CN114530619B - 一种燃料电池尾气消氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池尾气消氢装置，属于燃料电池尾气处理领域，通过氢气传感器的设置，当装置本体排放的尾气中存在氢气时，控制尾气通过回气管再次通入装置本体内进行催化反应，实现尾气的循环处理，同时，在此过程中，尾气沿着回气管向装置本体内移动时，在气体挤压力下，气动预警管局部位移，使气塌封杆端部从气动预警管内脱落，一方面，可观察到内部的气塌封杆坍塌，另一方面，在气动预警管局部位移过程中，回转色球相互错位破裂，进而使透色层表面的多个溢色条呈现明显色块的状态，进而在视觉上对现场的工作人员起到双重预警效果，进而使工作人员能够及时进行催化剂更换补充，有效保证氢气的持续性消除，有效降低安全隐患。

Description

一种燃料电池尾气消氢装置

技术领域

本发明涉及燃料电池尾气处理领域，更具体地说，涉及一种燃料电池尾气消氢装置。

背景技术

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，在通风不畅的地下环境氢气可能在顶部聚集易引起燃烧甚至爆炸，为保障安全有必要通过技术手段将排放尾气中的氢气浓度尽可能降低，现有技术中，一般将尾气中的氢气与氧气通过催化反应生成液态水，可消去90%以上的氢气。随后经汽水分离器将液态水分离并排入燃料电池的储水罐，消氢后的尾气则直接对外排放。

但是在上述消氢过程中，由于催化剂在长时间使用过程中，虽然催化剂在化学方程式前后不便，但是仍然存在一定的损耗，出现催化剂催化性能下降的情况，虽然现有技术中，会定时进行催化剂的补充更换，但是当未达到催化剂更换时间就发生上述现象时，在这种情况下，消氢装置中排放的尾气仍然存在一定的氢气，仍然存在一定的安全隐患。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池尾气消氢装置，通过氢气传感器的设置，当装置本体排放的尾气中存在氢气时，控制尾气通过回气管再次通入装置本体内进行催化反应，实现尾气的循环处理，同时，在此过程中，尾气沿着回气管向装置本体内移动时，在气体挤压力下，气动预警管局部位移，使气塌封杆端部从气动预警管内脱落，一方面，可观察到内部的气塌封杆坍塌，另一方面，在气动预警管局部位移过程中，回转色球相互错位破裂，进而使透色层表面的多个溢色条呈现明显色块的状态，进而在视觉上对现场的工作人员起到双重预警效果，进而使工作人员能够及时进行催化剂更换补充，有效保证氢气的持续性消除，有效降低安全隐患。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种燃料电池尾气消氢装置，包括与燃料电池连接的装置本体，所述装置本体上安装有控制板，所述装置本体的下封头通过汽水分离器连接有水储罐，所述水储罐用于接收燃料电池在反应时产生的水，所述装置本体内部设置有催化氧化反应床，所述装置本体与汽水分离器之间连接有氢气传感器，所述汽水分离器外端固定连接有排气主管，所述排气主管外端分别连接有带有电磁阀的外排管和带有电磁阀的回气管，所述氢气传感器以及电磁阀均与控制板信号连接，所述回气管与装置本体的上封头连接并与装置本体内部相通，所述回气管中部固定镶嵌有气动预警管，所述气动预警管包括与回气管固定的定位球、气离球、连接在定位球和气离球之间的通气管以及连接在气离球上端与回气管之间的气动杆，所述定位球下端与回气管固定并相通，且气离球位于定位球上方，所述定位球内部固定连接有定位杆，所述定位杆上端固定连接有气塌封杆，所述气塌封杆活动贯穿通气管和气离球，且气塌封杆上端部嵌入至气动杆内，且气塌封杆与气动杆过盈配合。

进一步的，所述气动杆包括与气离球上端固定的外动管以及套设在外动管上端外侧的外管套，所述外管套与回气管固定。

进一步的，所述外动管位于外管套内的部分为具有伸缩功能的波纹结构，外动管位于外管套外的部分为内壁均匀光滑的规则管状结构。

进一步的，所述气塌封杆包括与定位杆固定的预塌杆以及与预塌杆上端固定的硅胶球，所述硅胶球位于外动管内并与外动管过盈配合。

进一步的，所述预塌杆位于气离球内的部分为柔性结构，所述预塌杆位于气离球下的部分位于硬质结构。

进一步的，所述气离球包括两个半球罩，两个所述半球罩相互靠近的一端均固定连接有限位卡环，两个所述限位卡环相互卡接，两个所述限位卡环外端中部固定包裹有透色层，所述透色层外表面粘附有固定有多个均匀分布的溢色条的环形透明贴，所述溢色条内镶嵌有回转色球。

