CN115084604B - 大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统 - Google Patents

大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115084604B
CN115084604B CN202210925133.4A CN202210925133A CN115084604B CN 115084604 B CN115084604 B CN 115084604B CN 202210925133 A CN202210925133 A CN 202210925133A CN 115084604 B CN115084604 B CN 115084604B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
tank
inlet
humidifying
outlet
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.)
Active
Application number
CN202210925133.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115084604A (zh
Inventor
孙小刚
吴学鹏
张波
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.)
Dalian Yiyuan Hydrogen Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Dalian Yiyuan Hydrogen Energy Technology Co ltd
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 Dalian Yiyuan Hydrogen Energy Technology Co ltd filed Critical Dalian Yiyuan Hydrogen Energy Technology Co ltd
Priority to CN202210925133.4A priority Critical patent/CN115084604B/zh
Publication of CN115084604A publication Critical patent/CN115084604A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115084604B publication Critical patent/CN115084604B/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
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • 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
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • 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

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统，包括电堆、水气分离水箱、排气管、第三水泵、氢气加湿罐和空气加湿罐，电堆的阴极出口与水气分离水箱的入口相连，水气分离水箱的气体出口与排气管相连，水气分离水箱的水出口与第三水泵的入口相连，第三水泵的水出口分别与氢气加湿罐和空气加湿罐的第一水入口相连，氢气加湿罐的气体入口接入氢气，氢气加湿罐的气体出口与电堆的阳极入口相连，空气加湿罐的气体入口接入空气，空气加湿罐的气体出口与电堆的阴极入口相连。本发明通过利用燃料电池阴极水进行回收增湿，大大提高了燃料电池中水的利用率。

