CN114784343A - 一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体是一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统，包括箱体，箱体的内部依次焊接有隔板一、隔板二和隔板三，隔板一的顶部外壁通过螺栓连接有除杂箱，隔板二的顶部外壁通过螺栓连接有燃料电池，隔板三的顶部外壁通过螺栓连接有锂电池，箱体的底部内壁通过螺栓连接有控制器，箱体的一侧外壁焊接有废气管，废气管的一端延伸至除杂箱的内部焊接有空心板。本发明通过将工业含氢废气经过除杂后通入燃料电池，进而使得燃料电池能够通过工业含氢废气进行发电，并且通过控制器将燃料电池发出的电存储在锂电池的内部，使得锂电池能够稳定的对外进行供电，因此实现了工业含氢废气资源再利用的效果。

Description

一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体是一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统。

背景技术

随着工业的高速发展，工业废气排放也越来越多，工业废气除了含有酸性有害物质外有的也含有氢气，例如化学工业中的氨厂驰放气、 甲醇尾气、乙炔碳黑气、烯尾气等，含有一定量的氢气，氢气为可利用的能源，因此如何能够将工业废气中的氢气进行重新利用，是人们值得思考的问题。

中国专利号201711367282.9涉及一种含氢废气耦合燃料电池清洁发电资源化利用的方法及系统。一种含氢废气耦合燃料电池清洁发电资源化利用的方法，包括如下步骤：（1）初步分离，将原料气中CO的浓度由7~50%，降低至5%以内；（2）经气液分离单元缓冲分液之后进入PSA变压吸附装置进行变压吸附；（3）若经上述处理后原料气中CO的浓度由5%降低至10ppm以下，则于塔顶获得氢气；并将CO的浓度≤10ppm的原料气作为燃烧电池原料气，通过质子膜氢燃料电池堆系统，进行燃料电池发电过程，输出的电能并网使用，产生的水进入原水管网使用。

现有技术的工业含氢废气中的氢气为直接排放，导致浪费能源，且工业含氢废气中含有酸性有害物质，导致酸性有害物质排放时污染空气，因此亟需研发一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统，以解决上述背景技术中提出的浪费能源、污染空气的问题。

本发明的技术方案是：一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统，包括箱体，所述箱体的内部依次焊接有隔板一、隔板二和隔板三，所述隔板一的顶部外壁通过螺栓连接有除杂箱，所述隔板二的顶部外壁通过螺栓连接有燃料电池，所述隔板三的顶部外壁通过螺栓连接有锂电池，所述箱体的底部内壁通过螺栓连接有控制器，所述箱体的一侧外壁焊接有废气管，所述废气管的一端延伸至除杂箱的内部焊接有空心板，所述燃料电池的燃料进口处焊接有导气管，所述导气管的顶端延伸至除杂箱的内部，所述箱体的一侧内壁通过螺栓连接有增压泵一，所述增压泵一的出气口焊接有空气进管，所述空气进管的一端与燃料电池的氧气进口连接，所述燃料电池与锂电池分别通过导线与控制器呈电性连接。

进一步地，所述箱体的一侧外壁通过螺纹连接有电磁阀一，所述电磁阀一与除杂箱相连通，所述箱体的一侧外壁通过螺纹连接有电磁阀二，所述电磁阀二与除杂箱相连通，所述除杂箱的一侧内壁通过螺栓连接有液位传感器。

进一步地，所述燃料电池的空气出口处焊接有排气管，所述排气管的一端延伸至箱体的外部，所述燃料电池的排水口处焊接有排水管，所述排水管的底部外壁焊接有弯管。

进一步地，所述弯管的一端延伸至箱体的外部，所述排水管的顶部焊接有出气管，所述出气管的一端延伸至箱体的外部。

进一步地，所述隔板一的顶部外壁通过螺栓连接有储料箱，所述箱体的顶部内壁通过螺栓连接有反应箱，所述反应箱的内部设置有催化剂，所述储料箱的一侧外壁通过螺栓连接有增压泵二，所述增压泵二的进水口与储料箱相连通，所述反向箱的一侧外壁焊接有进液管，所述增压泵二出水口与进液管连接，所述反应箱的一侧外壁通过螺栓连接有增压泵三，所述增压泵三的进气口与反应箱相连通，所述增压泵三的出气口处通过螺纹连接有单向阀，所述单向阀与废气管相连通。

