燃料电池堆发电系统的氢气供给系统的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池堆发电系统的氢气供给系统。

背景技术：

燃料电池(fuelcell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：(1)能量转化效率高，它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制；(2)燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45％～60％，而火力发电和核电的效率大约在30％～40％；(3)安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便，燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适；(4)负荷响应快，运行质量高；燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。

燃料电池通过氢气和氧气(空气)的化学反应产生热量及电能，是一种对环境非常友善的新能源。目前的燃料电池系统，对于氢气的供给都采用直接进入燃料电池反应，排放多余未反应的少量氢气进入大气中。这样对于燃料产生浪费的现象，同时虽然是少量氢气，还是存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是：提供一种燃料电池堆发电系统的氢气供给系统，提供给燃料电池堆反应所需要氢气的同时回收没有完全反应的氢气，避免氢气直接排放到空气中，造成浪费和安全隐患。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种燃料电池堆发电系统的氢气供给系统，包括燃料电池堆、氢气输送管和氢气排出管，所述氢气输送管与所述燃料电池堆的氢气入口连通，所述氢气排出管与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气输送管沿氢气流方向依次设有给氢气减压的减压阀、控制氢气输送的电磁阀、调节氢气流量的电动调节阀和流量计，所述氢气排出管上设有分离氢气和水的气水分离器，所述氢气排出管与所述气水分离器的输入端连通，所述气水分离器的输出端包括分离氢气的第一输出端和分离水的第二输出端，所述第一输出端连通有氢气循环管，所述氢气循环管通过三通与所述氢气输送管连通，所述三通位于所述电动调节阀与所述流量计之间，所述氢气循环管上设有循环泵，所述第二输出端连通有排水管，所述排水管上设有排水电磁阀；

还设有控制器和压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电连接，所述压力传感器设于所述燃料电池堆的氢气入口处且位于流量计的下游；

所述电磁阀、所述电动调节阀、所述流量计、所述循环泵和所述排水电磁阀皆与所述控制器电连接。

进一步地说，所述燃料电池堆的氢气入口处的氢气输送压力值维持在0.2-0.25mpa。

进一步地说，还设有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和所述湿度传感器皆设于燃料电池堆的氢气入口处且位于流量计的下游，所述温度传感器和所述湿度传感器与所述控制器电连接。

进一步地说，所述三通与所述氢气输送管和所述氢气循环管的连接口皆设有密封圈，所述密封圈为硅橡胶密封圈、丁晴橡胶密封圈或氢化丁晴橡胶密封圈。

进一步地说，所述氢气输送管、所述氢气排出管、所述氢气循环管和所述排水管皆为不锈钢管，所述不锈钢管是内表面进行过防氢脆处理的不锈钢管。

进一步地说，位于所述燃料电池堆的氢气入口处的氢气输送管的内管径为25-35mm。

进一步地说，所述氢气输送管和所述氢气排出管与所述燃料电池堆之间为法兰连接或喉箍连接。

进一步地说，所述氢气循环管设有止回阀，所述止回阀位于所述循环泵和所述三通之间。

进一步地说，所述控制器为单片机。

本发明的有益效果是：

一、本发明在氢气排出管上增设循环泵，将未能充分反应的氢气循环回氢气输送管最终进入燃料电池堆继续反应，最终只产生水，以免对氢气造成浪费，同时也提高燃料电池的安全性；

二、本发明中设有的压力传感器和流量计皆与控制器电连接，压力传感器设于燃料电池堆的氢气入口处且位于流量计的下游，压力传感器以及流量计的数据准确传输给控制器后，控制器发出指令控制电磁阀和电动调节阀动作，有效的控制氢气流量和压力，保证电堆的阳极有足够的氢气发生电化学反应，从而保证燃料电池堆反应的持续性，提高燃料电池堆的发电率；

三、本发明中在氢气排出管上设有气水分离器，通过气水分离器将分离出的氢气通过循环泵重新并入氢气输送管输送到燃料电池堆进行反应，使氢气不直接排放到空气中，提高氢气的利用率同时避免浪费；

四、本发明中氢气输送管、氢气排出管、氢气循环管和排水管皆为不锈钢管，且不锈钢管是内表面进行过防氢脆处理的不锈钢管，从而达到防氢脆的目的，保证氢气输送管、氢气排出管、氢气循环管和排水管的安全性；

