CN102842729B - 一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置 Download PDF

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Abstract

一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置。它包括空气进口、氢气进口、空气流道、氢气流道、催化剂区域、冷却水流道、冷去水进口、冷却水出口及处理后尾气出口；其氢气流道为圆柱状，氢气流道被筒状催化剂区域包围，催化剂区域被筒状空气流道包围，空气流道被筒状冷却水道包围；空气流道、催化剂区域及冷却水道均为圆筒状；氢气流道和空气流道靠催化剂区域一侧均开有圆孔，氢气流道、空气流道及冷却水流道内均设有隔板，且隔板开有均布小孔；空气进口和氢气进口设在该装置一头，尾气出口设在该装置另一头，空气进口和空气流道联通，氢气进口与氢气流道联通。本装置能高效的处理燃料电池氢气尾气，反应生成的热量被带走，安全可靠，结构简单。

Description

一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置
技术领域
本发明涉及一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种直接利用氢能发电的装置，PEMFC把贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量转化效率高；燃料电池环境友好，唯一排放物是水。因此，燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。
就目前的PEMFC电池技术而言,氢气的利用率难以达到100%,未参加反应的氢气随尾气被排放掉，氢气的排放会造成多方面不利的影响：首先，在通风条件不好的室内场所,氢气的富集极易引起爆炸；其次，排放的氢气直接进入大气平流层，会对上层大气的臭氧层造成破坏，威胁人类的生存和健康。除此之外，氢气还是环境中许多微生物的营养物质，过多的氢气可能对微生物圈造成无法预见的影响。如果能将燃料电池排出的尾氢处理掉，将会避免上述危害的发生。
发明内容
本发明目的旨在提供一种结构简单、安全可靠的质子交换膜燃料电池尾气处理装置。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置，该装置包括空气进口、氢气进口、空气流道、氢气流道、催化剂区域、冷却水流道、冷去水进口、冷却水出口及处理后尾气出口；其中氢气流道为圆柱状，氢气流道被筒状催化剂区域包围，催化剂区域被筒状空气流道包围，空气流道被筒状冷却水道包围；空气流道、催化剂区域以及冷却水道均为圆筒状，氢气流道和空气流道靠催化剂区域一侧均开有圆孔，氢气流道、空气流道以及冷却水流道内均设有隔板，且隔板开有均匀分布小孔；空气进口和氢气进口设在该装置一头，尾气出口设在该装置另一头，空气进口和空气流道联通，氢气进口与氢气流道联通。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置，其氢气流道和空气流道靠催化剂区域一侧开的小孔为孔径1mm圆孔。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置，其装置由不锈刚材料制成。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置，其催化剂区域填充颗粒状氢氧反应催化剂，催化剂颗粒直径大于1mm。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置，其氢气流道、空气流道以及冷却水流道内所设的隔板，开有孔径为1-2mm通孔。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置，设置冷却腔，将反应产生的热量带走。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置，其处理后尾气排放口可同时将尾气以及反应产生的水排出。
本发明提供的一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置，能将燃料电池堆尾气中的危险气体氢气处理掉，提高燃料电池电堆工作的安全性。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置具有以下优点。
1.本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置主要由氢气流道、空气流道、催化剂区域、以及冷却水道一体组成，结构简单。
2.本发明的装置设置冷却腔，将反应产生的热量带走，保证催化剂的活性，避免装置温度过高，使得装置安全可靠。
3.本发明装置所采用的催化剂布局为圆筒状，催化剂为颗粒状保证反应气体与催化剂有较大的接触面积，从而能高效的处理氢气。
附图说明
  图1为本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置平面剖视图。
图2为本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置前端剖视放大示意图
   图3为本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置后端剖视放大示意图
   图中：1氢气进口，2空气进口，3氢气流道，4催化剂区域，5、空气流道，6、隔板，7冷却水流道，8冷却水进口，9尾气出口，10冷却水出口。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明的质子交换膜燃料电池尾气处理装置结构平面剖视图如图1，该装置包括空气进口2、氢气进口1、空气流道5、氢气流道3、催化剂区域4、冷却水流道7、冷去水进口8、冷却水出口10及处理后尾气出口9；其中氢气流道为圆柱状，氢气流道被筒状催化剂区域包围，催化剂区域被筒状空气流道包围，空气流道被筒状冷却水道包围；氢气流道和空气流道靠催化剂区域一侧均开有圆孔，氢气流道、空气流道以及冷却水流道内均设有隔板6，且隔板开有均匀分布小孔；空气进口和空气流道联通，氢气进口与氢气流道联通。
本装置制造实施步骤如下：
1、氢气流道的制造，选取直径为20mm，长度为100mm，厚度为1mm的不锈钢管。在管子一端焊接一不锈钢短管作氢气进口1，另一端密封，将管道外周围钻成多孔状，孔径为1mm。
  2、催化剂区域的制造，选取直径为25mm，长度为100mm，厚度为1mm的不锈钢管。在管子一端焊接一不锈钢短管作为尾气出口9，出口与此管道的底部一侧保持在同一个水平面上，便于将反应生成的水以及尾气排走。将管道外周围钻成多孔状，孔径为1mm，将此管道一端按图1所示套住氢气流道焊接封闭，并使尾气出口9与氢气进口1分别在套装成的管子两头。此管道与氢气流道管壁之间空间为催化剂区域，催化剂区域填充颗粒状氢氧反应催化剂，催化剂颗粒直径大于1mm。两管之间焊接支撑板6，支撑板上开有通孔，孔径为1mm。
3、空气流道的制造，选取直径为30mm，长度为100mm，厚度为1mm的不锈钢管子。将此不锈钢管一端套住氢气流道不锈钢管道焊接，另外一端套住催化剂区域外壁不锈钢管道焊接。空气流道不锈钢管与催化剂区域外壁不锈钢管道间焊接支撑板，支撑板上开有通孔，孔径为1-2mm。在管道一端开孔焊接不锈钢短管作空气进口2。
   4、冷却水流道的制造，选取直径为35mm，长度为100mm，厚度为1mm的不锈钢管子。将此管子一端套住空气流道不锈钢管焊接，另外一端套住催化剂区域外壁管道焊接。空气流道与冷却水流道间焊接支撑板6，支撑板上有通孔，孔径为1-2mm。将管道两端开孔焊接冷却水进口8与冷却水出口10。这样就做成了质子交换膜燃料电池尾气处理装置。
   上述实例是本质子交换膜燃料电池尾气处理装置的特例，而非唯一可用实例，依据本发明思想所述技术实施方式所做的其它特定形式实例，仍然属于本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置，其特征在于，该装置包括空气进口、氢气进口、空气流道、氢气流道、催化剂区域、冷却水流道、冷却水进口、冷却水出口及处理后尾气出口；其中氢气流道为圆柱状，氢气流道被圆筒状催化剂区域包围，催化剂区域被圆筒状空气流道包围，空气流道被圆筒状冷却水流道包围；氢气流道和空气流道靠催化剂区域一侧均开有孔径1mm的圆孔，催化剂区域填充颗粒状氢氧反应催化剂，催化剂颗粒直径大于1mm，氢气流道、空气流道以及冷却水流道内均设有隔板，且隔板开有均匀分布的孔径为1-2mm的小孔；空气进口和氢气进口设在该装置一头，尾气出口设在该装置另一头，空气进口和空气流道联通，氢气进口与氢气流道联通。
2.按照权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池尾气处理装置，其特征在于：所述装置由不锈钢材料制成。
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