一种适用于低氧环境的燃料电池发电系统的制作方法

本发明涉及发电系统，具体涉及一种适用于低氧环境的燃料电池发电系统。

背景技术：

1、当前分布式能源被广泛提及，诸如偏远乡村的分布电源、大型工厂的分布电源等等，这些地区一般都比较偏远，大型输变电系统的普及成本很高，所以分布式能源在这些场景下显得尤为重要。

2、氢燃料电池的反应产物为水，没有任何污染，随着氢能政策的实施落地，氢燃料的分布式电源将快速发展。其中分布式氢燃料热电联供系统能够满足分布点的日常生活工作需求，所以解决这一技术问题迫在眉睫。

3、透氧膜是一种含钡钙钛矿材料的物质制成的膜状结构，在高温下(目前最低可以达到600度左右)在膜的一侧分离氧离子，在另一侧氧离子结合成氧气，因此在此条件下，只允许氧气通过。

4、对于高原地区的分布式能源来说，由于高原地区的空气稀薄，氧气含量少，使得氢燃料电池发电在高原地区没什么应用场景，因此，为了克服该问题，本申请开发一套基于透氧膜的高效氢燃料电池热电联供系统十分必要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够在高原地区缺氧环境下使用的一种能够适用于高原低氧环境下使用的适用于低氧环境的燃料电池发电系统。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种适用于低氧环境的燃料电池发电系统，包括氢气模组、空气模组和电堆；

4、所述氢气模组包括储氢装置和氢气燃烧装置；

5、所述空气模组包括透氧膜装置、第一换热装置和供热装置；

6、所述电堆包括空气侧入口和氢气侧入口；

7、所述储氢装置分别与氢气燃烧装置、空气侧入口连通；所述透氧膜装置与第一换热装置连接在氢气燃烧装置上，所述氢气燃烧装置工作时将透氧膜装置加热到其工作温度，所述第一换热装置将氢气燃烧装置多余的热量通过第一换热装置换热给供热装置；

8、所述透氧膜装置包括氧气出口，所述氧气出口与电堆的空气侧入口连通。

9、优选地，所述空气模组还包括离心空压机；

10、所述离心空压机设置于氧气出口与电堆的空气侧入口之间。

11、优选地，所述燃料电池发电系统还包括氮气模组，所述氮气模组包括储氮装置以及第二换热装置；所述储氮装置与第二换热装置连通；

12、所述第二换热装置与离心空压机并联形成散热回路。

13、优选地，所述第二换热装置包括散热路和换热路，所述散热路与储氮装置连通；

14、所述离心空压机包括气体路和冷却路，所述气体路包括进口和出口，所述气体路进口分别与透氧膜装置、第二换热装置的散热路连通；所述气体路出口与电堆的空气侧入口连通；

15、所述冷却路与液氮换热装置的换热路连通；

16、优选地，所述散热路出口与气体路出口之间还设置有第一三通阀；

17、所述燃料电池发电系统还包括尾排；

18、所述电堆还包括排气出口，所述排气出口与尾排连通；

19、所述第一三通阀还与尾排连通；

20、所述氢气燃烧装置还包括废气出口，所述废气出口与尾排连通。

21、优选地，所述散热路与储氮装置之间还设置有阀门。

22、优选地，所述透氧膜装置上设置有第一温度传感器，所述离心空压机上设置有第二空气传感器。

23、优选地，所述储氢装置的出口处设置有第二三通阀，所述氢气燃烧装置与第二三通阀之间通过第一减压器连通；所述电堆的氢气侧入口通过第二减压器与第二三通阀连通。

24、优选地，所述空气模组还包括第三换热装置；

25、所述第一换热装置通过第三换热装置与供热装置换热。

26、优选地，所述空气模组还包括第四换热装置；

27、所述第三换热装置通过第四换热装置与供热装置换热。

28、本发明的有益效果在于：通过采用透氧膜装置，配合氢气燃烧装置能够将透氧膜装置的透氧膜加热到工作温度(700℃左右，目前最低可以到600℃)，通过透氧膜装置，将空气中的氧气进行透过，使得进入到电堆的气体为高浓度氧气，高浓度的氧气能够提高发电效率，满足高海拔地区的空气稀薄导致氧气含量低进而导致的燃料电池在高原无法使用的问题；并且通过第一换热装置，能够将余热传递给供热装置，以满足高原上低温环境下的用热要求。

技术特征：

1.一种适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，包括氢气模组、空气模组和电堆；

2.根据权利要求1所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述空气模组还包括离心空压机；

3.根据权利要求2所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述燃料电池发电系统还包括氮气模组，所述氮气模组包括储氮装置以及第二换热装置；所述储氮装置与第二换热装置连通；

4.根据权利要求3所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述第二换热装置包括散热路和换热路，所述散热路与储氮装置连通；

5.根据权利要求4所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述散热路出口与气体路出口之间还设置有第一三通阀；

6.根据权利要求4所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述散热路与储氮装置之间还设置有阀门。

7.根据权利要求2所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述透氧膜装置上设置有第一温度传感器，所述离心空压机上设置有第二空气传感器。

8.根据权利要求1所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述储氢装置的出口处设置有第二三通阀，所述氢气燃烧装置与第二三通阀之间通过第一减压器连通；所述电堆的氢气侧入口通过第二减压器与第二三通阀连通。

9.根据权利要求1所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述空气模组还包括第三换热装置；

10.根据权利要求9所述的适用于低氧环境的燃料电池发电系统，其特征在于，所述空气模组还包括第四换热装置；

技术总结
本发明涉及发电系统技术领域，具体涉及一种适用于低氧环境的燃料电池发电系统，包括氢气模组、空气模组和电堆；氢气模组包括储氢装置和氢气燃烧装置；空气模组包括透氧膜装置、第一换热装置和供热装置；电堆包括空气侧入口和氢气侧入口；储氢装置分别与氢气燃烧装置、空气侧入口连通；透氧膜装置与第一换热装置连接在氢气燃烧装置上，第一换热装置将氢气燃烧装置多余的热量通过第一换热装置换热给供热装置；透氧膜装置包括与空气侧入口连通的氧气出口；本发明通过氢气燃烧装置能够将透氧膜装置的透氧膜加热到工作温度，将空气中的氧气进行透过进入到电堆提高发电效率，满足高海拔地区的使用；通过第一换热装置将余热传递给供热装置。

技术研发人员：周文,张宇,周百慧,张松,杨丰翼
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4