一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，包括电堆，电堆的阴极入口连接有空气压缩机，电堆的阳极入口连接有氢气减压装置，电堆的阳极出口与阳极入口之间设置氢气循环回路，氢气循环回路上设置有流量调节器，氢气循环回路包括依次连接的第一汽水分离器和氢气循环装置，电堆的阴极出口与第一汽水分离器分别连接至第二汽水分离器，第二汽水分离器连接至氢气消除装置。与现有技术相比，本实用新型专利技术通过将氢气循环回路与氢气消除装置相配合，能够有效提高氢气循环利用率、保证尾气排放均匀连续、充分消除尾气中的氢气，实现了一种体积小、应用范围广、且能有效降低尾气中氢气含量的燃料电池系统。中氢气含量的燃料电池系统。中氢气含量的燃料电池系统。

A fuel cell system with tail gas hydrogen elimination function

【技术实现步骤摘要】
一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统


[0001]本技术涉及燃料电池尾气处理
，尤其是涉及一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]燃料电池具有高效无污染等优点，可广泛应用于固定式发电、车船动力、移动式电源等众多领域。在不同的燃料电池类型中，氢燃料电池以氢气为燃料，与氧气发生电化学反应，生成电和水，反应过程排放的尾气中存在少量氢气。由于氢气爆炸极限浓度范围较宽(4％到76％)，为了保障安全，在一些固定式应用场合，需要将尾气排放在安全的、空旷的安全的区域，并使其迅速扩散到安全浓度范围；其他大部分应用场合，则是通过技术手段将排放尾气的氢气浓度控制在显著低于4％的水平，以避免燃烧和爆炸。
[0003]目前，降低尾气中氢气浓度的技术手段主要包括两种：一种是在排放出系统前进行稀释，包括利用燃料电池系统本身固有的未反应的空气和/或散热风扇，或另外布置风机等设备对排放气体进行稀释，这种方式在实质上并不能减少排放氢气的总量；另一种则是通过催化反应或吸收等方式，以减少或消除排放尾气中的氢气，从而降低尾气中氢气含量。对于道路车辆等室外为主的应用来说，通过稀释的方式已经可以保障尾气排放的安全性，但是对于另外一些应用，比如封闭环境的应用来说，排放的氢气累积后存在燃烧和爆炸危险，必须采用减少氢气排放量的方式。中国专利CN212625685U公开了一种用于氢燃料电堆的氢气消除系统，包括消氢反应器、氢气缓冲罐、进气口、排气口、管线布置、流量计、加热器等，消氢反应器中装有高效消氢催化剂。氢燃料电堆运行时会排出少量未经利用的氢气和大量的空气，利用氢气消纳催化剂，可以高效消除排放出的氢气，消氢反应器可以通过加热提高消除效率，该方案在消除氢气反应的过程中，利用了电堆运行产生的热量，优化了消氢系统的设计。但其缺点是结构较为复杂，通过缓冲罐的方式进行间歇性氢气的收集，导致整体系统的体积过大。
[0004]中国专利CN111799489B提出了一种氢燃料电池消氢装置及密闭环境下的消氢方法，针对密闭环境提出了一种消氢装置，通过至少三条支路，一条通过电磁阀连接催化燃烧式消氢器，剩下支路分别通过电磁阀和压力传感器连接至少两个小型合金储氢罐，超压排放的氢侧尾气和合金储氢罐无法吸收的杂质尾气都引入催化燃烧式消氢器。该方案的缺点在于仅能针对整个密闭环境进行处理，而无法对燃料电池排除尾气直接处理，使用时需要将整个燃料电池系统放入一个封闭空间才能实现，具有较大局限性。
[0005]专利CN210516885U公开了一种氢燃料电池消氢装置，提供的氢燃料电池电源系统，通过设置消氢装置，当封闭空间的氢气浓度超过排放标准时，消氢装置将含有氢气的混合气经过消氢处理，从而降低了封闭空间氢气的浓度，从而保证了系统在封闭空间使用的安全性。同样的，该方案也是通过对封闭空间进行消氢处理，具有较大的应用局限性。
[0006]此外，中国专利CN108183287B提出了一种具有消氢功能的金属燃料电池系统，该方案的消氢方式针对的对象为金属氢空燃料电池，与目前广泛应用的质子交换膜燃料电池
不是同一种类型，因而处理方式上必然存在本质区别。

