[发明专利]一种燃料电池发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池发电系统，特别涉及一种应用于水下隔绝空气环境中的大功率质子交换膜燃料电池发电系统。

背景技术

燃料电池是一种不经过燃烧过程的高效低污染发电装置。燃料电池和传统意义上的电池不同，它直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能按照电化学方式转化为电能。燃料电池有很多类型，按电解质的不同可分为：碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，磷酸型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的燃料电池相比，具有高功率密度、高能量转换效率、低温启动、环境友好等优点，因此，其在交通、军事、清洁能源系统等领域中有着广泛的应用。

常规的质子交换膜燃料电池采用氢气为燃料，氧气为氧化剂。氢气多以高压气态或液态的方式储存，氧气则直接来自于大气中的空气。在陆地敞开环境中，这种供氢和供氧方式可以满足质子交换膜燃料电池的需要。而在水下隔绝空气的密闭空间中，首先不能直接利用空气中的氧气为氧化剂，其次，由于氢气极易泄露，在通风条件差的有限空间中高压储氢方式存在很大的安全隐患。因此，常规的供氢和供氧方式并不能满足要求。

此外，大功率质子交换膜燃料电池工作时会放出大量的热量，在陆地敞开环境中，这些热量可以通过风冷或水冷系统逐步散发到燃料电池发电系统外。而在水下密闭空间中，常规的冷却方式会使环境温度不断升高，导致燃料电池发电系统无法安全稳定的运行。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种不依赖外界空气、特别适合于在水下隔绝空气的密闭空间中工作的、氢气泄露的隐患小、安全可靠、系统内部换热过程简单、直接、热量循环效率高的大功率质子交换膜燃料电池发电系统。

本发明的技术方案是：一种燃料电池发电系统，包括质子交换膜燃料电池模块，储氢装置，储氧装置，DC/DC变换单元，监控单元，恒温热水箱，冷水箱，热交换器，水泵，阀，以及用于热水循环支路、冷水循环支路和冷热水平衡支路的循环水管；所述热水循环支路包括恒温热水箱，循环热水输送水泵，质子交换膜燃料电池模块，储氢装置，热交换器；所述冷水循环支路包括冷水箱，循环冷水输送水泵，DC/DC变换单元，储氧装置；所述冷热水平衡支路，包括恒温热水箱，热水控制阀，平衡热水输送水泵，冷水箱，冷水控制阀，平衡冷水输送水泵；监控单元一端与恒温热水箱连接，另一端与冷水箱连接。

所述的燃料电池发电系统，其热水循环支路是从恒温热水箱的热水出口起以水流方向顺序连接循环热水输送水泵，质子交换膜燃料电池模块，储氢装置，热交换器，最后再连接恒温热水箱；所述冷水循环支路是从冷水箱的冷水出口起以水流方向顺序连接循环冷水输送水泵，DC/DC变换单元，储氧装置，最后再连接冷水箱。

所述的燃料电池发电系统，其冷热水平衡支路是从恒温热水箱的用于平衡的热水出口起以水流方向顺序连接热水控制阀，平衡热水输送水泵，冷水箱，冷水控制阀，平衡冷水输送水泵，最后再连接恒温热水箱。

所述的燃料电池发电系统，其冷热水平衡支路是从恒温热水箱的用于平衡的热水出口起以水流方向顺序连接平衡热水输送水泵，热水控制阀，冷水箱，平衡冷水输送水泵，冷水控制阀，最后再连接恒温热水箱。

所述的燃料电池发电系统，其储氢装置中装载有金属氢化物。

所述的燃料电池发电系统，其储氧装置中装载有液氧。

所述的燃料电池发电系统，其恒温热水箱上设置有温度控制仪。

所述的燃料电池发电系统，其冷水箱上设置有温度表)、循环水排放阀和冷却水注入阀。

所述的燃料电池发电系统，其监控单元还与冷水箱上循环水排放阀和冷却水注入阀连接，用于监控循环水排出和冷却水注入过程。

本发明的有益效果在于：

1、氢燃料通过金属氢化物储存，氧化剂以液氧方式储存，燃料电池发电系统在水下密闭空间中工作时,既不依赖外界的空气，又降低了氢气泄露的隐患；

2、采用热水循环支路A和冷水循环支路B双循环冷却方式进行燃料电池发电系统内的热量循环，可以快速传递大功率燃料电池模块和DC/DC变换单元产生的热量，保证储氢装置和储氧装置的热量供应，减小热交换器的功率等级，从而有效提高整个系统的热量循环效率；

3、通过冷热水平衡支路C的恒温热水箱和冷水箱中热、冷循环水混合的方式进行热水循环支路A和冷水循环支路B之间的热量交换，不仅进一步减小了热水循环支路A中热交换器的功率等级，而且省去了冷水循环支路B中的辅助加热设备，整个换热过程简单、直接、有效。

附图说明