本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，尤其是涉及一種一體式可逆燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氫儲(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要支撐，并日趨成為多個(gè)國家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。

燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，燃料電池通常由多個(gè)電池單元構(gòu)成，每個(gè)電池單元包括兩個(gè)電極(陽極和陰極)，該兩個(gè)電極被電解質(zhì)元件隔開，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個(gè)電極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個(gè)電極供給燃料而另一個(gè)供給氧化劑，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而在電機(jī)之間形成電位差，并且因此產(chǎn)生電能。

可逆燃料電池(RFC)是一種將電解水制氫技術(shù)與氫氧燃料電池發(fā)電技術(shù)相結(jié)合的可充放儲(chǔ)能電池，即2H₂O+電能→2H₂+O₂的正、逆過程得以循環(huán)進(jìn)行。氫氧燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的活性物質(zhì)純氫和純氧可通過電解水制氫技術(shù)得以“再生”，從而起到儲(chǔ)能作用?？赡嫒剂想姵嘏c目前應(yīng)用的二次蓄電池相比，具有更高的比能量及比功率，特別是可實(shí)現(xiàn)更高的儲(chǔ)能容量，且使用中無自放電，也不受放電深度及電池容量的限制等，是一種具有廣闊發(fā)展前景的新型大容量電力儲(chǔ)能電池。

可逆燃料電池可實(shí)現(xiàn)燃料電池模式和電解模式的雙模式工作，將水電解制氫系統(tǒng)和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)整合為一個(gè)可逆燃料電池系統(tǒng)，簡化了儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)比能量?？赡嫒剂想姵匕措娊赓|(zhì)特性可分為堿性氫氧可逆燃料電池、質(zhì)子交換膜氫氧可逆燃料電池和固體氧化物氫氧可逆燃料電池。

中國專利CN 102185327 A公開了一種基于可逆燃料電池的大容量電力儲(chǔ)能裝置，該裝置包括：AC/DC變換系統(tǒng)(III)，將需要儲(chǔ)存的電能由交流轉(zhuǎn)化為直流；可逆燃料電池系統(tǒng)(IV)，通過電解運(yùn)行模式即充電過程將轉(zhuǎn)化后的直流電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能純氫和純氧，通過發(fā)電運(yùn)行模式即放電過程將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能；DC/AC變換系統(tǒng)(VII)，將可逆燃料電池系統(tǒng)(IV)放電過程轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)化為交流后并入電網(wǎng)；控制系統(tǒng)(X)，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷控制可逆燃料電池系統(tǒng)(IV)的充放電；儲(chǔ)氫系統(tǒng)(V)，儲(chǔ)存充電過程中生成的氫氣并供放電過程使用；儲(chǔ)氧系統(tǒng)(VI)，儲(chǔ)存充電過程中生成的氧氣并供放電過程使用；儲(chǔ)水系統(tǒng)(IX)，儲(chǔ)存放電過程產(chǎn)生的水并供充電過程使用。但是該發(fā)明并沒有涉及系統(tǒng)布局設(shè)置細(xì)節(jié)，具體實(shí)施還有待考慮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種一體式可逆燃料電池系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一體式可逆燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括單體雙功能燃料電池制氫發(fā)電電堆，氫氣循環(huán)模塊，氧氣循環(huán)模塊和水循環(huán)模塊，單體雙功能燃料電池制氫發(fā)電電堆簡稱燃料電池電堆，所述的燃料電池電堆包括多個(gè)依次疊加的單電池以及氫氣進(jìn)出口、氧氣進(jìn)出口和冷卻流體進(jìn)出口，所述的單電池包括導(dǎo)電板和膜電極，所述的氫氣循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的氫氣進(jìn)出口，所述的氧氣循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的氧氣進(jìn)出口，所述的水循環(huán)模塊連接燃料電池電堆的冷卻流體進(jìn)出口，所述的系統(tǒng)正向過程使用氫氧氣體進(jìn)行發(fā)電，反向過程進(jìn)行電解水制氫；