Description

大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。此过程最终产物只有水和电，不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，是理想的能源利用方式，其中燃料电池系统中反应气体的主要增湿方法为外增湿，外增湿即在反应气体进入电池之前对其进行加湿，并且在干气体进入时，需要经进气系统及其增湿罐的进气端口的内部来实现送入。
现有技术中，一般通过管道将氢燃料电池产生的水直接排出到外界，对于兆瓦级的氢燃料电池发电系统，反应气体进入电池之前对其进行加湿需要大量的水，运行过程中也会产生大量的水，如果将氢燃料电池产生的水直接排出到外界，是对水资源的浪费。以YYQN-202204电堆为例，单个50KW电堆每分钟可生成498.96ml的水，2000个电堆(100MW)每小时可生成59.8752吨的水。
发明内容
本发明的目的是提供一种大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统，以提高燃料电池中水的利用率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统，包括电堆、水气分离水箱、排气管、第三水泵、氢气加湿罐和空气加湿罐，所述电堆的阴极出口与所述水气分离水箱的入口相连，所述水气分离水箱的气体出口与排气管相连，所述水气分离水箱的水出口与第三水泵的入口相连，所述第三水泵的水出口分别与所述氢气加湿罐和空气加湿罐的第一水入口相连，所述氢气加湿罐的气体入口接入氢气，所述氢气加湿罐的气体出口与所述电堆的阳极入口相连，所述空气加湿罐的气体入口接入空气，所述空气加湿罐的气体出口与所述电堆的阴极入口相连。
优选地，还包括第一水泵、第一离子交换器和第一粒子过滤器，所述氢气加湿罐的水出口与所述第一水泵的入口相连，所述第一水泵的出口与第一粒子过滤器的入口相连，所述第一粒子过滤器的出口与所述第一离子交换器的入口相连，所述第一离子交换器的出口与所述氢气加湿罐的第二水入口相连，形成所述氢气加湿罐内水的循环回路。
优选地，经所述氢气加湿罐内水的循环回路的处理，使所述氢气加湿罐内水的电导率小于μS/cm，水中的粒子小于μm粒径。
优选地，还包括第二水泵、第二离子交换器和第二粒子过滤器，所述空气加湿罐的水出口与所述第二水泵的入口相连，所述第二水泵的出口与第二粒子过滤器的入口相连，所述第二粒子过滤器的出口与所述第二离子交换器的入口相连，所述第二离子交换器的出口与所述空气加湿罐的第二水入口相连，形成所述空气加湿罐内水的循环回路。
优选地，经所述空气加湿罐内水的循环回路的处理，使所述空气加湿罐内水的电导率小于μS/cm，水中的粒子小于μm粒径。
优选地，所述第三水泵为两个，两个第三水泵分别与所述氢气加湿罐和空气加湿罐对应相连。
优选地，若所述氢气加湿罐内的液位计数值低于指定液位数值，启动对应的第三水泵，将所述水气分离水箱内的水补充到所述氢气加湿罐中，直至液位达到指定液位数值后关闭所述第三水泵。
优选地，若所述空气加湿罐内的液位计数值低于指定液位数值，启动对应的第三水泵，将所述水气分离水箱内的水补充到所述空气加湿罐中，直至液位达到指定液位数值后关闭所述第三水泵。
本发明的大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统对电堆产生内的水进行了回收再利用，极大的减少了系统外向增湿罐内补充的纯净水量，提高了水的利用率，避免了水资源的浪费。同时，因为电堆冷却路的电导率，粒子的粒径要求，此系统还降低了使用纯净水的成本。可根据不用的设计要求和策略可以对不同数量的电堆生成的水进行回收再利用。
附图说明
图1为本发明实施例的大功率燃料电池阴极水增湿再利用系统的示意图。
图中，1：氢气加湿罐；2：空气加湿罐；3：水气分离水箱；4：第三水泵；5：第一水泵；6：第二水泵；7：第一离子交换器；8：第一粒子过滤器；9：第二离子交换器；10：第二粒子过滤器；11：电堆；12：排气管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。
如图1所示，本实施例的大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统包括：电堆11、水气分离水箱3、排气管12、第三水泵4、氢气加湿罐1和空气加湿罐2，电堆11的阴极出口与水气分离水箱3的入口相连，水气分离水箱3的气体出口与排气管12相连，水气分离水箱3的水出口与第三水泵4的入口相连，第三水泵4的水出口分别与氢气加湿罐1和空气加湿罐2的第一水入口相连，氢气加湿罐1的气体入口接入氢气，氢气加湿罐1的气体出口与电堆11的阳极入口相连，空气加湿罐2的气体入口接入空气，空气加湿罐2的气体出口与电堆11的阴极入口相连。
在氢气加湿罐1处还包括第一水泵5、第一离子交换器7和第一粒子过滤器8，氢气加湿罐1的水出口与第一水泵5的入口相连，第一水泵5的出口与第一粒子过滤器8的入口相连，第一粒子过滤器8的出口与第一离子交换器7的入口相连，第一离子交换器7的出口与氢气加湿罐1的第二水入口相连，形成氢气加湿罐1内水的循环回路。经氢气加湿罐1内水的循环回路的处理，使氢气加湿罐1内水的电导率小于50μS/cm，水中的粒子小于100μm粒径。
在空气加湿罐2处还包括第二水泵6、第二离子交换器9和第二粒子过滤器10，空气加湿罐2的水出口与第二水泵6的入口相连，第二水泵6的出口与第二粒子过滤器10的入口相连，第二粒子过滤器10的出口与第二离子交换器9的入口相连，第二离子交换器9的出口与空气加湿罐2的第二水入口相连，形成空气加湿罐2内水的循环回路。经空气加湿罐2内水的循环回路的处理，使空气加湿罐2内水的电导率小于50μS/cm，水中的粒子小于100μm粒径。
第三水泵4还可以为两个，两个第三水泵4分别与氢气加湿罐1和空气加湿罐2对应相连。氢气加湿罐1和空气加湿罐2中均设有液位计，若氢气加湿罐1内的液位计数值低于指定液位数值，启动对应的第三水泵4，将水气分离水箱3内的水补充到氢气加湿罐1中，直至液位达到指定液位数值后关闭第三水泵4。若空气加湿罐2内的液位计数值低于指定液位数值，启动对应的第三水泵4，将水气分离水箱3内的水补充到空气加湿罐2中，直至液位达到指定液位数值后关闭第三水泵4。
本实施例的大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统的工作原理为：电堆11中的水气混合物通过其阴极出口进入水气分离水箱3中，在水气分离水箱3中进行水气分离，气体通过排气管12排出到大气中，水保留在水箱内。如果氢气加湿罐1、空气加湿罐2内置的液位计数值低于加湿罐要求的液位，启动第三水泵4，将水气分离水箱3内的水补充到加湿罐中，直到加湿罐内的液位达到要求的数值后关闭第三水泵4。
本发明的大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统对电堆产生内的水进行了回收再利用，极大的减少了系统外向增湿罐内补充的纯净水量，提高了水的利用率，避免了水资源的浪费。同时，因为电堆冷却路的电导率，粒子的粒径要求，此系统还降低了使用纯净水的成本。可根据不用的设计要求和策略可以对不同数量的电堆生成的水进行回收再利用。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (3)