进一步的，所述透色层为弹性透明密封结构，所述溢色条以及环形透明贴均为浅色吸水性材料制成。

进一步的，所述回转色球包括两个相互滑动的预错位球、分别固定连接在两个预错位球相互远离一端的两个回转绳以及固定镶嵌在两个预错位球围成的球形空腔内的储色膜球，所述储色膜球内填充有彩色液体，两个所述回转绳的端部分别贯穿溢色条的上下两端并与环形透明贴固定。

进一步的，与一个所述预错位球下端固定的回转绳贴附在对应预错位球表面并与位于溢色条上方的环形透明贴的部分固定，与另一个预错位球上端固定的回转绳贴附在对应预错位球表面并与位于溢色条下方的环形透明贴的部分固定。

进一步的，所述储色膜球为弹性材料制成，所述预错位球为硬质结构，所述回转绳为非弹性的柔性绳结构。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过氢气传感器的设置，当装置本体排放的尾气中存在氢气时，控制尾气通过回气管再次通入装置本体内进行催化反应，实现尾气的循环处理，同时，在此过程中，尾气沿着回气管向装置本体内移动时，在气体挤压力下，气动预警管局部位移，使气塌封杆端部从气动预警管内脱落，一方面，可观察到内部的气塌封杆坍塌，另一方面，在气动预警管局部位移过程中，回转色球相互错位破裂，进而使透色层表面的多个溢色条呈现明显色块的状态，进而在视觉上对现场的工作人员起到双重预警效果，进而使工作人员能够及时进行催化剂更换补充，有效保证氢气的持续性消除，有效降低安全隐患。

附图说明

图1为本发明的正面的结构示意图；

图2为本发明的消氢过程的示意图；

图3为本发明的气动预警管的结构示意图；

图4为本发明的气离球正面的结构示意图；

图5为本发明的气离球截面部分的结构示意图；

图6为本发明的溢色条部分的结构示意图；

图7为本发明的尾气使气离球分离后截面的结构示意图；

图8为本发明的气离球分离后正面的结构示意图；

图9为本发明的回转色球的结构示意图；

图10为本发明的回转色球受力时变化的过程结构示意图。

图中标号说明：

1装置本体、2外排管、3回气管、4气动预警管、41定位球、42气离球、43外动管、44外管套、45通气管、5定位杆、6气塌封杆、61预塌杆、62硅胶球、7透色层、8溢色条、9回转色球、91回转绳、92预错位球、93储色膜球、10限位卡环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，图中a表示汽水分离器，b表示氢气传感器，一种燃料电池尾气消氢装置，包括与燃料电池连接的装置本体1，装置本体1上安装有控制板，装置本体1的下封头通过汽水分离器连接有水储罐，水储罐用于接收燃料电池在反应时产生的水，装置本体1内部设置有催化氧化反应床，氢气的催化氧化反应为公知技术，在此不做过多赘述，装置本体1与汽水分离器之间连接有氢气传感器，汽水分离器外端固定连接有排气主管，排气主管外端分别连接有带有电磁阀的外排管2和带有电磁阀的回气管3，氢气传感器以及电磁阀均与控制板信号连接，回气管3与装置本体1的上封头连接并与装置本体1内部相通，回气管3中部固定镶嵌有气动预警管4，当氢气传感器检测到装置本体1排放的尾气中仍然有超标的尾气后，将该信号反馈给控制板，控制板控制外排管2上电磁阀关闭，回气管3上电磁阀开启，使尾气经过回气管3以及气动预警管4回到装置本体1内，再次进行催化反应，当未检测到超标氢气后，则回气管3上电磁阀关闭，外排管2上开启，使尾气直接排放，可有效避免当催化剂催化性能下降后，尾气中氢气未完全消除或者仍存在较多氢气时直接排放到空气中，进而有效降低安全隐患。

另外，还可设置与控制板信号连接的声光报警器，与本方案中的预警方式相互辅助，从而可以对现场以及较远的工作人员进行预警，提高预警范围，并且在声光报警器报警后，工作人员可根据本方案的现象及时直接直接判断催化剂的情况，无需再花时间检查燃料电池在反应以及尾气排放的整个过程中具体的问题点，进一步提高安全性。