正向發(fā)電時(shí)，氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊分別為燃料電池電堆提供氫氣和氧氣，并通過水循環(huán)模塊為燃料電池電堆提供冷卻水，通過導(dǎo)電板將所得電能輸出；反向電解水制氫時(shí)，水循環(huán)模塊為燃料電池電堆提供電解水原料，通過導(dǎo)電板外接電源，將電能引入燃料電池電堆電解水，制得的氫氣和氧氣分別通過氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊儲(chǔ)存。

所述的氫氣循環(huán)模塊包括氫氣氣水分離裝置、氫氣儲(chǔ)氣裝置和氫氣循環(huán)管道，所述的氫氣儲(chǔ)氣裝置通過氫氣循環(huán)管道依次連接燃料電池電堆和氫氣氣水分離裝置，再返回連接至氫氣儲(chǔ)氣裝置，構(gòu)成回路；其中氫氣氣水分離裝置還通過一分支管道連接至燃料電池電堆氫氣入口。

正向發(fā)電時(shí)，氫氣由氫氣儲(chǔ)氣裝置通過循環(huán)管道輸送至燃料電池電堆氫氣入口，進(jìn)入燃料電池電堆，氫氣在燃料電池電堆參與發(fā)電后，剩余氫氣與水蒸氣一起經(jīng)燃料電池電堆氫氣出口送至氫氣氣水分離裝置，分離出的氫氣返回燃料電池電堆的氫氣入口，循環(huán)利用；

反向電解水制氫時(shí)，由導(dǎo)電板引入電能，將燃料電池電堆中的水電解，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)燃料電池電堆氫氣出口送出，通過氫氣循環(huán)管道送至氫氣氣水分離裝置，氫氣氣水分離裝置分離出的氫氣輸送至氫氣儲(chǔ)氣裝置儲(chǔ)存。

所述的氧氣循環(huán)模塊包括氧氣氣水分離裝置、氧氣儲(chǔ)氣裝置和氧氣循環(huán)管道，所述的氧氣儲(chǔ)氣裝置通過氧氣循環(huán)管道依次連接燃料電池電堆和氧氣氣水分離裝置，再返回連接至氧氣儲(chǔ)氣裝置，構(gòu)成回路；其中氧氣氣水分離裝置還通過一分支管道連接至燃料電池電堆氧氣入口。

正向發(fā)電時(shí)，氧氣由氧氣儲(chǔ)氣裝置通過氧氣循環(huán)管道輸送至燃料電池電堆的氧氣入口，進(jìn)入燃料電池電堆，氧氣在燃料電池電堆參與發(fā)電后，剩余氧氣與水蒸氣混合物經(jīng)燃料電池電堆氧氣出口送至氧氣氣水分離裝置，分離出的氧氣再返回至燃料電池電堆的氧氣入口，循環(huán)利用；

反向電解水制氫時(shí)，由導(dǎo)電板引入電能，電解水產(chǎn)生的氧氣和水蒸氣經(jīng)燃料電池電堆氧氣出口送出，通過氧氣循環(huán)管道送至氧氣氣水分離裝置，分離出的氧氣輸送至氧氣儲(chǔ)氣裝置儲(chǔ)存。

所述的水循環(huán)模塊包括第一水箱、熱交換器和水循環(huán)管道，所述的第一水箱通過水循環(huán)管道依次連接氧氣氣水分離裝置、熱交換器、燃料電池電堆，再返回連接至氧氣氣水分離裝置，最后再返回至第一水箱；所述第一水箱還通過水循環(huán)管道與氫氣氣水分離裝置連接。

正向發(fā)電時(shí)，第一水箱中的水依次經(jīng)過氧氣氣水分離裝置、熱交換器、送入燃料電池電堆對(duì)其進(jìn)行冷卻，再經(jīng)燃料電池電堆冷卻液體出口流出，經(jīng)過氧氣氣水分離裝置，返回第一水箱，構(gòu)成冷卻水循環(huán)；氫氣氣水分離裝置和氧氣氣水分離裝置分離出的水通過水循環(huán)管道輸送至第一水箱；

