本实用新型专利技术公开了一种氢氧燃料电池的能源再生循环装置，包括氢气再生循环系统、氧气再生循环系统、热能再生循环系统以及电力逆变系统，包括再生氢氧燃料电池堆、氢气液气分离罐、氢气脱水罐、氢气储罐、氧气液气分离罐、氧气储罐、循环水泵、电解水水泵、水箱以及电力转换控制器等；其中再生氢氧燃料电池堆包括氢气进出口、氧气进出口、循环水进出口；氢气液气分离罐内设置第一换热管，氧气液气分离罐内设置第二换热管；该装置为氢氧燃料电池与电解水结合为一体的再生燃料电池装置，既可以通过氢氧气产生电能，也可以通过逆向电解水制取氢氧气，实现氢氧气体的再生、储存及循环利用，同时还能够实现装置的反应水以及热能的回收、储存及循环利用。及循环利用。及循环利用。
【技术实现步骤摘要】
一种氢氧燃料电池能源再生循环装置
[0001]本技术属于燃料电池
，尤其涉及一种再生氢氧燃料电池的能源再生循环装置。
技术介绍
[0002]随着我国新能源的发展和技术进步，风电和太阳能发电已经获得了长足的发展，其在能源方面的占比也越来越多，截止到2019年年底，可再生能源在我国的能源结构中的占比已经达到27.9％左右，其中，风电发电量4057亿千瓦时，占全部发电量的5.5％，光伏发电量2243亿千瓦时，占全部发电量的3.1％，并且仍在以较快的速度增长。但是随着我国清洁能源发展步伐加快，风电、光伏发电面临的并网消纳问题也日益严重，造成了大量的“弃风弃光”现象，其比率远远超过欧美等发达国家。
[0003]风能和太阳能等可再生能源具有区域性、间歇性、利用小时数低等缺点，一旦并入电网，将给电网带来稳定性和安全性的冲击。为了实现电网内大规模间歇性清洁能源并网发电的可持续发展和协调、安全、可靠、高效运行，解决该问题一个有效的办法是将可再生能源的电力与电解水技术结合，大规模利用风电、光电等可再生能源制氢、储氢，或采用燃料电池转换成电力以补充电网用电高峰的用电需求等，提高可再生能源的利用率和占比。这已经成为解决间歇性清洁能源并网发电所带来一系列问题的有效途径之一。
[0004]目前关于国内对风能和太阳能的利用和储存，解决弃风、弃光的问题，已经在探索采用电解水制氢和燃料电池发电的方式，将可再生能源并入电网进行补充和平衡。其采用的方案，也多数属于采用PEM电解水制氢技术与PEM燃料电池发电的结合，但二者之间是各自相对独立的系统，PEM燃料电池发电是基于PEM电解水制氢的后续程序的延伸。属于分体式再生氢氧燃料电池系统。
[0005]再生氢氧燃料电池是指将氢氧燃料电池技术与水电解技术相结合，使
[0006][2H2+O2→
O氢2O+电能]与[电能+2H2O
→
2H2+O2]过程得以循环进行，使氢氧燃料电池的燃料H2和氧化剂O2可通过水电解过程得以“再生”，起到蓄能作用。其目前的结构形式包括三种，一种是分体式的结构形式，即电解水系统与燃料电池发电系统分属两个独立的系统；一种是混合式的结构形式，其电解水系统和燃料电池发电系统部分共用一些公共部件和系统；第三种是一体式的结构形式，其电解水系统和燃料电池系统为一套系统，能够实现一套系统完成水电解制氢(氧)和氢氧燃料电池发电的双重功效，即PEM再生氢氧燃料电池系统。
[0007]PEM电解水制氢、氧技术原理：
[0008]如图2所示，PEM电解水制氢、氧技术是采用了一种高分子聚合物阳离子交换膜代替了碱性水电解中的隔膜和液态电解质，起到隔离气体和离子传导的作用。当PEM电解系统工作时，水通过阳极室在阳极催化反应界面发生电化学反应被分解成氧气、氢离子以及电子。阳极所产生的氢离子以水合氢离子(H
+
·
H2O)的形式通过电解质隔膜，并在阴极室反应界面处与通过外电路输运过来的电子发生电化学反应生成氢气。
[0009]PEM电解水制氢、氧的电极反应方程式如下：
[0010]阳极反应:2H2O
→
4H
+
+O2+4e
－
[0011]阴极反应:4H
+
+4e
－
→
2H2[0012]总反应:2H2O＝2H2+O2[0013]PEM燃料电池发电技术原理：
[0014]如图3所示，其工作原理是：进入燃料电池阳极侧的氢气在催化剂的作用下，氢原子分解成H
+
与e
–
，其中H
+
离子在水合作用下，穿过质子交换膜到达阴极侧，由于电子无法穿过质子交换膜，只能通过外部(则形成外部可供做功的电路)到达阴极侧；在阴极侧，质子、电子以及氧原子在催化剂的作用下，发生反应形成水分子并释放大量的热的过程。
[0015]质子交换膜燃料电池的电极反应方程式如下：
[0016]正极：O2+4e
‑
+4H
+
＝2H2O
[0017]负极：2H2＝4H
+
+4e
‑
[0018]化学总反应：2H2+O2＝2H2O
[0019]基于以上的技术信息以及目前再生氢氧燃料电池的技术，我们可知，电解水制氢、氧的工作过程和燃料电池的发电工作过程完全是一个双向可逆的过程，尤其是基于PEM(质子交换膜)的这两种工作系统，采用完全相同的物理结构设计(主要由PEM膜电极、GDL炭纸、双极板、集电板以及外部的端板等部件构成)，是最佳的实施电解水制取氢气、氧气和进行化学能转化发电的一体化的方式。更是一种高效的、最易实现的可逆式再生氢氧燃料电池系统。
