一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统及方法，一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统，所述溶液储罐、第一溶液泵和第一膜分离器串联连通，所述第一膜分离器设有供富氧空气流通且具有氧气选择透过性的第一膜分离组件，所述溶液储罐、第二溶液泵和第二膜分离器串联连通，所述第二膜分离器设有供外部介质流通且具有氧气选择透过性的第二膜分离组件。一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理方法，包括以下步骤：通过第一溶液泵将溶液储罐内的携氧溶液泵入第一膜分离器，将富氧空气通入第一膜分离器的第一膜分离组件；通过第二溶液泵将溶液储罐内的携氧溶液泵入第二膜分离器，将外部介质通入第二膜分离器的第二膜分离组件。的第二膜分离组件。的第二膜分离组件。

【技术实现步骤摘要】
一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统及方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统及方法。

技术介绍

[0002]密闭空间属于一种较为特殊的环境条件，其主要特点是与外界相对隔离、内部空气或氧气有限，常见于航空航天、深海装备、深地装备、军事坑道等领域。近年来，随着人类对太空、深海商业探索活动的不断深入，国内外对高效、可靠、无排放的密闭空间发电技术的需求愈发迫切。然而，由于缺乏空气，热机发电等常规技术在密闭空间内无法使用。目前，燃料电池被公认为密闭空间发电技术的主要发展方向。通常情况下，应用于密闭空间的燃料电池以纯氧为氧化剂，由于技术限制，现有燃料电池对氧气的利用率尚达不到100%，即燃料电池的尾气中会含有微量高浓度的氧气，在长时间运行过程中，上述氧气尾气会导致密闭空间内氧气浓度逐步上升，过高的氧气浓度给密闭空间的消防安全带来较大隐患；此外，不断排入的氧气尾气还会导致密闭空间的环境压力逐渐升高，不利于密闭空间的机械及结构安全，因此需要对氧气尾气进行处理，防止氧气浓度过高。
[0003]目前，现有燃料电池尾气处理方法大部分以处理氢侧尾气（氢气）为主要目的，专门针对密闭空间氧侧尾气（氧气）处理的技术方案尚未见报导。部分技术方案利用氢、氧催化反应，在处理氢侧尾气的同时完成了氧侧尾气的处理。例如，中国专利技术专利CN201310205526.9公开了一种氢氧燃料电池尾气净化系统，包括氧气汽水分离器、氢气汽水分离器、氢气缓冲器、气体混合室、催化反应器和冷却所述催化反应器的冷却系统；所述氧气汽水分离器通过氧气管道与所述气体混合室连接，所述氢气汽水分离器通过氢气管道和所述氢气缓冲器与所述气体混合室连接，所述气体混合室还与氮气管道连接；所述气体混合室的出口与所述催化反应器连接。上述技术方案采用铂基或钯基催化剂，使得氢气、氧气在催化剂表面发生氧化还原反应，完成对氢侧和氧侧尾气的处理。
[0004]然而，上述技术方案存在以下明显缺陷和不足：一方面，为保证氢气、氧气反应完全，必须严格控制氢气、氧气的流量配比、反应温度等参数，这对尾气处理系统提出了较为苛刻的要求；另一方面，由于氢气属于易燃易爆气体，在有氧气存在的情况下，氢气极易发生燃烧和爆炸，为此，现有技术方案提出的氢气和氧气通过直接接触而发生的氧化还原反应存在较大的安全隐患；此外，现有技术方案大多涉及到铂、钯等贵金属催化剂使用，考虑到催化剂使用寿命等问题，现有技术方案的处理成本也居高不下。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统及方法，以解决现有技术中的氢氧燃料电池尾气净化系统存在的参数控制复杂、存在较大安全隐患以及处理成本较高的技术问题。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾
气处理系统，包括第一膜分离器、第一溶液泵、溶液储罐、第二膜分离器和第二溶液泵，所述溶液储罐内储存有携氧溶液，所述溶液储罐、第一溶液泵和第一膜分离器串联连通，供第一膜分离器与溶液储罐形成供携氧溶液循环流通的连通回路，所述第一膜分离器设有供富氧空气流通且具有氧气选择透过性的第一膜分离组件，当富氧空气流经第一膜分离组件时，富氧空气中的氧气选择性透过第一膜分离组件进入流经第一膜分离器的携氧溶液中，所述溶液储罐、第二溶液泵和第二膜分离器串联连通，供第二膜分离器与溶液储罐形成供携氧溶液循环流通的连通回路，所述第二膜分离器设有供外部介质流通且具有氧气选择透过性的第二膜分离组件，当携氧溶液流经第二膜分离器时，携氧溶液中的氧气选择性透过第二膜分离组件进入流经第二膜分离组件的外部介质中。
[0007]在其中一个实施例中，还包括密闭空间、第一过滤器和气泵，所述密闭空间与高氧尾气相连通，供高氧尾气进入密闭空间形成富氧空气，所述第一膜分离器的第一膜分离组件的进口端经由第一过滤器和气泵与密闭空间相连通，供进入密闭空间的富氧空气经由第一过滤器过滤后再经由气泵泵入第一膜分离组件，所述第一膜分离器的第一膜分离组件的出口端与密闭空间相连通，供流经第一膜分离组件的富氧空气回流至密闭空间。
[0008]在其中一个实施例中，还包括气水分离器和收集水箱，所述气水分离器的气体进口和气体出口分别与氢氧燃料电池氧侧尾排口和密闭空间相连通，供氢氧燃料电池氧侧尾气气水分离形成高氧尾气进入密闭空间，所述气水分离器的液态水出口与所述收集水箱相连通，供氢氧燃料电池氧侧尾气气水分离形成的液态水进入收集水箱。
