CN109065920A - 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法 - Google Patents

一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109065920A
CN109065920A CN201810664952.1A CN201810664952A CN109065920A CN 109065920 A CN109065920 A CN 109065920A CN 201810664952 A CN201810664952 A CN 201810664952A CN 109065920 A CN109065920 A CN 109065920A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample gas
fuel cell
cell pile
analysis
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810664952.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109065920B (zh
Inventor
徐增师
戴昌闾
张海波
花仕洋
王傲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Original Assignee
Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC filed Critical Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Priority to CN201810664952.1A priority Critical patent/CN109065920B/zh
Publication of CN109065920A publication Critical patent/CN109065920A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109065920B publication Critical patent/CN109065920B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/0441—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，包括样气预处理单元和分析仪表单元，样气预处理单元包括球阀、金属过滤器、冷凝器、汽水分离器、膜过滤器、针阀和流量计，其过滤器采用二级串联模式，其冷凝器选用盘管式，其流量计选用浮子流量计，保证样气稳流和仪表稳态工作，分析仪表单元包括在线仪表和电源，其分析仪表采用电化学原理，对样气中氢/氧浓度进行实时分析；还公开了其分析方法；本发明可实现对燃料电池电堆尾气的在线分析和监测，实时反馈燃料电池电堆的内部工作状态和尾气中氢/氧浓度值，且具有结构简单、安全可靠和成本低等优点。