进一步地，所述进液管的一端延伸至反应箱的内部，所述反应箱内部的进液管底部外壁通过螺纹连接有均匀分布的喷头，所述反应箱和储料箱之间焊接有回流管。

进一步地，所述空心板的内部设置有空腔，所述空心板的底部外壁设置有均匀分布的出气孔。

进一步地，所述储料箱的顶部外壁焊接有加液嘴，所述加液嘴的顶端延伸至箱体的外部通过螺纹连接有密封盖。

进一步地，所述箱体的一侧外壁通过合页连接有开关门，所述开关门的一侧外壁内嵌有拉手。

进一步地，所述开关门的一侧外壁设置有防护网，所述箱体的一侧内壁通过螺栓连接有风机，所述箱体的底部外壁通过螺栓连接有脚轮。

本发明通过改进在此提供一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

（1）本发明通过将工业含氢废气经过除杂后通入燃料电池，进而使得燃料电池能够通过工业含氢废气进行发电，并且通过控制器将燃料电池发出的电存储在锂电池的内部，使得锂电池能够稳定的对外进行供电，因此实现了工业含氢废气资源再利用的效果。

（2）本发明通过将工业含氢废气通入循环流动的氢氧化钠容易中，通过空心板的多个出气孔，使得工业含氢废气中的固体颗粒和酸性物质得到有效的去除，进而实现了对工业含氢废气中的有害气体进行清除的效果，并且使得燃料电池的发电效率得到提高。

（3）本发明通过增压泵二将甲酸输送到反应箱的内部与催化剂进行相遇，使得催化剂能够对甲酸进行分解呈氢气和二氧化碳，然后再对二氧化碳进行清除，使得发电系统具有多种途径进行发电的效果。

（4）本发明通过液位传感器对进入除杂箱内部的氢氧化钠溶液进行监测，使得氢氧化钠溶液的液位过高时，通过控制器控制电磁阀二进行关闭，进而防止氢氧化钠溶液过量溢出的效果，因此实现了发电系统工作可靠的效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明的反应箱结构示意图；

图4是本发明的空心板结构示意图；

图5是本发明的A放大结构示意图。

附图标记说明：

1箱体、2隔板一、3隔板二、4隔板三、5储料箱、6除杂箱、7反应箱、8燃料电池、9锂电池、10增压泵一、11空气进管、12排气管、13风机、14开关门、15拉手、16防护网、17脚轮、18排水管、19弯管、20控制器、21增压泵二、22进液管、23回流管、24催化剂、25增压泵三、26空心板、27电磁阀一、28电磁阀二、29液位传感器、30空腔、31出气孔、32导气管、33喷头、34加液嘴、35密封盖、36废气管、37出气管、38单向阀。

具体实施方式

下面将结合附图1-5对本发明进行详细说明，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。

一种利用工业含氢废气氢燃料电池的发电系统，包括箱体1，箱体1的内部依次焊接有隔板一2、隔板二3和隔板三4，隔板一2、隔板二3和隔板三4均为透气隔板，隔板一2的顶部外壁通过螺栓连接有除杂箱6，除杂箱6内部通入氢氧化钠溶液，隔板二3的顶部外壁通过螺栓连接有燃料电池8，燃料电池8为现有技术的氢氧燃料电池，隔板三4的顶部外壁通过螺栓连接有锂电池9，锂电池9为现有技术的高密度锂电池，箱体1的底部内壁通过螺栓连接有控制器20，通过控制器20将燃料电池8发出的电存储在锂电池9的内部，使得锂电池9能够稳定的对外进行供电，箱体1的一侧外壁焊接有废气管36，废气管36与工业含氢废气进行接通，废气管36的一端延伸至除杂箱6的内部焊接有空心板26，燃料电池8的燃料进口处焊接有导气管32，导气管32的顶端延伸至除杂箱6的内部，箱体1的一侧内壁通过螺栓连接有增压泵一10，增压泵一10的出气口焊接有空气进管11，空气进管11的一端与燃料电池8的氧气进口连接，燃料电池8与锂电池9分别通过导线与控制器20呈电性连接，通过将工业含氢废气经过除杂后通入燃料电池8，进而使得燃料电池8能够通过工业含氢废气进行发电，并且通过控制器20将燃料电池8发出的电存储在锂电池9的内部，使得锂电池9能够稳定的对外进行供电，使得工业含氢废气资源再利用的效果。