请参阅图3，气动预警管4包括与回气管3固定的定位球41、气离球42、连接在定位球41和气离球42之间的通气管45以及连接在气离球42上端与回气管3之间的气动杆，气动杆包括与气离球42上端固定的外动管43以及套设在外动管43上端外侧的外管套44，外管套44与回气管3固定，定位球41下端与回气管3固定并相通，且气离球42位于定位球41上方，在尾气朝向回气管3处排放时，在尾气的挤压力下，使气离球42的两个半球罩存在分离趋势，在外动管43上方的波纹管作用下，上方的半球罩逐渐上移，直至气塌封杆6上端部从外动管43内脱落，此时使气动预警管4被导通，此时尾气可穿过回气管3和气动预警管4回到装置本体1内。

外动管43位于外管套44内的部分为具有伸缩功能的波纹结构，使气动杆在受到挤压时可缩短，为两个半球罩的分离提供一定的空间，另外波纹管的收缩范围大于透色层7完全伸展时的宽度，并且该收缩范围小于透色层7最大弹性限度时的宽度，并且透色层7完全伸展的宽度小于气塌封杆6位于外动管43内的长度。

定位球41内部固定连接有定位杆5，定位杆5上端固定连接有气塌封杆6，气塌封杆6活动贯穿通气管45和气离球42，且气塌封杆6上端部嵌入至气动杆内，且气塌封杆6与气动杆过盈配合，外动管43位于外管套44外的部分为内壁均匀光滑的规则管状结构，使气塌封杆6与其过盈配合时，对该处的密封效果较好，不易出现向另一侧漏气的情况发生，使气塌封杆6能够在发生预期的从外动管43内脱落的现象，通过气塌封杆6可临时封堵气动预警管4，使回气管3两端不导通，从而可以借助回流的尾气使气离球42分离，并产生一系列显示催化剂性能下降的现象，有效保证现场工作人员能够及时发觉该情况，并及时进行补充更换，从而有效避免经过消氢处理的尾气中仍还有氢气的情况发生，相较于现有技术，大幅度降低该情况导致的安全隐患。

请参阅图5和7，气塌封杆6包括与定位杆5固定的预塌杆61以及与预塌杆61上端固定的硅胶球62，硅胶球62位于外动管43内并与外动管43过盈配合，预塌杆61位于气离球42内的部分为柔性结构，预塌杆61位于气离球42下的部分位于硬质结构，使气塌封杆6上端部从外动管43内脱离后，其能够坍塌，进而使其不能自动复位，进而使该现象具有持续性，有效保证在对工作人员提醒前不易消失。

气离球42包括两个半球罩，两个半球罩相互靠近的一端均固定连接有限位卡环10，两个限位卡环10相互卡接，如图4，两个限位卡环10外端中部固定包裹有透色层7，请参阅图6，透色层7外表面粘附有固定有多个均匀分布的溢色条8的环形透明贴，透明使其不易影响对内部气塌封杆6变化情况的观察，溢色条8内镶嵌有回转色球9，透色层7为弹性透明密封结构，便于观察气塌封杆6的现象变化，溢色条8以及环形透明贴均为浅色吸水性材料制成，便于内部回转色球9破裂后溢色条8处能够及时变色。

请参阅图9，回转色球9包括两个相互滑动的预错位球92、分别固定连接在两个预错位球92相互远离一端的两个回转绳91以及固定镶嵌在两个预错位球92围成的球形空腔内的储色膜球93，储色膜球93内填充有彩色液体，两个回转绳91的端部分别贯穿溢色条8的上下两端并与环形透明贴固定，在两个半球罩相互分离后，随着气体的继续挤压，回转色球9受到拉扯力，使两个回转绳91分别对预错位球92产生相反的拉力，使二者错位滑动，此时内部的彩色液体外溢，并被溢色条8以及环形透明贴吸附，从而产生明显的色块，进一步提高视觉提醒效果，使现场工作人员更易发觉该处的变化，从而及时更花并补充催化剂。

与一个预错位球92下端固定的回转绳91贴附在对应预错位球92表面并与位于溢色条8上方的环形透明贴的部分固定，与另一个预错位球92上端固定的回转绳91贴附在对应预错位球92表面并与位于溢色条8下方的环形透明贴的部分固定，使在受到拉扯力时，预错位球92需要发生一定回转才能直接受到拉力而相互错位移动，有效保护内部的储色膜球93不易在意外受拉力时破裂，使气离球42表面的显色现象对内部催化剂情况的反应更加准确，储色膜球93为弹性材料制成，预错位球92为硬质结构，回转绳91为非弹性的柔性绳结构，使受力时，回转绳91对两个预错位球92的拉扯力更好。