反向電解水制氫時(shí)，第一水箱中的水經(jīng)過氧氣氣水分離裝置，再流經(jīng)熱交換器后，輸入燃料電池電堆作為電解原料，電解后的剩余水通過燃料電池電堆冷卻液體出口流出，經(jīng)過氧氣氣水分離裝置，返回第一水箱；電解后剩余水蒸氣通過燃料電池電堆的氧氣出口流出，經(jīng)過氧氣氣水分離裝置，返回第一水箱，循環(huán)利用。

所述氫氣氣水分離裝置和氧氣氣水分離裝置均包括冷凝裝置和離心分離裝置，所述冷凝裝置對(duì)氣體混合物中的水蒸氣進(jìn)行初步冷凝，所述離心分離裝置對(duì)氣液混合物進(jìn)行進(jìn)一步的分離。

所述的水循環(huán)模塊具備冷卻和供水兩項(xiàng)功能，所述的氫氣循環(huán)模塊具備供氫和收集氫兩項(xiàng)功能，所述的氧氣循環(huán)模塊具備供氧和收集氧兩項(xiàng)功能。

反向電解水制氫過程使制得的氫氣自帶3～10MPa氣壓。

所述系統(tǒng)還設(shè)有氫氧壓力平衡裝置，氫氧壓力平衡裝置設(shè)于氫氣氣水分離裝置通往氫氣儲(chǔ)氣瓶的管道和氧氣氣水分離裝置通往氧氣儲(chǔ)氣瓶的管道之間，與兩個(gè)管道分別連接，平衡兩個(gè)管道間的壓強(qiáng)。

氫氣氣水分離裝置通往氫氣儲(chǔ)氣瓶的管道上還設(shè)有氫氣干燥器，氧氣氣水分離裝置通往氧氣儲(chǔ)氣瓶的管道上設(shè)有氧氣干燥器，氫氣干燥器和氧氣干燥器分離后的水均送至低壓水箱。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)系統(tǒng)中的水、氫氣和氧氣在整個(gè)系統(tǒng)中均進(jìn)行循環(huán)回收，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，工藝環(huán)保，尤其是其中的水循環(huán)設(shè)置，將冷卻水和電解用原料水以及燃料電池發(fā)電過程中的生成水均納入水循環(huán)，有效減少水資源浪費(fèi)；

2)氣水分離裝置中設(shè)置有冷凝器和離心分離器，使得水蒸氣和氫氣、氧氣分離更徹底，有利于氫氣和氧氣的后期壓縮儲(chǔ)存再利用；

3)制氫過程本身會(huì)產(chǎn)生3-10MPa氣壓，不需對(duì)氫氣進(jìn)行再加壓，節(jié)省工序；

4)第一水箱的設(shè)置可以補(bǔ)充系統(tǒng)循環(huán)過程中損失的水。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種一體式可逆燃料電池系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明可逆燃料電池電力電氣控制系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明多功能容器具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，

1.氫氣儲(chǔ)氣瓶；2.氧氣儲(chǔ)氣瓶；3.一體式可逆燃料電池電堆；4.氫氣氣水分離裝置；5.低壓水箱；6.多功能容器：氧氣氣水分離裝置，冷卻水和電解反應(yīng)水箱，燃料電池發(fā)電產(chǎn)物水收集裝置，水-氧壓力平衡容器；7.熱交換器；8.第一調(diào)壓閥；9.第一隔離閥門；10.氫氣環(huán)流風(fēng)機(jī)；11.第二調(diào)壓閥；12.電解水控制閥；13.循環(huán)水泵；14.氧氣環(huán)流風(fēng)機(jī)；15.第二隔離閥門；16.第三隔離閥門；17第四隔離閥門；18氧氣干燥器；19.氫氣干燥器；20.氫氧壓力平衡子系統(tǒng)(電解)；21.第五隔離閥門；22.第一排水閥；23.電解補(bǔ)水泵；