1.一种大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统，其特征在于，包括电堆(11)、水气分离水箱(3)、排气管(12)、第三水泵(4)、氢气加湿罐(1)和空气加湿罐(2)，所述电堆(11)的阴极出口与所述水气分离水箱(3)的入口相连，所述水气分离水箱(3)的气体出口与排气管(12)相连，所述水气分离水箱(3)的水出口与第三水泵(4)的入口相连，所述第三水泵(4)为两个，且两个第三水泵(4)的水出口分别与所述氢气加湿罐(1)和空气加湿罐(2)的第一水入口相连，所述氢气加湿罐(1)的气体入口接入氢气，所述氢气加湿罐(1)的气体出口与所述电堆(11)的阳极入口相连，所述空气加湿罐(2)的气体入口接入空气，所述空气加湿罐(2)的气体出口与所述电堆(11)的阴极入口相连；
还包括第一水泵(5)、第一离子交换器(7)和第一粒子过滤器(8)，所述氢气加湿罐(1)的水出口与所述第一水泵(5)的入口相连，所述第一水泵(5)的出口与第一粒子过滤器(8)的入口相连，所述第一粒子过滤器(8)的出口与所述第一离子交换器(7)的入口相连，所述第一离子交换器(7)的出口与所述氢气加湿罐(1)的第二水入口相连，形成所述氢气加湿罐(1)内水的循环回路，若所述氢气加湿罐(1)内的液位计数值低于指定液位数值，启动对应的第三水泵(4)，将所述水气分离水箱(3)内的水补充到所述氢气加湿罐(1)中，直至液位达到指定液位数值后关闭所述第三水泵(4)；
还包括第二水泵(6)、第二离子交换器(9)和第二粒子过滤器(10)，所述空气加湿罐(2)的水出口与所述第二水泵(6)的入口相连，所述第二水泵(6)的出口与第二粒子过滤器(10)的入口相连，所述第二粒子过滤器(10)的出口与所述第二离子交换器(9)的入口相连，所述第二离子交换器(9)的出口与所述空气加湿罐(2)的第二水入口相连，形成所述空气加湿罐(2)内水的循环回路，若所述空气加湿罐(2)内的液位计数值低于指定液位数值，启动对应的第三水泵(4)，将所述水气分离水箱(3)内的水补充到所述空气加湿罐(2)中，直至液位达到指定液位数值后关闭所述第三水泵(4)。
2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统，其特征在于，经所述氢气加湿罐(1)内水的循环回路的处理，使所述氢气加湿罐(1)内水的电导率小于50μS/cm，水中的粒子小于100μm粒径。
3.根据权利要求1所述的大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统，其特征在于，经所述空气加湿罐(2)内水的循环回路的处理，使所述空气加湿罐(2)内水的电导率小于50μS/cm，水中的粒子小于100μm粒径。
CN202210925133.4A 2022-08-03 2022-08-03 大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统 Active CN115084604B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210925133.4A CN115084604B (zh) 2022-08-03 2022-08-03 大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210925133.4A CN115084604B (zh) 2022-08-03 2022-08-03 大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115084604A CN115084604A (zh) 2022-09-20
CN115084604B true CN115084604B (zh) 2023-09-01

