本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池堆發(fā)電系統(tǒng)的氫氣供給系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池(fuelcell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。燃料電池涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)?？偟膩碚f，燃料電池具有以下特點(diǎn)：(1)能量轉(zhuǎn)化效率高，它直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制；(2)燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45％～60％，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30％～40％；(3)安裝地點(diǎn)靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便，燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電站，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適；(4)負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高；燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率。由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因此，它沒有像通常的火力發(fā)電機(jī)那樣通過鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量形態(tài)變化，可以避免中間的轉(zhuǎn)換的損失，達(dá)到很高的發(fā)電效率。

燃料電池通過氫氣和氧氣(空氣)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量及電能，是一種對環(huán)境非常友善的新能源。目前的燃料電池系統(tǒng)，對于氫氣的供給都采用直接進(jìn)入燃料電池反應(yīng)，排放多余未反應(yīng)的少量氫氣進(jìn)入大氣中。這樣對于燃料產(chǎn)生浪費(fèi)的現(xiàn)象，同時(shí)雖然是少量氫氣，還是存在一定的安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：提供一種燃料電池堆發(fā)電系統(tǒng)的氫氣供給系統(tǒng)，提供給燃料電池堆反應(yīng)所需要?dú)錃獾耐瑫r(shí)回收沒有完全反應(yīng)的氫氣，避免氫氣直接排放到空氣中，造成浪費(fèi)和安全隱患。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種燃料電池堆發(fā)電系統(tǒng)的氫氣供給系統(tǒng)，包括燃料電池堆、氫氣輸送管和氫氣排出管，所述氫氣輸送管與所述燃料電池堆的氫氣入口連通，所述氫氣排出管與所述燃料電池堆的氫氣出口連通，所述氫氣輸送管沿氫氣流方向依次設(shè)有給氫氣減壓的減壓閥、控制氫氣輸送的電磁閥、調(diào)節(jié)氫氣流量的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，所述氫氣排出管上設(shè)有分離氫氣和水的氣水分離器，所述氫氣排出管與所述氣水分離器的輸入端連通，所述氣水分離器的輸出端包括分離氫氣的第一輸出端和分離水的第二輸出端，所述第一輸出端連通有氫氣循環(huán)管，所述氫氣循環(huán)管通過三通與所述氫氣輸送管連通，所述三通位于所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與所述流量計(jì)之間，所述氫氣循環(huán)管上設(shè)有循環(huán)泵，所述第二輸出端連通有排水管，所述排水管上設(shè)有排水電磁閥；

還設(shè)有控制器和壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述控制器電連接，所述壓力傳感器設(shè)于所述燃料電池堆的氫氣入口處且位于流量計(jì)的下游；

所述電磁閥、所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、所述流量計(jì)、所述循環(huán)泵和所述排水電磁閥皆與所述控制器電連接。

進(jìn)一步地說，所述燃料電池堆的氫氣入口處的氫氣輸送壓力值維持在0.2-0.25mpa。

進(jìn)一步地說，還設(shè)有溫度傳感器和濕度傳感器，所述溫度傳感器和所述濕度傳感器皆設(shè)于燃料電池堆的氫氣入口處且位于流量計(jì)的下游，所述溫度傳感器和所述濕度傳感器與所述控制器電連接。

進(jìn)一步地說，所述三通與所述氫氣輸送管和所述氫氣循環(huán)管的連接口皆設(shè)有密封圈，所述密封圈為硅橡膠密封圈、丁晴橡膠密封圈或氫化丁晴橡膠密封圈。

進(jìn)一步地說，所述氫氣輸送管、所述氫氣排出管、所述氫氣循環(huán)管和所述排水管皆為不銹鋼管，所述不銹鋼管是內(nèi)表面進(jìn)行過防氫脆處理的不銹鋼管。

進(jìn)一步地說，位于所述燃料電池堆的氫氣入口處的氫氣輸送管的內(nèi)管徑為25-35mm。

進(jìn)一步地說，所述氫氣輸送管和所述氫氣排出管與所述燃料電池堆之間為法蘭連接或喉箍連接。

進(jìn)一步地說，所述氫氣循環(huán)管設(shè)有止回閥，所述止回閥位于所述循環(huán)泵和所述三通之間。

進(jìn)一步地說，所述控制器為單片機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明在氫氣排出管上增設(shè)循環(huán)泵，將未能充分反應(yīng)的氫氣循環(huán)回氫氣輸送管最終進(jìn)入燃料電池堆繼續(xù)反應(yīng)，最終只產(chǎn)生水，以免對氫氣造成浪費(fèi)，同時(shí)也提高燃料電池的安全性；

二、本發(fā)明中設(shè)有的壓力傳感器和流量計(jì)皆與控制器電連接，壓力傳感器設(shè)于燃料電池堆的氫氣入口處且位于流量計(jì)的下游，壓力傳感器以及流量計(jì)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸給控制器后，控制器發(fā)出指令控制電磁閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，有效的控制氫氣流量和壓力，保證電堆的陽極有足夠的氫氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而保證燃料電池堆反應(yīng)的持續(xù)性，提高燃料電池堆的發(fā)電率；

三、本發(fā)明中在氫氣排出管上設(shè)有氣水分離器，通過氣水分離器將分離出的氫氣通過循環(huán)泵重新并入氫氣輸送管輸送到燃料電池堆進(jìn)行反應(yīng)，使氫氣不直接排放到空氣中，提高氫氣的利用率同時(shí)避免浪費(fèi)；

四、本發(fā)明中氫氣輸送管、氫氣排出管、氫氣循環(huán)管和排水管皆為不銹鋼管，且不銹鋼管是內(nèi)表面進(jìn)行過防氫脆處理的不銹鋼管，從而達(dá)到防氫脆的目的，保證氫氣輸送管、氫氣排出管、氫氣循環(huán)管和排水管的安全性；