24.可逆燃料電池電力電氣控制系統(tǒng)；25.第六隔離閥門；26.第七隔離閥門；27.H₂脈寬調(diào)制控制閥；28.O₂脈寬調(diào)制控制閥；29.低壓氫氣儲(chǔ)存容器；30.低壓氧氣儲(chǔ)存容器；31氫氣轉(zhuǎn)移壓縮機(jī)；32.氧氣傳送壓縮機(jī)；33.第一單向閥；34.第二單向閥；35.第二排水閥；

101.燃料電池電力電子模塊；102.電解電源模塊；103.配套設(shè)施電源模塊；104.系統(tǒng)控制模塊；105.功率選擇繼電器；106.電池；

201.多功能容器分離部分；202.多功能容器水箱部分；203.多功能容器水位控制感應(yīng)器；204.排水電磁閥選擇開關(guān)(用于燃料電池發(fā)電過程)；205.供水泵選擇開關(guān)(電解操作)；206.穩(wěn)定水位保護(hù)緩沖器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

如圖1所示的一體式可逆燃料電池系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)正向氫氣發(fā)電，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，還可以實(shí)現(xiàn)反向電解水制氫，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，并且在進(jìn)行正向發(fā)電和反向制氫時(shí)，不需要改變組成一體式可逆燃料電池電堆3的雙極板和膜電極等硬件結(jié)構(gòu)和雙極板上的流道設(shè)置，正反向過程采用同一個(gè)燃料電池系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置簡約，節(jié)約成本。

該系統(tǒng)主要包括一體式可逆燃料電池電堆3，氫氣循環(huán)模塊，氧氣循環(huán)模塊和水循環(huán)模塊；所述的燃料電池電堆3包括多個(gè)依次疊加的單電池以及氫氣進(jìn)出口、氧氣進(jìn)出口和冷卻流體進(jìn)出口，所述的單電池包括導(dǎo)電板和膜電極，所述的氫氣循環(huán)模塊連接一體式可逆燃料電池電堆3的氫氣進(jìn)出口，所述的氧氣循環(huán)模塊連接一體式可逆燃料電池電堆3的氧氣進(jìn)出口，所述的水循環(huán)模塊連接一體式可逆燃料電池電堆3的冷卻流體進(jìn)出口。

一體式可逆燃料電池電堆3，是實(shí)現(xiàn)正向發(fā)電和反向電解水制氫的核心組件，正向發(fā)電時(shí)將氫氣和氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸出，反向電解水制氫時(shí)，導(dǎo)電板外接電源，電解水生成氫氣，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能；

氫氣循環(huán)模塊，將系統(tǒng)正向發(fā)電過程中的氫氣收集并循環(huán)利用，反向電解水制氫時(shí)將制得的氫氣儲(chǔ)存起來；

氧氣循環(huán)模塊，將系統(tǒng)正向發(fā)電過程中的氧氣收集并循環(huán)利用，反向電解水時(shí)將制得的氧氣儲(chǔ)存起來；

水循環(huán)模塊，正向發(fā)電過程實(shí)現(xiàn)冷卻水循環(huán)，并將氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊中分離出的水收集儲(chǔ)存，反向電解水制氫時(shí)將系統(tǒng)儲(chǔ)存的水和冷卻水一同為電解過程提供原料。

具體設(shè)置如下：

如圖1所示，所述的一體式可逆燃料電池電堆3包括多個(gè)依次疊加的單電池以及氫氣進(jìn)出口、氧氣進(jìn)出口和冷卻流體進(jìn)出口，所述的單電池包括導(dǎo)電板和膜電極，電堆連接可逆燃料電池電力電氣控制系統(tǒng)24。

所述的氫氣循環(huán)模塊包括氫氣氣水分離裝置4、氫氣儲(chǔ)氣瓶1和氫氣循環(huán)管道，所述的氫氣氣水分離裝置4設(shè)有氫氣入口和氫氣出口，氫氣儲(chǔ)氣瓶1通過氫氣循環(huán)管道連接一體式可逆燃料電池電堆3的氫氣入口，一體式可逆燃料電池電堆3的氫氣出口連接氫氣氣水分離裝置4的氫氣入口，氫氣氣水分離裝置4的氫氣出口分為兩路，其中一路連接氫氣儲(chǔ)氣瓶1，另一路連接一體式可逆燃料電池電堆3的氫氣入口。氫氣循環(huán)管道上設(shè)有第一調(diào)壓閥8、第一隔離閥門9、第五隔離閥門21、第六隔離閥門25和氫氣環(huán)流風(fēng)機(jī)10。

