罐中的氢气由储氢罐出口进入到燃料电池堆的进口，燃料电池堆反应后，过量的氢气和反应生成的水进入到热量交换器内，对其进行降温，降温后的氢气和水进入到气液分离器内实现两者的分离，分离后的氢气进入干燥器内实现对氢气的干燥处理，避免水氢分离后的氢气仍带有湿气，影响循环再利用的情况，经过干燥器后的氢气在氢气循环泵的作用下进入到氢气压缩机内，经过氢气压缩机压缩后重新回到储氢罐，实现对氢气的循环利用。在本氢气循环系统中通过热量交换器的使用能够避免热量过多对水氢分离过程的影响，提高气液分离器对水和氢气分离的效果，提高氢气的再利用率，通过干燥器进行干燥处理，能够提高回收氢气的湿气控制，提高氢气的回收率和再利用率。