五、本发明中位于燃料电池堆的氢气入口处的氢气输送管的内管径为25-35mm，保证有足量的氢气进入燃料电池堆进行反应，从而保证燃料电池堆的发电正常；

六、本发明在燃料电池堆的氢气入口处设有温度传感器和湿度传感器，对氢气的湿度、温度实时检测数据的采集，从而有效的控制燃料电池堆的发电率。

附图说明

图1本发明的原理示意图；

图2本发明的控制流程图；

图中各部分的附图标记如下：

燃料电池堆1、氢气输送管2、减压阀21、电磁阀22、电动调节阀23、三通24、流量计25、压力传感器26、温度传感器27、湿度传感器28、氢气排出管3、气水分离器31、氢气循环管4、循环泵41、止回阀42、排水管5、排水电磁阀51和控制器6。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的保护范围。

实施例：一种燃料电池堆发电系统的氢气供给系统，如图1和图2所示，包括燃料电池堆1、氢气输送管2和氢气排出管3，所述氢气输送管与所述燃料电池堆的氢气入口连通，所述氢气排出管与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气输送管沿氢气流方向依次设有给氢气减压的减压阀21、控制氢气输送的电磁阀22、调节氢气流量的电动调节阀23和流量计25，所述氢气排出管上设有分离氢气和水的气水分离器31，所述氢气排出管与所述气水分离器的输入端连通，所述气水分离器的输出端包括分离氢气的第一输出端和分离水的第二输出端，所述第一输出端连通有氢气循环管4，所述氢气循环管通过三通24与所述氢气输送管连通，所述三通位于所述电动调节阀与所述流量计之间，所述氢气循环管上设有循环泵41，所述第二输出端连接有排水管5，所述排水管上设有排水电磁阀51；

还设有控制器6和压力传感器26，所述压力传感器与所述控制器电连接，所述压力传感器设于所述燃料电池堆的氢气入口处且位于流量计的下游；

所述电磁阀、所述电动调节阀、所述流量计、所述循环泵和所述排水电磁阀皆与所述控制器电连接。

氢气源出口处的氢气气压为25-35mpa。

所述燃料电池堆的氢气入口处的氢气输送压力值维持在0.2-0.25mpa。

所述电动调节阀调节氢气流量维持在650-700l/min。

所述控制器控制排水电磁阀每隔5-10min开启排出水，间隔0.5-1.5s后关闭。

还设有温度传感器27和湿度传感器28，所述温度传感器和所述湿度传感器皆设于燃料电池堆的氢气入口处且位于流量计的下游，所述温度传感器和所述湿度传感器皆与所述控制器电连接。

所述燃料电池堆的氢气入口处的氢气的温度维持在大于60℃，相对湿度维持在90％-100％。

所述三通与所述氢气输送管和所述氢气循环管的连接口皆设有密封圈，所述密封圈为硅橡胶密封圈、丁晴橡胶密封圈或氢化丁晴橡胶密封圈。

所述氢气输送管、所述氢气排出管、所述氢气循环管和所述排水管皆为不锈钢管，所述不锈钢管是内表面进行过防氢脆处理的不锈钢管。

具体实施时，防氢脆处理的方法可以是对不锈钢管依次进行酸洗、阴极除油和电镀。

所述防氢脆处理的电镀层为镀镍层。

位于所述燃料电池堆的氢气入口处的氢气输送管的内管径为25-35mm。

所述氢气输送管和所述氢气排出管与所述燃料电池堆之间为法兰连接或喉箍连接。

所述氢气循环管设有止回阀，所述止回阀位于所述循环泵和所述三通之间。

所述控制器为单片机。

本发明的工作原理或工作流程如下：

本发明中氢气输送管入口处的氢气经过减压阀调节后进入燃料电池堆反应，位于燃料电池堆的氢气入口处的压力传感器将采集回来的数据反馈给控制器，控制器控制电磁阀开启或关闭，设于氢气输送管上的电动调节阀根据流量计采集的数据反馈给控制器及时调整氢气输送管中氢气的流量，保证氢气在燃料电池堆中的反应有足够的浓度，有利于燃料电池持续稳定的发电；在氢气排出管上增设氢气循环管，将未能充分反应的氢气循环回氢气输送管最终进入燃料电池继续反应，设于排水管上的排水电磁阀每隔5-10min开启排出水，间隔0.5-1.5s后关闭；本发明中氢气供给系统最终只产生水，对于大气环境不造成污染，同时燃料电池的安全性佳。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。