所述的氧氣循環(huán)模塊包括多功能容器(氧氣氣水分離裝置)6、氧氣儲(chǔ)氣瓶2和氧氣循環(huán)管道，所述的氧氣氣水分離裝置設(shè)有氧氣入口和氧氣出口，氧氣儲(chǔ)氣瓶2通過氧氣循環(huán)管道連接一體式可逆燃料電池電堆3的氧氣入口，一體式可逆燃料電池電堆3的氧氣出口連接氧氣氣水分離裝置的氧氣入口，氧氣氣水分離裝置的氧氣出口分為兩路，其中一路連接氧氣儲(chǔ)氣瓶2，另一路連接一體式可逆燃料電池電堆3的氧氣入口。氧氣循環(huán)管道上設(shè)有第二調(diào)壓閥11、第二隔離閥門15、第三隔離閥門16、第四隔離閥門17、第七隔離閥門26和氧氣環(huán)流風(fēng)機(jī)14。

所述的水循環(huán)模塊包括低壓水箱5(即第一水箱)、多功能容器(冷卻水和電解反應(yīng)水箱)、熱交換器7和水循環(huán)管道，所述的低壓水箱5在第一低壓水出口經(jīng)過電解補(bǔ)水泵23連接多功能容器水箱部分，所述的多功能容器水箱部分202在第一高壓水出口經(jīng)排水閥22連接低壓水箱。所述的多功能容器水箱部分202通過水循環(huán)管道依次連接熱交換器、一體式可逆燃料電池電堆后再連至多功能容器。所述的氫氣氣水分離裝置的水出口通過第二排水閥35連至低壓水箱。同時(shí)氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊中的氫氣干燥器19和氧氣干燥器18的水出口也連至低壓水箱5。水循環(huán)管道上設(shè)有循環(huán)水泵13。

所述的系統(tǒng)還設(shè)有氫氧壓力平衡子系統(tǒng)20，電解水時(shí)，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)氫氣氣水分離裝置后送至氫氣儲(chǔ)氣瓶，產(chǎn)生的氧氣經(jīng)氧氣氣水分離裝置后送至氧氣儲(chǔ)氣瓶，氫氧壓力平衡子系統(tǒng)20設(shè)于氫氣氣水分離裝置通往氫氣儲(chǔ)氣瓶的管道和氧氣氣水分離裝置通往氧氣儲(chǔ)氣瓶的管道之間，與兩個(gè)管道分別連接，用于電解水時(shí)，平衡氫氣循環(huán)管道和氧氣循環(huán)管道之間的壓強(qiáng)，從而保護(hù)膜電極。

所述的氫氣循環(huán)模塊和氧氣循環(huán)模塊分別設(shè)有低壓氫氣儲(chǔ)存容器29和低壓氧氣儲(chǔ)存容器30，低壓氫氣儲(chǔ)存容器29的入口通過H₂脈寬調(diào)制控制閥27連至氫氣氣水分離裝置后的氫氣循環(huán)管道，出口通過氫氣轉(zhuǎn)移壓縮機(jī)31連至燃料電池電堆氫氣入口；低壓氧氣儲(chǔ)存容器30的入口通過O₂脈寬調(diào)制控制閥28連接氧氣氣水分離裝置后的氧氣循環(huán)管道，出口通過氧氣傳送壓縮機(jī)連接燃料電池電堆氧氣入口。

氧氣循環(huán)管道和氫氣循環(huán)管道上還設(shè)有第一單向閥33和第二單向閥34，可以使得電解循環(huán)開始時(shí)的系統(tǒng)平衡壓力增加到的氣體存儲(chǔ)實(shí)際壓力水平。