[0020]中国专利CN 102185327 A公开了一种基于可逆燃料电池的大容量电力储能装置，但是该技术只是一种原理上的设置，并没有涉及系统布局细节以及相关的实现措施和方案，具体实施时还有待仔细设计考虑。
技术实现思路
[0021]基于目前的可再生能源发展需要以及能够生产出基于现实需求的，可实施、运行的，能够产生社会效益和经济价值的一种系统或装置的需求，本技术提供了一种具有整套系统化设计的、可实施、运行的一体式氢氧燃料电池能源再生循环装置。
[0022]一种氢氧燃料电池能源再生循环装置，包括氢气再生循环系统、氧气再生循环系统、热能再生循环系统以及电力(电解和发电)逆变系统，该装置结构上包括再生氢氧燃料电池堆、氢气液气分离罐、氢气脱水罐、氢气增压泵、氢气储罐、氧气液气分离罐、氧气增压泵、氧气储罐、循环水泵、电解水水泵、水箱、散热器、纯净水生产装置以及电力转换控制器等；其中，再生氢氧燃料电池堆包括氢气进出口、氧气进出口、循环水进口、循环水出口；氢气液气分离罐内设置第一换热管，氧气液气分离罐内设置第二换热管；
[0023]再生氢氧燃料电池堆的氢气出口连接至氢气液气分离罐入口，氢气液气分离器出口连接至氢气脱水罐氢气储罐入口，氢气脱水罐出口连接至氢气储罐，氢气储罐的出口连接至再生氢氧燃料电池堆的氢气入口，构成氢气再生循环系统，电解水运行时，并可分支对外供氢；
[0024]所述氢气入口处设置第一压力传感器，氢气出口处设置氢气尾排电磁阀，所述氢气液气分离罐上设置第二压力传感器，所述氢气储罐上设置第三压力传感器；
[0025]所述氢气液气分离罐的氢气出口经管道连接所述氢气脱水罐，并在管道上设置第一电磁阀，所述氢气脱水罐的氢气出口连接所述氢气储罐，并在其管道上设置氢气增压泵，所述氢气储罐的氢气出口处设置氢气电动减压器。
[0026]所述再生氢氧燃料电池堆的氧气出口连接至氧气液气分离罐入口，氧气液气分离罐出口连接至氧气储罐入口，氧气储罐的出口连接至再生氢氧燃料电池堆的氧气进口，构成氧气再生循环系统，电解水运行时，并可分支对外供氧；
[0027]所述氧气进口处设置第四压力传感器，所述氧气出口处设置氧气尾排背压阀，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氢氧燃料电池能源再生循环装置，其特征在于，包括氢气再生循环系统、氧气再生循环系统、热能再生循环系统以及电力逆变系统；该装置结构上包括再生氢氧燃料电池堆、氢气液气分离罐、氢气脱水罐、氢气储罐、氧气液气分离罐、氧气储罐、循环水泵、电解水水泵、水箱、散热器以及电力转换控制器；其中，所述再生氢氧燃料电池堆包括氢气进口、氢气出口、氧气进口、氧气出口、循环水进口、循环水出口；所述氢气液气分离罐内设置第一换热管，所述氧气液气分离罐内设置第二换热管；所述再生氢氧燃料电池堆的氢气出口连接至所述氢气液气分离罐入口，所述氢气液气分离器出口连接至所述氢气脱水罐入口，并在其连接所述氢气脱水罐的管道上设置第一电磁阀，所述氢气脱水罐出口连接至所述氢气储罐，所述氢气储罐的出口连接至所述再生氢氧燃料电池堆的氢气入口，构成所述氢气再生循环系统，电解水运行时，并可分支对外供氢；所述再生氢氧燃料电池堆的氧气出口连接至所述氧气液气分离罐入口，所述氧气液气分离罐出口连接至所述氧气储罐入口，所述氧气储罐的出口连接至所述再生氢氧燃料电池堆的氧气进口，构成所述氧气再生循环系统，电解水运行时，并可分支对外供氧；所述热能再生循环系统包括循环水系统与电解水循环供应系统；所述循环水泵出口连接所述再生氢氧燃料电池堆的循环水进口，所述再生氢氧燃料电池堆的循环水出口连接所述第二换热管的入口，所述第二换热管的出口连接至所述第一换热管的入口，所述第一换热管的出口连接至所述散热器的入口，所述散热器的出口与所述水箱连接，所述水箱的出口与所述循环水泵入口连接，构成所述循环水系统；所述电解水水泵出口连接至所述再生氢氧燃料电池堆的氢气入口和氧气进口，所述氢气出口和氧气出口分别连接至所述氢气液气分离罐和氧气液气分离罐入口，所述氢气液气分离罐和氧气液气分离罐的底部凝结水出口汇集后连接到所述电解水水泵的入口，构成所述电解水循环供应系统；所述再生氢氧燃料电池堆的电极与所述电力转换控制器的DC/AC变送器或AC/DC变送器连接构成所述电力逆变系统。2.如权利要求1所述的氢氧燃料电池能源再生循环装置，其特征在于，所述氢气入口处设置第一压力传感器，所述氢气出口处设置氢气尾排电磁阀，所述氢...
【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海羿沣氢能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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