五、本發(fā)明中位于燃料電池堆的氫氣入口處的氫氣輸送管的內(nèi)管徑為25-35mm，保證有足量的氫氣進(jìn)入燃料電池堆進(jìn)行反應(yīng)，從而保證燃料電池堆的發(fā)電正常；

六、本發(fā)明在燃料電池堆的氫氣入口處設(shè)有溫度傳感器和濕度傳感器，對氫氣的濕度、溫度實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)的采集，從而有效的控制燃料電池堆的發(fā)電率。

附圖說明

圖1本發(fā)明的原理示意圖；

圖2本發(fā)明的控制流程圖；

圖中各部分的附圖標(biāo)記如下：

燃料電池堆1、氫氣輸送管2、減壓閥21、電磁閥22、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥23、三通24、流量計(jì)25、壓力傳感器26、溫度傳感器27、濕度傳感器28、氫氣排出管3、氣水分離器31、氫氣循環(huán)管4、循環(huán)泵41、止回閥42、排水管5、排水電磁閥51和控制器6。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例：一種燃料電池堆發(fā)電系統(tǒng)的氫氣供給系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，包括燃料電池堆1、氫氣輸送管2和氫氣排出管3，所述氫氣輸送管與所述燃料電池堆的氫氣入口連通，所述氫氣排出管與所述燃料電池堆的氫氣出口連通，所述氫氣輸送管沿氫氣流方向依次設(shè)有給氫氣減壓的減壓閥21、控制氫氣輸送的電磁閥22、調(diào)節(jié)氫氣流量的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥23和流量計(jì)25，所述氫氣排出管上設(shè)有分離氫氣和水的氣水分離器31，所述氫氣排出管與所述氣水分離器的輸入端連通，所述氣水分離器的輸出端包括分離氫氣的第一輸出端和分離水的第二輸出端，所述第一輸出端連通有氫氣循環(huán)管4，所述氫氣循環(huán)管通過三通24與所述氫氣輸送管連通，所述三通位于所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與所述流量計(jì)之間，所述氫氣循環(huán)管上設(shè)有循環(huán)泵41，所述第二輸出端連接有排水管5，所述排水管上設(shè)有排水電磁閥51；

還設(shè)有控制器6和壓力傳感器26，所述壓力傳感器與所述控制器電連接，所述壓力傳感器設(shè)于所述燃料電池堆的氫氣入口處且位于流量計(jì)的下游；

所述電磁閥、所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、所述流量計(jì)、所述循環(huán)泵和所述排水電磁閥皆與所述控制器電連接。

氫氣源出口處的氫氣氣壓為25-35mpa。

所述燃料電池堆的氫氣入口處的氫氣輸送壓力值維持在0.2-0.25mpa。

所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氫氣流量維持在650-700l/min。

所述控制器控制排水電磁閥每隔5-10min開啟排出水，間隔0.5-1.5s后關(guān)閉。

還設(shè)有溫度傳感器27和濕度傳感器28，所述溫度傳感器和所述濕度傳感器皆設(shè)于燃料電池堆的氫氣入口處且位于流量計(jì)的下游，所述溫度傳感器和所述濕度傳感器皆與所述控制器電連接。

所述燃料電池堆的氫氣入口處的氫氣的溫度維持在大于60℃，相對濕度維持在90％-100％。

所述三通與所述氫氣輸送管和所述氫氣循環(huán)管的連接口皆設(shè)有密封圈，所述密封圈為硅橡膠密封圈、丁晴橡膠密封圈或氫化丁晴橡膠密封圈。

所述氫氣輸送管、所述氫氣排出管、所述氫氣循環(huán)管和所述排水管皆為不銹鋼管，所述不銹鋼管是內(nèi)表面進(jìn)行過防氫脆處理的不銹鋼管。

具體實(shí)施時(shí)，防氫脆處理的方法可以是對不銹鋼管依次進(jìn)行酸洗、陰極除油和電鍍。

所述防氫脆處理的電鍍層為鍍鎳層。

位于所述燃料電池堆的氫氣入口處的氫氣輸送管的內(nèi)管徑為25-35mm。

所述氫氣輸送管和所述氫氣排出管與所述燃料電池堆之間為法蘭連接或喉箍連接。

所述氫氣循環(huán)管設(shè)有止回閥，所述止回閥位于所述循環(huán)泵和所述三通之間。

所述控制器為單片機(jī)。

本發(fā)明的工作原理或工作流程如下：

本發(fā)明中氫氣輸送管入口處的氫氣經(jīng)過減壓閥調(diào)節(jié)后進(jìn)入燃料電池堆反應(yīng)，位于燃料電池堆的氫氣入口處的壓力傳感器將采集回來的數(shù)據(jù)反饋給控制器，控制器控制電磁閥開啟或關(guān)閉，設(shè)于氫氣輸送管上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)流量計(jì)采集的數(shù)據(jù)反饋給控制器及時(shí)調(diào)整氫氣輸送管中氫氣的流量，保證氫氣在燃料電池堆中的反應(yīng)有足夠的濃度，有利于燃料電池持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電；在氫氣排出管上增設(shè)氫氣循環(huán)管，將未能充分反應(yīng)的氫氣循環(huán)回氫氣輸送管最終進(jìn)入燃料電池繼續(xù)反應(yīng)，設(shè)于排水管上的排水電磁閥每隔5-10min開啟排出水，間隔0.5-1.5s后關(guān)閉；本發(fā)明中氫氣供給系統(tǒng)最終只產(chǎn)生水，對于大氣環(huán)境不造成污染，同時(shí)燃料電池的安全性佳。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。