Family

ID=83243007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210925133.4A Active CN115084604B (zh) 2022-08-03 2022-08-03 大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115084604B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120009631A (ko) * 2010-07-19 2012-02-02 현대자동차주식회사 공급가스 조절이 가능한 연료전지 시스템
CN104409750A (zh) * 2014-10-28 2015-03-11 航天新长征电动汽车技术有限公司 一种燃料电池尾气循环系统
CN112599818A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 上海矗鑫实业有限公司 一种质子燃料电池水管理系统
CN212934680U (zh) * 2020-09-23 2021-04-09 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池的增湿系统
CN213304186U (zh) * 2020-11-06 2021-05-28 风氢扬氢能科技(上海)有限公司 一种燃料电池系统
CN113809359A (zh) * 2021-08-16 2021-12-17 华南理工大学 一种质子交换膜燃料电池水管理系统及控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120009631A (ko) * 2010-07-19 2012-02-02 현대자동차주식회사 공급가스 조절이 가능한 연료전지 시스템
CN104409750A (zh) * 2014-10-28 2015-03-11 航天新长征电动汽车技术有限公司 一种燃料电池尾气循环系统
CN212934680U (zh) * 2020-09-23 2021-04-09 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池的增湿系统
CN213304186U (zh) * 2020-11-06 2021-05-28 风氢扬氢能科技(上海)有限公司 一种燃料电池系统
CN112599818A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 上海矗鑫实业有限公司 一种质子燃料电池水管理系统
CN113809359A (zh) * 2021-08-16 2021-12-17 华南理工大学 一种质子交换膜燃料电池水管理系统及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115084604A (zh) 2022-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105084311A (zh) 一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统及其应用和制氢方法
CN104733748A (zh) 一种中高温燃料电池集成运行系统
CN201590452U (zh) 一种水冷型质子交换膜燃料电池堆控制系统
CN2893940Y (zh) 可再生能源与燃料电池耦合发电装置
CN203674322U (zh) 一种中高温燃料电池集成运行系统
CN205222680U (zh) 一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统及其燃料电池汽车
CN104935037A (zh) 一种具有多组甲醇水重整制氢发电模组的充电站及方法
CN112993362A (zh) 一种氢氧燃料电池能源再生循环装置
CN111477914A (zh) 一种燃料电池系统能量回收利用系统及方法
CN107819139A (zh) 一种基于可再生燃料电池/膨胀机混合循环的冷热电联供系统
CN202712342U (zh) 一种燃料电池装置
CN101330145A (zh) 便携式燃料电池系统
CN104733746A (zh) 一种低温与中高温燃料电池联合运行系统
CN111900447A (zh) 用于燃料电池系统的尾气处理装置及燃料电池系统
CN105329109A (zh) 一种太阳能辅助发电的燃料电池汽车
CN100511791C (zh) 一种不需外电源帮助便可实现自起动的燃料电池发电系统
CN105811443A (zh) 基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统及方法
CN212025475U (zh) 移动式水电解制氢加氢装置
CN112779549A (zh) 一种兆瓦级电站及其控制方法
CN115084604B (zh) 大功率燃料电池阴极水回收增湿再利用系统
CN205248374U (zh) 具有多组甲醇水重整制氢发电模组的移动式充电站
CN100511790C (zh) 一种具有自起动功能的燃料电池发电系统
CN109888357B (zh) 一种固体氧化物燃料电池发电系统及其使用方法
CN102427144B (zh) 再生燃料电池装置及系统
CN109713337B (zh) 直接甲醇燃料电池与锂离子电池混合输出装置和输出方法

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