进一步地，箱体1的一侧外壁通过螺纹连接有电磁阀一27，电磁阀一27与除杂箱6相连通，箱体1的一侧外壁通过螺纹连接有电磁阀二28，电磁阀二28与除杂箱6相连通，除杂箱6的一侧内壁通过螺栓连接有液位传感器29，利用液位传感器29对进入除杂箱6内部的氢氧化钠溶液进行监测，使得氢氧化钠溶液的液位过高时，通过控制器20控制电磁阀二28进行关闭，进而防止氢氧化钠溶液过量溢出的效果，实现了发电系统工作可靠的效果。

进一步地，燃料电池8的空气出口处焊接有排气管12，排气管12的一端延伸至箱体1的外部，燃料电池8的排水口处焊接有排水管18，排水管18的底部外壁焊接有弯管19，利用弯管19实现燃料电池8反应时生成的水和未反应的气体进行分离的效果。

进一步地，弯管19的一端延伸至箱体1的外部，排水管18的顶部焊接有出气管37，出气管37的一端延伸至箱体1的外部，未反应的气体从出气管37流出进行二次处理。

进一步地，隔板一2的顶部外壁通过螺栓连接有储料箱5，箱体1的顶部内壁通过螺栓连接有反应箱7，反应箱7的内部设置有催化剂24，储料箱5的一侧外壁通过螺栓连接有增压泵二21，增压泵二21的进水口与储料箱5相连通，反向箱的一侧外壁焊接有进液管22，增压泵二21出水口与进液管22连接，反应箱7的一侧外壁通过螺栓连接有增压泵三25，增压泵三25的进气口与反应箱7相连通，增压泵三25的出气口处通过螺纹连接有单向阀38，单向阀38与废气管36相连通，通过增压泵二21将甲酸输送到反应箱7的内部与催化剂24进行相遇，使得催化剂24能够对甲酸进行分解呈氢气和二氧化碳，然后再对二氧化碳进行清除，使得发电系统具有多种途径进行发电的效果。

进一步地，进液管22的一端延伸至反应箱7的内部，反应箱7内部的进液管22底部外壁通过螺纹连接有均匀分布的喷头33，利用喷头33使得甲酸能够与催化剂进行充分接触，反应箱7和储料箱5之间焊接有回流管23，利用回流管23能够对未分解的甲酸回流到储料箱5的内部进行收集。

进一步地，空心板26的内部设置有空腔30，空心板26的底部外壁设置有均匀分布的出气孔31，利用在空心板26的底部设置多个出气孔31，使得进入空心板26内部的气体能够与氢氧化钠溶液进行充分混合，使得气体中的杂质能够有效去除。

进一步地，储料箱5的顶部外壁焊接有加液嘴34，加液嘴34的顶端延伸至箱体1的外部通过螺纹连接有密封盖35，利用加液嘴34便于向储料箱5的内部加入甲酸。

进一步地，箱体1的一侧外壁通过合页连接有开关门14，开关门14的一侧外壁内嵌有拉手15，利用拉手15方便对开关门14进行打开，开关门14的一侧外壁设置有防护网16，箱体1的一侧内壁通过螺栓连接有风机13，箱体1的底部外壁通过螺栓连接有脚轮17，利用风机13对箱体1内部进行散热，使得热空气能够通过防护网16处进行流出。