具體原理為：

如圖1所示，電解時(shí)，電解反應(yīng)水從所述的多功能容器水箱部分202出發(fā)依次經(jīng)過循環(huán)水泵13以及電解水控制閥12供應(yīng)到一體式可逆燃料電池電堆3的氧氣入口，以供水進(jìn)行電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和氧氣。如圖3所示，冷卻水也從所述的多功能容器水箱部分202經(jīng)過循環(huán)水泵13提供至電堆水入口，與電解反應(yīng)水流平行。系統(tǒng)控制模塊104、配套設(shè)施電源模塊103和電解電源模塊102將電力適時(shí)地施加到一體式可逆燃料電池電堆3的陽極和陰極以驅(qū)動(dòng)水電解，氫氣和少量水從燃料電池電堆H₂出口端離開，而未反應(yīng)的水和氧氣從一體式可逆燃料電池電堆3的O₂出口端離開。液態(tài)水在氫氣氣水分離裝置4中與H₂氣體分離，并通過第二排水閥35排出到低壓水箱5。O₂和未反應(yīng)的水流進(jìn)入多功能容器分離部分201，在這里氣流與水分離。來自電堆水出口的冷卻水流也進(jìn)入多功能容器分離部分201。兩種水流在重力下通過穩(wěn)定水位保護(hù)緩沖器206周圍的小間隙下落到多功能容器水箱部分202。兩種氣流O₂和H₂通過相應(yīng)的氧氣干燥器18和氫氣干燥器19以及氫氧壓力平衡子系統(tǒng)20(如果需要)，收集在相應(yīng)的氧氣儲(chǔ)氣瓶2和氫氣儲(chǔ)氣瓶1中。

兩個(gè)回路中建立壓力平衡時(shí)，高壓H₂和O₂氣體空間的體積比大約為2:1。電解時(shí)，兩種氣體在各自氣瓶中的壓力隨著電解過程的進(jìn)行而持續(xù)增加。電解反應(yīng)所需的水由多功能容器6內(nèi)的水對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)多功能容器6由低壓水箱為其補(bǔ)充新鮮水。如圖3所示，電解補(bǔ)水泵23由多功能容器水位控制感應(yīng)器203控制，即供水泵選擇開關(guān)205在電解過程期間保持關(guān)閉。功率選擇繼電器(或接觸器)105保持電堆與電解電源模塊102連接。當(dāng)兩個(gè)氣缸中的壓力達(dá)到期望水平或者如果H₂和O₂之間的壓力差超過壓力差安全設(shè)計(jì)值時(shí)，系統(tǒng)控制模塊104停止電解，比如壓差為1.5bar，壓差上限值取決于一體式可逆燃料電池電堆設(shè)計(jì)。進(jìn)行膜干燥程序，直到電解消耗功率下降到低于設(shè)定點(diǎn)，例如：0.1％的額定功率。此時(shí)，第四隔離閥門17和第五隔離閥門21關(guān)閉，隨后所有回路中的壓力逐漸降低至所需值，例如：燃料電池操作壓力。H₂脈寬調(diào)制控制閥27和O₂脈寬調(diào)制控制閥28可以使壓力降低，將氣體儲(chǔ)存在低壓氫氣儲(chǔ)存容器和低壓氧氣儲(chǔ)存容器中，從而使得H₂和O₂之間的壓力差保持在期望值以下，例如：0.5bar，壓力差值應(yīng)小于控制系統(tǒng)運(yùn)行的壓差安全設(shè)計(jì)值。壓力降低過程中疏散的氣體可以被排出或存儲(chǔ)在低壓氫氣儲(chǔ)存容器29和低壓氧氣儲(chǔ)存容器30中。

