[发明专利]一种以液氧为氧化剂的燃料电池发电系统

说明书

本发明涉及一种以液氧为氧化剂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、液氧储罐、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氧储罐提供热源实现液氧汽化，进而为燃料电池提供气态氧作为氧化剂。本发明与传统的高压气瓶储氧方式相比，具有储氧量大、重量轻、体积小、工作压力低、安全可靠、氧化剂加注速度快、氧化剂加注方式简单等优点，尤其适用于封闭体系内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氧为氧化剂的燃料电池发电系统，特别涉及封闭体系内以液氧为氧化剂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按照电化学方式转化为电能的高效发电装置。亦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为燃料，以氧为氧化剂。在以空气中的氧气为氧化剂时，通过风机、空压机等将空气经过净化增湿输送给燃料电池直接使用，可谓是取之不尽用之不竭。但是在特殊场合的封闭体系内使用时，不能再以空气中的氧气作氧化剂，此时燃料电池只能以携带储存的纯氧为氧化剂。传统的储氧方式以高压气态储氧为主，通过压缩气态氧气，存于高压储气瓶内，受压力限制(目前国内高压气态储氧行业标准是不得高于20MPa)，储氧量十分有限。且高压气态氧所用气瓶、阀件、管道等零部件均需要除油处理，否则会产生爆炸，高压、易爆带来的安全隐患不容忽视。且氧化剂加注速度极慢，需要增压设备等一系列的外部保障方可实现。液氧作为一种新型的燃料电池供氧方式，具有体积小、压力低、加注速度快、储氧量大等优点，等体积或等重量的储氧系统，液氧有着绝对的储氧量优势(重量百分比可达30％以上)。尤其适用于封闭体系内质子交换膜燃料电池发电系统。

然而，液态氧不能直接用于燃料电池发电，需要将液态氧汽化后使用，汽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，需要将自身的多余热量排出，正好可以将此部分热量提供给液氧系统实现汽化过程。液氧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，以液氧为氧化剂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氧为氧化剂的燃料电池发电系统，以燃料电池自身热量作为液氧汽化的热源动力。通过水箱、热交换器、循环水泵、缓冲罐等内的控制元件将液氧系统的汽化速度控制在燃料电池工作所需氧气量的范围之内。