工作原理：通过电磁阀二28使得氢氧化钠溶液流进除杂箱6的内部，并通过电磁阀一27使得氢氧化钠溶液进行流出，通过液位传感器29对进入除杂箱6内部的氢氧化钠溶液的量进行监测，使得液位传感器29检测到氢氧化钠溶液时控制电磁阀二28关闭，使得进入除杂箱6内部的氢氧化钠溶液不会高于液位传感器29；将工业含氢废气通过废气管36通入除杂箱6的内部，使得工业含氢废气通过空心板26的出气孔31进行流出，进而使得氢氧化钠溶液对工业含氢废气中的灰尘颗粒、以及酸性物质和二氧化碳杂质进行清除，除杂后的气体通过导气管32进入燃料电池8的内部，同时增压泵一10工作时将箱体1外部的空气输送进入燃料电池8的内部，使得空气对燃料电池8提供氧气，进而使得燃料电池8进行发电，控制器20通过将燃料电池8发出的电能存储在锂电池9的内部，燃料电池8反应时产生的水通过排水管18进入弯管19进行流出，排水管18底部的弯管19对水进行部分存储，使得未参加反应的气体从出气管37进行流出，进而实现气体和液体分离的效果，当需要通过甲酸进行发电时，通过加液嘴34向储料箱5的内部加入甲酸，使得增压泵二21将储料箱5内部的甲酸输送到进液管22的内部，进而使得进液管22底部的喷头33对甲酸向催化剂24进行喷出，使得甲酸经过催化产生氢气和二氧化碳，未参加反应的甲酸通过回流管23回流到储料箱5的内部，当增压泵三25工作时，将产生的氢气和二氧化碳输送进入空心板26的内部进行除杂，使得氢气能够进入燃料电池8的内部进行参加反应。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：包括箱体（1），所述箱体（1）的内部依次焊接有隔板一（2）、隔板二（3）和隔板三（4），所述隔板一（2）的顶部外壁通过螺栓连接有除杂箱（6），所述隔板二（3）的顶部外壁通过螺栓连接有燃料电池（8），所述隔板三（4）的顶部外壁通过螺栓连接有锂电池（9），所述箱体（1）的底部内壁通过螺栓连接有控制器（20），所述箱体（1）的一侧外壁焊接有废气管（36），所述废气管（36）的一端延伸至除杂箱（6）的内部焊接有空心板（26），所述燃料电池（8）的燃料进口处焊接有导气管（32），所述导气管（32）的顶端延伸至除杂箱（6）的内部，所述箱体（1）的一侧内壁通过螺栓连接有增压泵一（10），所述增压泵一（10）的出气口焊接有空气进管（11），所述空气进管（11）的一端与燃料电池（8）的氧气进口连接，所述燃料电池（8）与锂电池（9）分别通过导线与控制器（20）呈电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述箱体（1）的一侧外壁通过螺纹连接有电磁阀一（27），所述电磁阀一（27）与除杂箱（6）相连通，所述箱体（1）的一侧外壁通过螺纹连接有电磁阀二（28），所述电磁阀二（28）与除杂箱（6）相连通，所述除杂箱（6）的一侧内壁通过螺栓连接有液位传感器（29）。

3.根据权利要求1所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述燃料电池（8）的空气出口处焊接有排气管（12），所述排气管（12）的一端延伸至箱体（1）的外部，所述燃料电池（8）的排水口处焊接有排水管（18），所述排水管（18）的底部外壁焊接有弯管（19）。

4.根据权利要求3所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述弯管（19）的一端延伸至箱体（1）的外部，所述排水管（18）的顶部焊接有出气管（37），所述出气管（37）的一端延伸至箱体（1）的外部。

5.根据权利要求1所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述隔板一（2）的顶部外壁通过螺栓连接有储料箱（5），所述箱体（1）的顶部内壁通过螺栓连接有反应箱（7），所述反应箱（7）的内部设置有催化剂（24），所述储料箱（5）的一侧外壁通过螺栓连接有增压泵二（21），所述增压泵二（21）的进水口与储料箱（5）相连通，所述反向箱的一侧外壁焊接有进液管（22），所述增压泵二（21）出水口与进液管（22）连接，所述反应箱（7）的一侧外壁通过螺栓连接有增压泵三（25），所述增压泵三（25）的进气口与反应箱（7）相连通，所述增压泵三（25）的出气口处通过螺纹连接有单向阀（38），所述单向阀（38）与废气管（36）相连通。

6.根据权利要求5所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述进液管（22）的一端延伸至反应箱（7）的内部，所述反应箱（7）内部的进液管（22）底部外壁通过螺纹连接有均匀分布的喷头（33），所述反应箱（7）和储料箱（5）之间焊接有回流管（23）。

7.根据权利要求1所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述空心板（26）的内部设置有空腔（30），所述空心板（26）的底部外壁设置有均匀分布的出气孔（31）。

8.根据权利要求5所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述储料箱（5）的顶部外壁焊接有加液嘴（34），所述加液嘴（34）的顶端延伸至箱体（1）的外部通过螺纹连接有密封盖（35）。

9.根据权利要求1所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述箱体（1）的一侧外壁通过合页连接有开关门（14），所述开关门（14）的一侧外壁内嵌有拉手（15）。

10.根据权利要求1所述的一种利用工业含氢废气氢燃料电池（8）的发电系统，其特征在于：所述开关门（14）的一侧外壁设置有防护网（16），所述箱体（1）的一侧内壁通过螺栓连接有风机（13），所述箱体（1）的底部外壁通过螺栓连接有脚轮（17）。

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