電解結(jié)束后，所有閥關(guān)閉，所有泵停止工作，如圖2所示，功率選擇繼電器105處于空擋位置或燃料電池狀態(tài)位置。

發(fā)電時(shí)，來自氫氣儲(chǔ)氣瓶1和氧氣儲(chǔ)氣瓶2以及低壓氫氣儲(chǔ)存容器29和低壓氧氣儲(chǔ)存容器30(如果使用)的H₂和O₂反應(yīng)氣體在一體式可逆燃料電池電堆3中反應(yīng)生成H₂O，完成發(fā)電。燃料電池操作配套施設(shè)組件激活，向客戶提供電力。電池106提供啟動(dòng)電源，功率選擇繼電器105(或接觸器)切換到燃料電池狀態(tài)位置，電堆與燃料電池電力電子模塊101連接。第四隔離閥門17和第五隔離閥門21保持關(guān)閉。氫氣轉(zhuǎn)移壓縮機(jī)31和氧氣傳送壓縮機(jī)32用于清空低壓氫氣儲(chǔ)存容器29和低壓氧氣儲(chǔ)存容器30，并使排出或凈化的H₂和O₂返回到系統(tǒng)。來自氫氣儲(chǔ)氣瓶1和氧氣儲(chǔ)氣瓶2的反應(yīng)氣體的高壓經(jīng)第一調(diào)壓閥8和第二調(diào)壓閥11后調(diào)節(jié)到適應(yīng)燃料電池的操作壓力，例如，1.5bar。一體式可逆燃料電池電堆3出口出來的的未反應(yīng)氣體(100％的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)氣體)移除電堆中產(chǎn)生的液態(tài)水。這些氣流經(jīng)過氫氣氣水分離裝置4和多功能容器6(氧氣氣水分離裝置)，分離出的水被排放到低壓水箱5，排水電磁閥選擇開關(guān)204在發(fā)電過程中閉合，同時(shí)氣體經(jīng)由氫氣環(huán)流風(fēng)機(jī)10和氧氣環(huán)流風(fēng)機(jī)14周期性地或連續(xù)性地再循環(huán)到一體式可逆燃料電池電堆氣體入口。再循環(huán)氣流在進(jìn)入一體式可逆燃料電池電堆3之前與新鮮反應(yīng)氣體流混合。燃料電池操作結(jié)束后所有閥關(guān)閉，所有泵和壓縮機(jī)停止，并且功率選擇繼電器105處于空擋或電解狀態(tài)位置，如圖2所示。這可以是下一個(gè)電解循環(huán)的起點(diǎn)，也可以做好長時(shí)間系統(tǒng)不啟動(dòng)的準(zhǔn)備，將所有氣體可以從H₂和O₂回路排出。

工藝流程中通過低壓水箱5加水，用于補(bǔ)充在正向發(fā)電和反向電解水過程中的水消耗等情況。兩個(gè)水回路(高壓水回路和低壓水回路)均用于電解和燃料電池過程中。高壓水回路中，多功能容器水箱部分202中包含相對(duì)少量的水，電解期間的電解反應(yīng)水通過電解補(bǔ)水泵23從低壓水箱5補(bǔ)充至多功能容器水箱部分202。循環(huán)水泵13入口處的水壓與多功能容器6中的電堆氧氣出口壓力自動(dòng)平衡。同一個(gè)泵給兩種操作模式分別提供熱交換器7換熱后的冷卻水或加熱后的電解反應(yīng)水，電解水控制閥12打開之后給電解提供水。燃料電池操作模式反應(yīng)產(chǎn)物水在多功能容器分離部分201中分離。多功能容器水箱部分202中的過量水經(jīng)由第一排水閥22排放到低壓水箱5。熱交換器7用于冷卻或加熱。

氫氣氣水分離裝置4和氧氣氣水分離裝置6中均設(shè)置有冷凝裝置和離心分離裝置，所述冷凝裝置對(duì)氣液混合物中的水蒸氣進(jìn)行初步冷凝，所述離心分離裝置對(duì)氣液混合物進(jìn)行進(jìn)一步分離。

反向電解水制氫過程使制得的氫氣自帶3～10MPa氣壓，不必在制氫后再進(jìn)行壓縮，因此可以簡化工藝。

電解補(bǔ)水泵23和第一排水閥22由氧氣氣水分離裝置中的水位信號(hào)控制。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。