通过氢气传感器的设置，当装置本体1排放的尾气中存在氢气时，控制尾气通过回气管3再次通入装置本体1内进行催化反应，实现尾气的循环处理，同时，在此过程中，尾气沿着回气管3向装置本体1内移动时，在气体挤压力下，气动预警管4局部位移，使气塌封杆6端部从气动预警管4内脱落，一方面，可观察到内部的气塌封杆6坍塌，如图10，另一方面，在气动预警管4局部位移过程中，回转色球9相互错位破裂，如图8，进而使透色层7表面的多个溢色条8呈现明显色块的状态，进而在视觉上对现场的工作人员起到双重预警效果，进而使工作人员能够及时进行催化剂更换补充，有效保证氢气的持续性消除，有效降低安全隐患。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池尾气消氢装置，包括与燃料电池连接的装置本体（1），所述装置本体（1）上安装有控制板，所述装置本体（1）的下封头通过汽水分离器连接有水储罐，所述水储罐用于接收燃料电池在反应时产生的水，其特征在于：所述装置本体（1）内部设置有催化氧化反应床，所述装置本体（1）与汽水分离器之间连接有氢气传感器，所述汽水分离器外端固定连接有排气主管，所述排气主管外端分别连接有带有电磁阀的外排管（2）和带有电磁阀的回气管（3），所述氢气传感器以及电磁阀均与控制板信号连接，所述回气管（3）与装置本体（1）的上封头连接并与装置本体（1）内部相通，所述回气管（3）中部固定镶嵌有气动预警管（4），所述气动预警管（4）包括与回气管（3）固定的定位球（41）、气离球（42）、连接在定位球（41）和气离球（42）之间的通气管（45）以及连接在气离球（42）上端与回气管（3）之间的气动杆，所述定位球（41）下端与回气管（3）固定并相通，且气离球（42）位于定位球（41）上方，所述定位球（41）内部固定连接有定位杆（5），所述定位杆（5）上端固定连接有气塌封杆（6），所述气塌封杆（6）活动贯穿通气管（45）和气离球（42），且气塌封杆（6）上端部嵌入至气动杆内，且气塌封杆（6）与气动杆过盈配合。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述气动杆包括与气离球（42）上端固定的外动管（43）以及套设在外动管（43）上端外侧的外管套（44），所述外管套（44）与回气管（3）固定。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述外动管（43）位于外管套（44）内的部分为具有伸缩功能的波纹结构，外动管（43）位于外管套（44）外的部分为内壁均匀光滑的规则管状结构。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述气塌封杆（6）包括与定位杆（5）固定的预塌杆（61）以及与预塌杆（61）上端固定的硅胶球（62），所述硅胶球（62）位于外动管（43）内并与外动管（43）过盈配合。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述预塌杆（61）位于气离球（42）内的部分为柔性结构，所述预塌杆（61）位于气离球（42）下的部分位于硬质结构。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述气离球（42）包括两个半球罩，两个所述半球罩相互靠近的一端均固定连接有限位卡环（10），两个所述限位卡环（10）相互卡接，两个所述限位卡环（10）外端中部固定包裹有透色层（7），所述透色层（7）外表面粘附有固定有多个均匀分布的溢色条（8）的环形透明贴，所述溢色条（8）内镶嵌有回转色球（9）。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述透色层（7）为弹性透明密封结构，所述溢色条（8）以及环形透明贴均为浅色吸水性材料制成。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述回转色球（9）包括两个相互滑动的预错位球（92）、分别固定连接在两个预错位球（92）相互远离一端的两个回转绳（91）以及固定镶嵌在两个预错位球（92）围成的球形空腔内的储色膜球（93），所述储色膜球（93）内填充有彩色液体，两个所述回转绳（91）的端部分别贯穿溢色条（8）的上下两端并与环形透明贴固定。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：与一个所述预错位球（92）下端固定的回转绳（91）贴附在对应预错位球（92）表面并与位于溢色条（8）上方的环形透明贴的部分固定，与另一个预错位球（92）上端固定的回转绳（91）贴附在对应预错位球（92）表面并与位于溢色条（8）下方的环形透明贴的部分固定。

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池尾气消氢装置，其特征在于：所述储色膜球（93）为弹性材料制成，所述预错位球（92）为硬质结构，所述回转绳（91）为非弹性的柔性绳结构。

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