[0009]在其中一个实施例中，还包括第二过滤器和循环泵，所述外部介质经由第二过滤器和循环泵与第二膜分离器的第二膜分离组件的进口端相连通，供外部介质经由第二过滤器过滤后再经由循环泵泵入第二膜分离组件，所述第二膜分离器的第二膜分离组件的出口端与外部环境相连通，供流经第二膜分离组件的外部介质回流至外部环境。
[0010]在其中一个实施例中，还包括氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器设于密闭空间内，以监测密闭空间的氧气浓度，当氧气浓度传感器示数高于设定上限值时，所述第一溶液泵、第二溶液泵、气泵和循环泵启动，所述氧气浓度传感器示数低于设定下限值时，所述第一溶液泵、第二溶液泵、气泵和循环泵关闭。
[0011]在其中一个实施例中，还包括压力传感器，所述压力传感器设于密闭空间内，以监测密闭空间内的气压，当压力传感器示数高于设定上限值时，所述第一溶液泵、第二溶液泵、气泵和循环泵启动，所述压力传感器示数低于设定下限值时，所述第一溶液泵、第二溶液泵、气泵和循环泵关闭。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一膜分离器和第二膜分离器分别包括壳体，所述第一膜分离组件和第二膜分离组件均为具有氧气选择透过性的中空纤维膜，所述壳体内设有两组隔板，所述两组隔板分别与壳体两端的内壁围合形成进入腔和排出腔，所述中空纤维膜固定穿设于两组隔板之间，所述中空纤维膜的两端分别与进入腔和排出腔相连通，所述第一膜分离组件和第二膜分离组件的进口端为设于壳体并与进入腔相连通的第一开口，所述第一膜分离组件和第二膜分离组件的出口端为设于壳体并与排出腔相连通的第二开口。
[0013]在其中一个实施例中，所述壳体、两组隔板和中空纤维膜之间的空隙围合形成第一膜分离器和第二膜分离器的壳程，所述溶液储罐、第一溶液泵和第一膜分离器的壳程串联连通，供第一膜分离器的壳程与溶液储罐形成供携氧溶液循环流通的连通回路，所述溶
液储罐、第二溶液泵和第二膜分离器的壳程串联连通，供第二膜分离器的壳程与溶液储罐形成供携氧溶液循环流通的连通回路。
[0014]在其中一个实施例中，所述携氧溶液为血红蛋白溶液或液态氟碳化合物，所述中空纤维膜为硅酮橡胶中空纤维膜或疏水性多孔中空纤维膜，所述外部介质为海水或空气。
[0015]一种基于所述的尾气处理系统的密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理方法，包括以下步骤：通过第一溶液泵将溶液储罐内的携氧溶液泵入第一膜分离器，将富氧空气通入第一膜分离器的第一膜分离组件，富氧空气中的氧气选择性透过第一膜分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统，其特征在于，包括第一膜分离器、第一溶液泵、溶液储罐、第二膜分离器和第二溶液泵，所述溶液储罐内储存有携氧溶液，所述溶液储罐、第一溶液泵和第一膜分离器串联连通，供第一膜分离器与溶液储罐形成供携氧溶液循环流通的连通回路，所述第一膜分离器设有供富氧空气流通且具有氧气选择透过性的第一膜分离组件，当富氧空气流经第一膜分离组件时，富氧空气中的氧气选择性透过第一膜分离组件进入流经第一膜分离器的携氧溶液中，所述溶液储罐、第二溶液泵和第二膜分离器串联连通，供第二膜分离器与溶液储罐形成供携氧溶液循环流通的连通回路，所述第二膜分离器设有供外部介质流通且具有氧气选择透过性的第二膜分离组件，当携氧溶液流经第二膜分离器时，携氧溶液中的氧气选择性透过第二膜分离组件进入流经第二膜分离组件的外部介质中。2.根据权利要求1所述的一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统，其特征在于，还包括密闭空间、第一过滤器和气泵，所述密闭空间与高氧尾气相连通，供高氧尾气进入密闭空间形成富氧空气，所述第一膜分离器的第一膜分离组件的进口端经由第一过滤器和气泵与密闭空间相连通，供进入密闭空间的富氧空气经由第一过滤器过滤后再经由气泵泵入第一膜分离组件，所述第一膜分离器的第一膜分离组件的出口端与密闭空间相连通，供流经第一膜分离组件的富氧空气回流至密闭空间。3.根据权利要求2所述的一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统，其特征在于，还包括气水分离器和收集水箱，所述气水分离器的气体进口和气体出口分别与氢氧燃料电池氧侧尾排口和密闭空间相连通，供氢氧燃料电池氧侧尾气气水分离形成高氧尾气进入密闭空间，所述气水分离器的液态水出口与所述收集水箱相连通，供氢氧燃料电池氧侧尾气气水分离形成的液态水进入收集水箱。4.根据权利要求2所述的一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统，其特征在于，还包括第二过滤器和循环泵，所述外部介质经由第二过滤器和循环泵与第二膜分离器的第二膜分离组件的进口端相连通，供外部介质经由第二过滤器过滤后再经由循环泵泵入第二膜分离组件，所述第二膜分离器的第二膜分离组件的出口端与外部环境相连通，供流经第二膜分离组件的外部介质回流至外部环境。5.根据权利要求4所述的一种密闭空间氢氧燃料电池氧侧尾气处理系统，其特征在于，还包括氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器设于密闭空间内，以监测密闭空间的氧气浓度，当氧气浓度传感器示数高于设定上限值时，所述第一溶液泵、第二溶液泵、气泵和循环泵启动，所述氧气浓度传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁斌，彭元亭，周蕾，王兆聪，张奥，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：