技术实现思路

[0007]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，以实现一种体积小、应用范围广、且能有效降低尾气中氢气含量的燃料电池系统。
[0008]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，包括电堆，所述电堆的阴极入口连接有空气压缩机，所述电堆的阳极入口连接有氢气减压装置，所述电堆的阳极出口与阳极入口之间设置氢气循环回路，所述氢气循环回路上设置有流量调节器，所述氢气循环回路包括依次连接的第一汽水分离器和氢气循环装置，所述电堆的阴极出口与第一汽水分离器分别连接至第二汽水分离器，所述第二汽水分离器连接至氢气消除装置。
[0009]进一步地，所述流量调节器设置在第一汽水分离器与第二汽水分离器之间。
[0010]进一步地，所述空气压缩机的一端连接有空气入口管路，所述空气压缩机的另一端通过阴极入口管路连接至电堆的阴极入口。
[0011]进一步地，所述氢气减压装置的一端连接有高压氢气管路，所述氢气减压装置的另一端通过阳极入口管路连接至电堆的阳极入口。
[0012]进一步地，所述电堆的阳极出口通过阳极出口管路连接至第一汽水分离器，所述第一汽水分离器通过第一氢气循环管路连接至氢气循环装置，所述氢气循环装置通过第二氢气循环管路连接至阳极入口管路，所述流量调节器设置在阳极出口管路或第一氢气循环管路。
[0013]进一步地，所述第一汽水分离器的第一输出端连接有第一液态水排放通路，所述第一汽水分离器的第二输出端通过流量调节器连接至第二汽水分离器。
[0014]进一步地，所述电堆的阴极出口通过阴极出口管路连接至第二汽水分离器。
[0015]进一步地，所述第二汽水分离器的第一输出端连接有第二液态水排放通路，所述第二汽水分离器的第二输出端连接至氢气消除装置。
[0016]进一步地，所述氢气消除装置分别连接有消氢入口管路和消氢出口管路。
[0017]进一步地，所述消氢入口管路与第二汽水分离器的第二输出端相连接。
[0018]与现有技术相比，本技术通过在电堆的阳极出口与阳极入口之间设置氢气循环回路，其中，氢气循环回路包括依次连接的第一汽水分离器和氢气循环装置，并在氢气循环回路上设置流量调节器，利用氢气循环装置和第一汽水分离器形成一个循环流动，能够将电堆阳极中的水和杂质气体排出电堆，第一汽水分离器分离得到的气体则通过氢气循环装置重新进入电堆的阳极，实现循环利用、提高氢气利用率；此外，氢气循环回路中少量的气体通过流量调节器排出电堆，使得氢气尾气排放速度均匀连续，无需使用缓冲罐进行氢气流量调节，进而减小了整个系统的体积，综上能够大大减少电堆排出的尾气量以及排出的氢气。
[0019]本技术将电堆的阴极出口通过第二汽水分离器连接至氢气消除装置，利用氢气消除装置将氢气和氧气发生反应生成水，利用第二汽水分离器移除尾气混合气体中的液态水、避免大量液态水进入氢气消除装置、避免影响氢气和氧气的反应效果，以此有效降低
尾气中氢气含量、甚至达到消除电堆尾气中氢气的效果、满足安全排放要求，不再局限于封闭空间的应用场合。
附图说明
[0020]图1为实施例中燃料电池系统的结构示意图。
[0021]其中：1、电堆，2、空气压缩机，3、氢气减压装置，4、氢气循环装置，5、第一汽水分离器，6、氢气消除装置，7、流量调节器，8、第二汽水分离器，9、高压氢气管路，10、阳极入口管路，11、阳极出口管路，12、第一氢气循环管路，13、第二氢气循环管路，14、第一液态水排放通路，15、空气入口管路，16、阴极入口管路，17、阴极出口管路，18、第二液态水排放通路，19、消氢入口管路，20、消氢出口管路。
具体实施方式
[0022]下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，其特征在于，包括电堆(1)，所述电堆(1)的阴极入口连接有空气压缩机(2)，所述电堆(1)的阳极入口连接有氢气减压装置(3)，所述电堆(1)的阳极出口与阳极入口之间设置氢气循环回路，所述氢气循环回路上设置有流量调节器(7)，所述氢气循环回路包括依次连接的第一汽水分离器(5)和氢气循环装置(4)，所述电堆(1)的阴极出口与第一汽水分离器(5)分别连接至第二汽水分离器(8)，所述第二汽水分离器(8)连接至氢气消除装置(6)。2.根据权利要求1所述的一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，其特征在于，所述流量调节器(7)设置在第一汽水分离器(5)与第二汽水分离器(8)之间。3.根据权利要求1所述的一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，其特征在于，所述空气压缩机(2)的一端连接有空气入口管路(15)，所述空气压缩机(2)的另一端通过阴极入口管路(16)连接至电堆(1)的阴极入口。4.根据权利要求1所述的一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气减压装置(3)的一端连接有高压氢气管路(9)，所述氢气减压装置(3)的另一端通过阳极入口管路(10)连接至电堆(1)的阳极入口。5.根据权利要求1所述的一种具有尾气氢气消除功能的燃料电池系统，其特征在于，所述电堆(1)的阳极出口通过阳极出口管路(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡磊，
申请(专利权)人：上海恒劲动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：