Description

一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，以及分析方法。
背景技术
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。与常规电池的不同之处在于直接通过电化学反应将储存在燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能，能力转化效率高，可靠性高，环境污染低，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲美，是解决资源匮乏和污染恶化这两大问题最重要的途径。各国政府以及各大公司相继投入大量人力和物力进行研究，目前已在汽车、分布式发电、备用电源、便携式电源、飞机、轮船、潜艇等应用中得到开发和验证。
燃料电池电堆作为燃料电池发电装置的核心部件，其安全可靠运行是关系到整个装置能否应用的关键。
因此，对燃料电池电堆运行状态实时监测是非常必要的，以便于实时了解电堆运行状态，可避免因电堆运行异常导致供电装置瘫痪而引发的事故。然而，传统的燃料电池技术不足以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的之一在于根据现有燃料电池技术的不足，提供一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，该系统可实现对燃料电池电堆尾气的在线分析和监测，便于及时了解燃料电池电堆的内部工作状态。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，包括样气预处理单元和分析仪表单元；所述的样气预处理单元包括依次设置在管道上的取样支路球阀、金属过滤器、冷凝器、汽水分离器、膜过滤器、针阀和流量计；所述的管道两端分别为样气进口和样气出口；所述的金属过滤器和膜过滤器采用二级串联模式先后对样气进行过滤处理；所述的分析仪表单元包括设置在针阀和流量计之间的在线仪表以及连接在线仪表的电源，所述的在线仪表基于电化学原理对样气中的氢/氧浓度进行实时分析。
所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其冷凝器采用盘管式冷凝器，其冷凝水经汽水分离器排出。
所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其流量计采用浮子流量计，以实现样气稳流和仪表稳态工作。
所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其管道为1/4英寸不锈钢管。
本发明的目的之二在于提供一种基于上述在线分析系统的燃料电池电堆的尾气在线分析方法，步骤为：
a，工作状态下，打开取样支路球阀，对通过金属过滤器的燃料电池电堆尾气进行一级过滤，实现样气预过滤处理；
b，冷凝器和汽水分离器依次对经过预过滤处理的样气进行冷凝和汽水分离，实现样气除水处理；
c，膜过滤器对经过除水处理的样气进行二级过滤，实现样气的进一步过滤处理；
d，最后，在线仪表对流经针阀的经二级过滤的样气至进行氢/氧浓度的实时分析，当氢/氧浓度值高于正常值时，表明膜电极破损、电堆工作异常，立刻停机排检；
e，分析后的样气通过流量计后经出口回流到主气路，该流量计的设置使支路中样气流量恒定，进而实现分析仪表稳态工作，确保分析结果准确可靠。
本发明的积极有益效果：
1），本发明采用二级过滤模式，金属过滤器的预过滤处理避免膜过滤器过滤较大粒径杂质，能够延长膜过滤器的使用寿命，使成本降低；
2），本发明采用浮子流量计稳定样气流量，实现分析仪表稳态工作，使分析结果准确可靠；
3），本发明系统结构简单、安全可靠、操作方便、制造和维护成本低。
附图说明
图1 是为本发明的系统结构示意图。
各附图标记为：1—取样支路球阀，2—金属过滤器，3—冷凝器，4—汽水分离器，5—膜过滤器，6—针阀，7—在线仪表，8—电源，9—流量计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，实施例如下。
本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，能够实现对电堆尾气的在线分析和监测，实时反馈燃料电池电堆的内部工作状态，具有重要现实现实意义和工程价值。
参照图1所示，本发明公开了一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，包括样气预处理单元和分析仪表单元。
其中所述的样气预处理单元包括依次设置在管道上的取样支路球阀1、金属过滤器2、冷凝器3、汽水分离器4、膜过滤器5、针阀6和流量计9；所述的冷凝器3采用盘管式冷凝器，其冷凝水经汽水分离器4排出；所述的流量计9采用浮子流量计，以实现样气稳流和仪表稳态工作。
所述的管道为1/4英寸不锈钢管，管道两端分别为样气进口和样气出口。
所述的金属过滤器2和膜过滤器5采用二级串联模式先后对样气进行过滤处理。其金属过滤器的一级过滤处理，可延长膜过滤器的使用寿命。
所述的分析仪表单元包括设置在针阀6和流量计9之间的在线仪表7以及连接在线仪表7的电源8，所述的在线仪表7基于电化学原理对样气中的氢/氧浓度进行实时分析。
结合本发明的系统结构，对本发明的技术原理作如下说明：
工作状态下，打开取样支路球阀1，燃料电池电堆的尾气通过金属过滤器2进行一级过滤，实现样气预过滤处理。
随后，经预过滤处理的样气依次通过冷凝器3和汽水分离器4进行冷凝和汽水分离，实现样气除水处理。
经除水处理的样气通过膜过滤器5进行二级过滤，实现样气进一步过滤处理。
最后，经二级过滤的样气经针阀6至在线仪表7进行氢/氧浓度的实时分析。当氢/氧浓度值高于正常值时，表明膜电极破损、电堆工作异常，立刻停机排检。分析后的样气通过流量计9后经出口回流到主气路。该流量计9的设置使支路中样气流量恒定，进而实现分析仪表稳态工作，确保分析结果准确可靠。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其特征在于：包括样气预处理单元和分析仪表单元；
所述的样气预处理单元包括依次设置在管道上的取样支路球阀（1）、金属过滤器（2）、冷凝器（3）、汽水分离器（4）、膜过滤器（5）、针阀（6）和流量计（9）；
所述的管道两端分别为样气进口和样气出口；
所述的金属过滤器（2）和膜过滤器（5）采用二级串联模式先后对样气进行过滤处理；
所述的分析仪表单元包括设置在针阀（6）和流量计（9）之间的在线仪表（7）以及连接在线仪表（7）的电源（8），所述的在线仪表（7）基于电化学原理对样气中的氢/氧浓度进行实时分析。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其特征在于，所述的冷凝器（3）采用盘管式冷凝器，其冷凝水经汽水分离器（4）排出。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其特征在于，所述的流量计（9）采用浮子流量计，以实现样气稳流和仪表稳态工作。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其特征在于，所述的管道为1/4英寸不锈钢管。
5.一种燃料电池电堆的尾气在线分析方法，基于权利要求1所述的在线分析系统，其特征在于，步骤为：
a，打开取样支路球阀（1），对通过金属过滤器（2）的燃料电池电堆尾气进行一级过滤，实现样气预过滤处理；
b，冷凝器（3）和汽水分离器（4）依次对经过预过滤处理的样气进行冷凝和汽水分离，实现样气除水处理；
c，膜过滤器（5）对经过除水处理的样气进行二级过滤，实现样气的进一步过滤处理；
d，在线仪表（7）对流经针阀（6）的样气至进行氢/氧浓度的实时分析，当氢/氧浓度值高于正常值时，表明膜电极破损、电堆工作异常，立刻停机排检；
e，分析后的样气通过流量计（9）后经出口回流到主气路。
CN201810664952.1A 2018-06-25 2018-06-25 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法 Active CN109065920B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810664952.1A CN109065920B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810664952.1A CN109065920B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109065920A true CN109065920A (zh) 2018-12-21
CN109065920B CN109065920B (zh) 2023-08-18

Family

ID=64821506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810664952.1A Active CN109065920B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109065920B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114530619A (zh) * 2022-04-22 2022-05-24 浙江海盐力源环保科技股份有限公司 一种燃料电池尾气消氢装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN208284568U (zh) * 2018-06-25 2018-12-25 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） 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN208284568U (zh) * 2018-06-25 2018-12-25 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） 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114530619A (zh) * 2022-04-22 2022-05-24 浙江海盐力源环保科技股份有限公司 一种燃料电池尾气消氢装置
CN114530619B (zh) * 2022-04-22 2022-07-19 浙江海盐力源环保科技股份有限公司 一种燃料电池尾气消氢装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109065920B (zh) 2023-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201811870U (zh) 一种自启动式用于安全壳内氢气浓度测量的取样分析装置
CN109900644B (zh) 一种少组分变压器油气在线监测装置和方法
CN202748346U (zh) 一种电力变压器绝缘油中溶解气体智能在线监测装置
Zhang et al. Realization of the transient-based boundary protection for HVDC transmission lines based on high frequency energy criteria
WO2019144795A1 (zh) 14c-ams快速在线分析仪
CN103499671A (zh) 一种现场测试火电厂scr系统脱硝催化剂活性的方法
CN210037575U (zh) 一种少组分变压器油气在线监测装置
Kheirrouz et al. Fault detection and diagnosis methods for green hydrogen production: A review
CN208284568U (zh) 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统
Beyer et al. Electrolyte Imbalance Determination of a Vanadium Redox Flow Battery by Potential‐Step Analysis of the Initial Charging
CN109065920A (zh) 一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法
CN103529337B (zh) 设备故障与电气量信息间非线性相关关系的识别方法
CN208140579U (zh) 基于光电传感原理的气体绝缘设备在线气体监测控制系统
CN113862713A (zh) Pem纯水电解制氢测试系统
CN112539978A (zh) 一种获得核电站核岛烟囱c-14取样装置吸收效率的方法
CN202453331U (zh) 一种水电站及泵站油系统用油色谱在线监测装置
WO2023165027A1 (zh) 一种燃料电池组在线阻抗测量装置
CN1322955A (zh) 基于烟气成分分析的锅炉效率在线监测方法
CN218956474U (zh) 一种非甲烷总烃的在线高效检测设备
KR101285530B1 (ko) 붕소이온을 이용하여 원자력발전소 증기발생기 세관의 누설을 감시하는 방법 및 감시시스템
CN201348580Y (zh) 一种氯气取样装置
Huang et al. Experimental Study on the Effect of Operating Conditions on the Efficiency of Vanadium Redox Flow Battery
CN114113384A (zh) 电力变压器本体与有载分接开关一体化色谱在线监测装置
CN204330692U (zh) 基于集成式光伏变电站变压器的在线监控装置
CN205426885U (zh) 一种gis设备内六氟化硫气体的在线监测和收集装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant