CN115172789A - 回收利用系统和回收利用方法、回收方法和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回收利用系统和回收利用方法、回收方法和车辆，燃料电池回收利用系统包括燃料电池和吸附回收机构，吸附回收机构包括容器以及与容器连通的回收口和排气口，容器中填充有用于吸附和脱附氢气的储氢材料，回收口连通于燃料电池的出气口；其中，排气口连通于燃料电池的进气口，以使吸附回收机构与燃料电池通过管道连通为氢气回收利用回路。本发明提供的燃料电池回收利用系统实现了燃料电池排出的氢气的回收和利用，避免氢气直接排放造成的能源浪费，还降低了直接排放产生的安全风险。

Description

回收利用系统和回收利用方法、回收方法和车辆

技术领域

本发明属于燃料电池的氢气回收技术领域，具体涉及一种回收利用系统和回收利用方法、回收方法和车辆。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，能量转化率高；而且采用氢作为燃料的燃料电池反应产物为水，环境友好，理论上可实现零污染排放。

燃料电池车辆的燃料电池在使用过程如启动吹扫、停机吹扫以及正常排气时，会排出氢气，目前燃料电池排放的含有氢气的混合气体以废气的形式直接排放到大气，造成浪费；同时，过高的氢气浓度直接排放大气，易引发安全风险。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种燃料电池回收利用系统以及回收利用方法、回收方法，实现了燃料电池排出的氢气的回收和利用，避免氢气直接排放造成的能源浪费，还降低了直接排放产生的安全风险。

本发明的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种燃料电池回收利用系统，包括：

燃料电池；

吸附回收机构，包括容器以及与所述容器连通的回收口和排气口，所述容器中填充有用于吸附和脱附氢气的储氢材料，所述回收口连通于所述燃料电池的出气口；

其中，所述排气口连通于所述燃料电池的进气口，以使所述吸附回收机构与所述燃料电池通过管道连通为氢气回收利用回路。

在一些实施例中，所述氢气回收利用回路还包括第一切换阀和与所述吸附回收机构并接的旁通管路，所述第一切换阀连通于所述燃料电池的出气口与所述回收口之间；所述第一切换阀为电控三通阀，所述第一切换阀的其中一条通道连通于所述旁通管路，以在所述吸附回收机构脱附氢气时导通所述旁通管路。

在一些实施例中，所述氢气回收利用回路还包括第二切换阀和尾排管路，所述第二切换阀连通于所述燃料电池的进气口与所述排气口之间；所述第二切换阀为电控三通阀，所述第二切换阀的其中一条通道连通于所述尾排管路，以在所述吸附回收机构吸附氢气时导通所述尾排管路。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括控制器和用于检测氢气浓度的浓度传感器，所述浓度传感器设于所述容器内，所述控制器与所述浓度传感器电连接。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括设于所述容器内的第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述控制器电连接。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括用于加热所述储氢材料的加热器以及用于检测所述储氢材料温度的温度传感器，所述加热器和所述温度传感器均与所述控制器电连接。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括用于检测所述燃料电池的进气口压力的第二压力传感器。

在一些实施例中，所述氢气回收利用回路还包括位于所述燃料电池的排气口和所述回收口之间的干燥机构。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括储氢件和连通于所述储氢件的气口的加氢管，所述回收口和所述燃料电池的进气口均连通于所述储氢件的气口。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括设于所述储氢件和所述燃料电池的进气口之间的减压阀。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括第三切换阀和连通于所述回收口的置换回收管路，第三切换阀连通于所述储氢件的气口与所述燃料电池的进气口之间，所述第三切换阀为电控三通阀，所述第三切换阀的其中一条通道连通于所述置换回收管路，以使所述吸附回收机构在氢气置换时吸附氢气。

在一些实施例中，所述燃料电池回收利用系统还包括用于检测所述储氢件的气口的气体压力的第三压力传感器。

第二方面，本发明提供了一种车辆，包括前述的燃料电池回收利用系统。

第三方面，本发明提供了一种应用于前述的燃料电池回收利用系统的氢气回收利用方法，包括：

获取吸附回收机构内的压力P、温度T和氢气的浓度X；

在所述浓度X为X1≤X≤X2，所述压力P为P1≤P≤P2，且所述温度T为T1≤T≤T2时，将所述燃料电池的排气排至所述吸附回收机构内，以使所述排气中的氢气通过所述储氢材料吸附，直至所述浓度X为X1’≤X≤X2’；其中X2＜X1’，X1、X2、X1’、X2’P1、P2、T1和T2均为设定值；

将吸附于所述储氢材料内的所述氢气脱附，并将脱附的所述氢气通入所述燃料电池。

第四方面，本发明提供了一种应用于前述的燃料电池回收利用系统的氢气回收方法，包括：

(1)通过加氢管向盛有惰性气体的储氢件内加入氢气，获取储氢件的气口的气体压力P0，在所述气体压力P0为P0≥P4时，停止加氢，并将所述储氢件内含有氢气和惰性气体的混合气体排出至吸附回收机构内，以使排气中的氢气通过所述储氢材料吸附，排气至所述气体压力P0为P0≤P3，其中P4＞P3，P3和P4均为设定值；

(2)重复所述步骤(1)，直至所述储氢件内的氢气纯度达到目标值，停止向所述储氢件内加入氢气。

本发明的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的燃料电池回收利用系统包括燃料电池和吸附回收机构，吸附回收机构包括容器以及与容器连通的回收口和排气口，容器中填充有用于吸附和脱附氢气的储氢材料，回收口连通于燃料电池的出气口；其中，排气口连通于燃料电池的进气口，以使吸附回收机构与燃料电池通过管道连通为氢气回收利用回路。燃料电池在使用过程中排出的含有氢气的气体从吸附回收机构的回收口进入，氢气被吸附回收机构中的储氢材料吸收，其余气体从吸附回收机构的排气口排出，这样就将燃料电池使用过程中产生的氢气回收至吸附回收机构中；吸附回收机构的排气口与燃料电池的进气口连通，就可以将储氢材料吸收的氢气脱附送至燃料电池中使用，实现了燃料电池排出的氢气的回收和利用，避免氢气直接排放造成的能源浪费，还降低了直接排放产生的安全风险。

附图说明

图1示出了实施例一的燃料电池回收利用系统的结构示意图；

图2示出了燃料电池排出的氢气的回收路径的结构示意图。

图3示出了氢气利用路径的结构示意图。

图4示出了储氢件内气体置换的氢气的回收路径的结构示意图。

图5示出了实施例三的氢气回收利用方法的工艺步骤图。

图6示出了实施例四的氢气回收方法的工艺步骤图。

附图标记说明：

100-氢气回收利用回路，11-燃料电池，12-吸附回收机构，13-第一切换阀，14-旁通管路，15-第二切换阀，16-尾排管路，17-干燥机构，18-浓度传感器，19-第一压力传感器，20-加热器，21-温度传感器，22-第二压力传感器，23-加氢管，24-第三切换阀，25-置换回收管路，26-第三压力传感器，27-减压阀，28-储氢件，29-单向阀。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

燃料电池在使用过程如启动吹扫、停机吹扫以及正常排气时，会排出氢气，目前燃料电池排放的含有氢气的混合气体以废气的形式直接排放到大气，造成浪费；同时，过高浓度的氢气直接排放大气，易引发安全风险。

为了解决上述的氢气直接排放导致的能源浪费以及排放产生的安全风险问题，本申请实施例提供了一种回收利用系统和回收利用方法、回收方法和车辆。

实施例一

本申请实施例提供了一种燃料电池回收利用系统，该燃料电池回收利用系统安装于燃料电池车辆，为车载回收利用系统，通过吸附回收机构对于燃料电池使用过程中，例如启动吹扫、停机吹扫以及正常排气排出的氢气进行回收利用，避免氢气直接排放造成的能源浪费，还降低了直接排放产生的安全风险。

请参阅图1至图4，本申请实施例提供的燃料电池回收利用系统包括燃料电池11和吸附回收机构12，吸附回收机构12包括容器以及与容器连通的回收口和排气口，容器中填充有用于吸附和脱附氢气的储氢材料，回收口连通于燃料电池11的出气口；其中，排气口连通于燃料电池11的进气口，以使吸附回收机构12与燃料电池11通过管道连通为氢气回收利用回路100。燃料电池11在使用过程中排出的含有氢气的气体从吸附回收机构12的回收口进入，氢气被吸附回收机构12中的储氢材料吸收，其余气体从吸附回收机构12的排气口排出，这样就将燃料电池11使用过程中产生的氢气回收至吸附回收机构12中；吸附回收机构12的排气口与燃料电池11的进气口连通，就可以将储氢材料吸收的氢气脱附送至燃料电池11中使用，实现了氢气的利用。

在一些实施例中，氢气回收利用回路100还包括第一切换阀13和与吸附回收机构12并接的旁通管路14，第一切换阀13连通于燃料电池11的出气口与回收口之间；第一切换阀13为电控三通阀，第一切换阀13的其中一条通道连通于旁通管路14，以在吸附回收机构12脱附氢气时导通旁通管路14。第一切换阀13可以控制连通通路在燃料电池11的出气口与吸附回收机构12的回收口以及燃料电池11的出气口与旁通管路14之间切换，具体地：在吸附回收机构12内的储氢材料吸附的氢气作为氢源供给燃料电池11使用时，切断燃料电池11的出气口与吸附回收机构12的回收口之间的通道，导通燃料电池11的出气口与旁通管路14，燃料电池11排出的气体排至旁通管路14；在吸附回收机构12内的储氢材料吸附氢气时，切断燃料电池11的出气口与旁通管路14的通路，导通燃料电池11的出气口和吸附回收机构12的回收口。

在一些实施例中，氢气回收利用回路100还包括第二切换阀15和尾排管路16，第二切换阀15连通于燃料电池11的进气口与排气口之间；第二切换阀15为电控三通阀，第二切换阀15的其中一条通道连通于尾排管路16，以在吸附回收机构12吸附氢气时导通尾排管路16。尾排管路16可以将储氢材料吸附氢气后剩余的气体排出，也可以将燃料电池11使用过程排出的气体排出。第二切换阀15可以控制连通通路在吸附回收机构12的排气口和燃料电池11的进气口以及吸附回收机构12的排气口与尾排管路16之间切换，具体地：在吸附回收机构12内的储氢材料吸附的氢气作为氢源供给燃料电池11使用时，切断吸附回收机构12的排气口与尾排管路16之间的通道，导通吸附回收机构12的排气口和燃料电池11的进气口；在吸附回收机构12内的储氢材料吸附氢气时，切断吸附回收机构12的排气口和燃料电池11的进气口之间的通道，导通吸附回收机构12的排气口与尾排管路16之间的通道，以将气体中的氢气吸附后其他的气体排出至尾排管路16。旁通管路14并接于第二切换阀15，旁通管路14与尾排管路16连通，尾排管路16与外界连通，这样吸附回收机构12吸附氢气时排出的气体以及吸附回收机构12脱附时燃料电池11排出的气体都可以通过尾排管路16排出。另外，第二切换阀15还可以控制自身开度，以调整吸附回收机构12的容器内的压力，从而调整吸附回收机构12的吸附氢气能力或者脱附氢气能力。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括控制器和用于检测氢气浓度的浓度传感器18，浓度传感器18设于容器内，控制器与浓度传感器18电连接。浓度传感器18可以检测吸附回收机构12的容器内的氢气浓度，从而判断吸附回收机构12中的储氢材料的吸附和脱附情况，具体地，在氢气浓度X为X1≤X≤X2，表示吸附回收机构12内完成脱附氢气，可以再进行氢气吸附操作；在氢气浓度X为X1’≤X≤X2’，表示储氢材料吸附氢气饱和，不能再吸附氢气，可以进行脱附氢气操作；其中X2＜X1’，X1、X2、X1’和X2’均是设定值。上述的X1≤X≤X2可以理解为吸附回收机构12中的储氢材料脱附氢气后的浓度范围，X1’≤X≤X2’可以理解为吸附回收机构12中的储氢材料吸附饱和的浓度范围。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括设于容器内的第一压力传感器19，第一压力传感器19与控制器电连接。储氢材料的吸附氢气和脱附氢气的能力与其所在的压力相关，以储氢材料采用Mg₂Cu为例，当所在压力较大时，例如，容器内的压力P为1MPa，Mg₂Cu的吸附能力强，，当所在压力较小时，例如，容器内的压力P≤0.15MPa，Mg₂Cu的脱附能力强。第一压力传感器19检测的吸附回收机构12的容器内的压力可以用于判断储氢材料是否达到较佳的吸附或者脱附压力，具体地，当压力P为P1≤P≤P2时，是储氢材料吸附氢气的较佳压力，此时可以进行吸附氢气过程；当压力P为P1’≤P≤P2’时，是储氢材料脱附氢气的较佳压力，此时可以进行脱附氢气过程；其中，P2’＜P1，P1、P2、P1’和P2’均是设定值，P1、P2、P1’和P2’的具体值根据储氢材料的选择来确定，在此不作限制。

在一些实施例中，燃料电池11回收利系统还包括用于加热储氢材料的加热器20，加热器20与控制器电连接。储氢材料有有机溶液、金属氢化物、非金属氢化物以及金属有机框架材料等，其中，金属氢化物的一大类是金属间化合物形成的氢化物，金属间化合物一般由强吸氢的稀土或过渡元素和弱吸氢元素组成，在低温下储氢材料吸附氢气能力较强，脱附氢气能力较弱，例如，储氢材料Mg₂Cu在温度为150℃下吸附氢气能力较强；高温下储氢材料吸附氢气能力较弱，脱附氢气能力较强，例如，储氢材料Mg₂Cu在200℃下脱附氢气能力较强。具体地，在温度T为T1≤T≤T2时，储氢材料具有较佳的吸附氢气能力，在温度T为T1’≤T≤T2’时，储氢材料具有较佳的脱附氢气能力，其中T1、T2、T1’和T2’均为设定值，T2＜T1’，T1、T2、T1’和T2’的具体值根据储氢材料的选择来确定，在此不作限制。加热器20可以用于加热，以调整储氢材料的温度，从而调整储氢材料的吸附氢气或脱附氢气，具体地，当需要利用储氢材料中吸附的氢气时，可以加热升高储氢材料的温度，以将储氢材料吸附的氢气脱附，供给燃料电池11使用；当需要对氢气回收时，可以调整加热器20，降低储氢材料的温度，以对排气中的氢气进行吸附，实现氢气的回收。加热器20可以使用加热丝或者加热线圈等，加热器20可以的详细内容可以参考现有技术公开，在此不作限制。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括用于检测储氢材料温度的温度传感器21，温度传感器21与控制器电连接。温度传感器21用于检测储氢材料的温度，以判断储氢材料是否处于脱附氢气或者吸附氢气的最佳温度，以便于根据需要来调整加热器20。当需要利用储氢材料中吸附的氢气时，如果温度传感器21检测到储氢材料温度较低，可以利用加热器20加热储氢材料，以利于储氢材料脱附氢气；当需要对氢气回收时，如果温度传感器21检测到储氢材料的温度较高，可以调整加热器20，降低储氢材料的温度。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括用于检测燃料电池11的进气口压力的第二压力传感器22。通过第二压力传感器22检测燃料电池11的进气口压力可以判断供氢压力是否满足使用要求，例如，吸附回收机构12内吸附的氢气作为氢源供给燃料电池11使用中，当第二压力传感器22检测到燃料电池11的进气口压力低于工作压力，则可以停止吸附回收机构12的脱附氢气过程。

在一些实施例中，氢气回收利用回路100还包括位于燃料电池11的排气口和回收口之间的干燥机构17。燃料电池11排出的气体中含有水分，干燥机构17可以对燃料电池11的排气进行干燥处理，干燥机构17可以是气水分离器，内部可以设有透气不透水的薄膜来实现气水分离，干燥机构17的具体内容可以参考现有技术公开，在此不作限制。干燥机构17设于燃料电池11的排气口和第一切换阀13之间，第一切换阀13可以控制连通通路在干燥机构17的出气口与吸附回收机构12的回收口以及干燥机构17的出气口与旁通管路14之间切换。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括储氢件28和连通于储氢件28的气口的加氢管23，回收口和燃料电池11的进气口均连通于储氢件28的气口。在车辆使用过程中，可能存在储氢件28更换需求，对于新的储氢件28，其内部存储有惰性气体，需要使用氢气将储氢件28内的惰性气体置换出来，该置换过程分多次进行，排出的混合气体中有大量的氢气。加氢管23用于向储氢件28内加氢，以将储氢件28内的惰性气体置换出来，新的储氢件28存储有惰性气体，氢气置换惰性气体后的储氢件28用于存储氢气，储氢件28的气口与燃料电池11的进气口连通，以将储氢件28内的氢气送至燃料电池11使用；储氢件28的气口与吸附回收机构12的回收口连通，可以在对储氢件28内的惰性气体进行置换的过程中排出的氢气进行回收。储氢件28可以为氢瓶、气瓶等。储氢件28内储存的氢可以为固态、液态或者气态，储氢件28内储存的氢为气态时，储氢件28一般称为氢瓶，其公称压力为35MPa或70MPa。另外，当第二压力传感器22检测到燃料电池11的进气口压力低于工作压力，在停止吸附回收机构12的脱附氢气过程的同时，可以使用储氢件28为燃料电池11提供氢源。在某些实施例中，储氢件28的气口设有阀门，阀门为现有技术中氢瓶瓶口安装的瓶阀，瓶阀为集成阀门，瓶阀内集成了单向压力阀和电磁阀，单向压力阀可以与加氢管23连通，用于向储氢件28内加氢气，单向压力阀在氢气的压力作用下可以自动开启，使得外界氢，例如加氢站的氢进入至储氢件28内，但是储氢件28内的氢不能通过单向压力阀排出；电磁阀与控制器电连接，电磁阀的开闭可以实现瓶阀排氢或者不排氢。瓶阀的其他内容还可以参照现有技术公开，也可以选用其他具有加氢和排氢功能的阀门，在此不作限制。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括设于储氢件28和燃料电池11的进气口之间的减压阀27。加氢管23上还可以集成过滤器，对加入的氢气过滤，避免杂质进入储氢件28内。由于储氢件28内的氢气为高压氢，而燃料电池11用氢为低压氢，因此设置减压阀27可以将储氢件28内的高压氢转化为适用于燃料电池11的低压氢。对于燃料电池，减压阀27可以将气体减压至1MPa左右；减压阀27连通于第二切换阀15。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括第三切换阀24和连通于回收口的置换回收管路25，第三切换阀24连通于储氢件28的气口与燃料电池11的进气口之间，第三切换阀24为电控三通阀，第三切换阀24的其中一条通道连通于置换回收管路25，以使吸附回收机构12在氢气置换时吸附氢气。第三切换阀24可以控制连通通路在储氢件28的气口和燃料电池11的进气口、储氢件28的气口与置换回收管路25以及储氢件28的气口与置换回收管路25之间切换，具体地：在对储氢件28内含有惰性气体和氢气的混合气体进行氢气回收时，切断储氢件28的气口与燃料电池11的进气口的连通通道以及燃料电池11的进气口与置换回收管路25的连通通道，导通储氢件28的气口和置换回收管路25；在吸附回收机构12内的储氢材料脱附氢气时，切断储氢件28的气口与燃料电池11的进气口的连通通道以及储氢件28的气口和置换回收管路25的连通通道，导通燃料电池11的进气口与置换回收管路25的连通通道；在储氢件28内的氢气作为氢源时，切断燃料电池11的进气口与置换回收管路25的连通通道以及储氢件28的气口和置换回收管路25的连通通道，导通储氢件28的气口与燃料电池11的进气口的连通通道。第二切换阀15连通于第三切换阀24和储氢件28的气口，以在氢气脱附时连通吸附回收机构12的排气口与第三切换阀24之间的通路，此时，燃料电池回收利用系统还包括单向阀29，单向阀29的输入端连通于吸附回收机构12的排气口，单向阀29的输出端分别连通于第三切换阀24和减压阀27，避免减压阀27后端的低压管路气体从吸附回收机构12的排气口逆流至吸附回收机构12内。

在一些实施例中，燃料电池回收利用系统还包括用于检测储氢件28的气口的气体压力的第三压力传感器26。第三压力传感器26检测的储氢件28的气口的气体压力可以用于判断是否对储氢件28加氢或者对储氢件28排氢，具体地，当储氢件28的气口压力P0为P0≤P3，通过加氢口向储氢件28加氢，当储氢件28的气口压力P0为P0≥P4时，停止加氢，其中P4＞P3，P3和P4都为设定值。P3可以理解为储氢瓶内的大量气体排出后的压力，例如P4可以为5MPa、10MPa或者其他的设定压力，以节省置换次数，提高置换效率为宜。。

以启动燃料电池11吹扫和氢气置换储氢件28内的氮气为例，本申请实施例提供的燃料电池回收利用系统的工作原理如下：

请参阅图2，吹扫氢气回收：控制第三切换阀24，连通储氢件28的气口与燃料电池11的进气口，控制第一切换阀13，连通燃料电池11的出气口与吸附回收机构12的回收口，控制第二切换阀15，连通吸附回收机构12的排气口与尾排管路16，储氢瓶内的氢气通过减压阀27和第三切换阀24进入至燃料电池11中，燃料电池11吹扫后排气进入至吸附回收机构12的容器内，被储氢材料吸收，其余气体排出至尾排管路16，可排至大气；

请参阅图3，氢气利用：控制第二切换阀15和第三切换阀24，连通吸附回收机构12的排气口、第三切换阀24至燃料电池11的进气口的通路，控制第一切换阀13，连通燃料电池11的出气口与旁通管路14，吸附回收机构12的储氢材料吸附的氢气从第二切换阀15和第三切换阀24的作用下进入至燃料电池11中，燃料电池11的出气口排出的气体进入旁通管路14并顺着尾排管路16排出。

请参阅图4，储氢件28中氢气置换氮气过程的氢气回收：通过加氢管23向含有氮气的储氢件28中的加入氢气，控制第三切换阀24，连通储氢件28的气口与吸附回收机构12的回收口，控制第二切换阀15，连通吸附回收机构12的排气口与尾排管路16，打开储氢件28的瓶阀中的电磁阀，储氢件28内的氢气和氮气的混合气体依次通过减压阀27和第三切换阀24，进入吸附回收机构12内，氢气吸附于储氢材料中，氮气从尾排管路16排出；重复上述的操作，直至储氢件28内的氢气浓度达到目标值。

本申请实施例提供的燃料电池回收利用系统安装于燃料电池车辆，不改变原有储氢系统的功能，通过吸附回收机构12对于燃料电池11使用过程中，例如启动吹扫、停机吹扫以及正常排气排出的氢气进行回收利用，避免氢气直接排放造成的能源浪费，还降低了直接排放产生的安全风险；还可以对新的氢瓶进行惰性气体置换过程的氢气进行回收利用，操作简单，易推广。

实施例二

基于与前述实施例一相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种车辆，该车辆安装于前述实施例一的燃料电池回收利用系统，能够实现燃料电池使用过程的氢气回收和利用，还能实现新的储氢件中的惰性气体置换过程的氢气的回收和利用。

本申请实施例提供的车辆包括前述实施例一的燃料电池回收利用系统。

实施例三

基于与前述实施例一相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种氢气回收利用方法，应用于前述实施例一的燃料电池回收利用系统的，通过该回收利用方法能够将燃料电池排出的含有氢气的气体送入吸附回收机构进行回收，回收的氢气可以作为氢源为燃料电池提供氢气，实现了燃料电池系统的氢气回收和利用。

请参阅图5，本申请实施例提供的氢气回收利用方法包括：

S31、获取吸附回收机构12内的压力P、温度T和氢气的浓度X；

储氢材料的吸附氢气和脱附氢气的能力与其所在的压力相关，当所在压力较大时，储氢材料的脱附能力较强，吸附能力较弱，当所在压力较小时，储氢材料的吸附能力较强，脱附能力较弱。储氢材料在低温下吸附氢气能力较强，脱附氢气能力较弱，高温下吸附氢气能力较弱，脱附氢气能力较强。吸附回收机构12内的氢气浓度较高时，表示储氢材料吸附氢气饱和，不能再吸附氢气，可以进行脱附氢气操作；吸附回收机构12内的氢气浓度较低时，比如达到脱附值时，表示吸附回收机构12内完成脱附氢气，可以再进行氢气吸附操作；吸附回收机构12中的氢气浓度较高时，表示储氢材料吸附饱和，可以进行脱氢操作。压力P可以通过第一压力传感器19获得，温度T可以通过温度传感器21获得，温度T可以通过浓度传感器18获得。

S32、在浓度X为X1≤X≤X2，压力P为P1≤P≤P2，且温度T为T1≤T≤T2时，将燃料电池11的排气排至吸附回收机构12内，以使排气中的氢气通过储氢材料吸附，直至浓度X为X1’≤X≤X2’；其中X2＜X1’，X1、X2、X1’、X2’、P1、P2、T1和T2均为设定值；

在浓度X为X1≤X≤X2也就是吸附回收机构12内的氢气浓度较低时，储氢材料具有吸附能力，可以再进行氢气吸附操作。在压力P为P1≤P≤P2，也就是压力较小时，储氢材料的吸附能力较强，在温度T为T1≤T≤T2时，也就是温度较低，储氢材料的吸附氢气能力较强，可以对混合气体中的氢气吸附回收。更具体地，在X1≤X≤X2、P1≤P≤P2以及T1≤T≤T2时，控制第一切换阀13，导通干燥机构17和吸附回收机构12的回收口，控制第二切换阀15，导通吸附回收机构12的排气口和尾排管路16。

另外，当浓度X为X1≤X≤X2，但是压力P不在P1≤P≤P2范围，温度T不在T1≤T≤T2范围，可以通过调整第二切换阀15来调整吸附回收机构12内的压力至P为P1≤P≤P2，通过加热器20调整温度，将温度T调整为T1≤T≤T2范围，使得吸附回收机构12具有较佳的氢气吸附条件，提高氢气吸附效率。在氢气的浓度X为X1’≤X≤X2’时，储氢材料吸附达到饱和，没有吸附能力，吸附氢气步骤结束，此时可以作为氢源脱附氢气供燃料电池11使用。

S33、将吸附于储氢材料内的氢气脱附，并将脱附的氢气通入燃料电池11。

该步骤实现了回收氢气的利用。具体地，在压力P为P1’≤P≤P2’且温度T为T1’≤T≤T2’时，是储氢材料脱附氢气的较佳压力，此时可以进行脱附氢气过程；如果压力P不在P1’≤P≤P2’范围，可以通过调整第二切换阀15来调整吸附回收机构12内的压力至P为P1’≤P≤P2’，如果温度T不在T1’≤T≤T2’范围时，通过加热器20调整温度，将温度T调整为T1’≤T≤T2’范围，使得吸附回收机构12具有较佳的氢气脱附条件，提高氢气脱附效率。其中，P2’＜P1，P1’和P2’均是设定值。

储氢材料脱附氢气结束的判断条件除了吸附回收机构12内的氢气浓度外，还可以考虑燃料电池11进气口的压力，当燃料电池11进气口的压力低于燃料电池11的工作压力时，脱附氢气结束，氢气浓度和燃料电池11进气口的压力可以作为同时判断脱附结束的条件，也可以选择其中一个，在此不作限制。

采用吸附回收机构12内氢气的浓度来判断吸附回收机构12内的氢气是否吸附饱和或者脱附完全，从而确定吸附回收机构12作为气源供燃料电池11使用，还是采用储氢件28作为气源供燃料电池11使用。

另外，为了保证吸附回收机构12内无杂质，在利用吸附回收机构12回收前可以先对吸附回收机构12的容器内进行吹扫，具体地，开启瓶阀中的电磁阀，控制第三切换阀24，导通减压阀27和吸附回收机构12的回收口，控制第二切换阀15，导通吸附回收机构12的排气口和尾排管路16，储氢件28内的氢气依次顺着减压阀27、第三切换阀24、吸附回收机构12、第二切换阀15以及尾排管路16排出，持续一段时间后，关闭瓶阀中的电磁阀，结束吹扫。

本申请实施例提供的氢气回收利用方法的工作原理如下：

1、吸附回收机构12的容器吹扫：开启储氢件28的瓶阀中的电磁阀，控制第三切换阀24，导通减压阀27和吸附回收机构12的回收口，控制第二切换阀15，导通吸附回收机构12的排气口和尾排管路16，控制第三切换阀24，切断第三切换阀24所在的所有通道，储氢件28内的氢气依次顺着减压阀27、第三切换阀24、吸附回收机构12、第二切换阀15以及尾排管路16排出，持续一段时间后，关闭瓶阀中的电磁阀，结束吹扫。

2、氢气回收：开启瓶阀中的电磁阀，控制第二切换阀15，导通减压阀27和燃料电池11的进气口，控制第二切换阀15，连通吸附回收机构12的排气口和尾排管路16；获取吸附回收机构12内的压力P、温度T和氢气的浓度X，在浓度X为X1≤X≤X2，压力P为P1≤P≤P2，且温度T为T1≤T≤T2时，控制第一切换阀13，连通干燥机构17和吸附回收机构12的回收口，将燃料电池11的排气排至吸附回收机构12内，以使排气中的氢气通过储氢材料吸附，直至燃料电池11的进气口的气体压力低于设定工作压力，且氢气浓度达到氢气脱附值。

3、氢气利用：获取吸附回收机构12内的压力P、温度T和氢气的浓度X，在浓度X为X1’≤X≤X2’时，储氢材料吸附达到饱和，可以作为氢源脱附氢气，在压力P为P1’≤P≤P2’且温度T为T1’≤T≤T2’时，是储氢材料脱附氢气的较佳压力，关闭瓶阀中的电磁阀，控制第三切换阀24，导通单向阀29和燃料电池11的进气口，控制第一切换阀13，导通干燥机构17和旁通管路14，吸附回收机构12内的氢气脱附依次通过第二切换阀15、单向阀29、第三切换阀24进入至燃料电池11，并从燃料电池11的出气口排至干燥机构17、第一切换阀13和旁通管路14，排至外界。如果压力P不在P1’≤P≤P2’范围，调整第二切换阀15调整吸附回收机构12内的压力至P为P1’≤P≤P2’，如果温度T不在T1’≤T≤T2’范围，通过加热器20调整温度，将温度T调整为T1’≤T≤T2’范围，然后关闭瓶阀中的电磁阀，控制第三切换阀24，导通单向阀29和燃料电池11的进气口，控制第一切换阀13，导通干燥机构17和旁通管路14，吸附回收机构12内的氢气脱附依次通过第二切换阀15、单向阀29、第三切换阀24进入至燃料电池11，并从燃料电池11的出气口排至干燥机构17、第一切换阀13和旁通管路14，排至外界。

本申请实施例提供的氢气回收利用方法根据吸附回收机构12内的氢气的浓度X来确定吸附回收机构12内的储氢材料吸附达到饱和还是脱附结束，如果储氢材料吸附氢气达到饱和，则将吸附回收机构12内的氢气脱附供给燃料电池11使用，如果储氢材料脱附氢气结束，则采用储氢件28作为氢源供给燃料电池11使用。本申请实施例提供的氢气回收利用方法能够将燃料电池11排出的含有氢气的气体送入吸附回收机构12进行回收，回收的氢气可以作为氢源为燃料电池11提供氢气，实现了燃料电池系统的氢气回收和利用。

实施例四

基于与前述实施例一相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种氢气回收方法，应用于前述实施例一的燃料电池回收利用系统，该氢气回收方法可以实现对新的储氢件28中的惰性气体置换过程中的氢气回收，回收的氢气可以作为氢源供燃料电池11使用。

请参阅图6，本申请实施例提供的氢气回收方法包括：

(1)通过加氢管23向盛有惰性气体的储氢件28内加入氢气，获取储氢件28的气口的气体压力P0，在气体压力P0为P0≥P4时，停止加氢，并将储氢件28内含有氢气和惰性气体的混合气体排出至吸附回收机构12内，以使排气中的氢气通过储氢材料吸附，排气至气体压力P0为P0≤P3，其中P4＞P3，P3和P4均为设定值；

通常储氢件28内的惰性气体为氮气，成本低且安全，当然也可能使其他的气体，在此不作限制。具体地，氢气进入至储氢件28内，当储氢件28内的压力P0为P0≥P4时，停止加氢。控制第三切换阀24，导通减压阀27和置换回收管路25，控制第二切换阀15，导通吸附回收机构12的排气口和尾排管路16，控制第一切换阀13，切断第一切换阀13所在的所有通道，储氢件28内含有氢气和惰性气体的混合气体依次沿着减压阀27、第三切换阀24和置换回收管路25排出至吸附回收机构12内，直至气体压力P0为P0≤P3，即认为储氢件28内的气体已经很少，压力很小无法排出。

(2)重复步骤(1)，直至储氢件28内的氢气纯度达到目标值，停止向储氢件28内加入氢气。

另外，新的储氢件28中的惰性气体置换过程中回收的氢气也可以用于燃料电池11的利用，在此不作赘述，可参考实施例二中的氢气的利用。

本申请实施例提供的氢气回收方法能够实现对新的储氢件28中的惰性气体置换过程中的氢气回收，回收的氢气可以作为氢源供燃料电池11使用。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种燃料电池回收利用系统，其特征在于，包括：

燃料电池；

吸附回收机构，包括容器以及与所述容器连通的回收口和排气口，所述容器中填充有用于吸附和脱附氢气的储氢材料，所述回收口连通于所述燃料电池的出气口；

其中，所述排气口连通于所述燃料电池的进气口，以使所述吸附回收机构与所述燃料电池通过管道连通为氢气回收利用回路。

2.根据权利要求1所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述氢气回收利用回路还包括第一切换阀和与所述吸附回收机构并接的旁通管路，所述第一切换阀连通于所述燃料电池的出气口与所述回收口之间；所述第一切换阀为电控三通阀，所述第一切换阀的其中一条通道连通于所述旁通管路，以在所述吸附回收机构脱附氢气时导通所述旁通管路。

3.根据权利要求2所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述氢气回收利用回路还包括第二切换阀和尾排管路，所述第二切换阀连通于所述燃料电池的进气口与所述排气口之间；所述第二切换阀为电控三通阀，所述第二切换阀的其中一条通道连通于所述尾排管路，以在所述吸附回收机构吸附氢气时导通所述尾排管路。

4.根据权利要求1所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括控制器和用于检测氢气浓度的浓度传感器，所述浓度传感器设于所述容器内，所述控制器与所述浓度传感器电连接。

5.根据权利要求4所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括设于所述容器内的第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述控制器电连接。

6.根据权利要求4所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括用于加热所述储氢材料的加热器以及用于检测所述储氢材料温度的温度传感器，所述加热器和所述温度传感器均与所述控制器电连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括用于检测所述燃料电池的进气口压力的第二压力传感器。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述氢气回收利用回路还包括位于所述燃料电池的排气口和所述回收口之间的干燥机构。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括储氢件和连通于所述储氢件的气口的加氢管，所述回收口和所述燃料电池的进气口均连通于所述储氢件的气口。

10.根据权利要求9所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括设于所述储氢件和所述燃料电池的进气口之间的减压阀。

11.根据权利要求9所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括第三切换阀和连通于所述回收口的置换回收管路，第三切换阀连通于所述储氢件的气口与所述燃料电池的进气口之间，所述第三切换阀为电控三通阀，所述第三切换阀的其中一条通道连通于所述置换回收管路，以使所述吸附回收机构在氢气置换时吸附氢气。

12.根据权利要求9所述的燃料电池回收利用系统，其特征在于，所述燃料电池回收利用系统还包括用于检测所述储氢件的气口的气体压力的第三压力传感器。

13.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-12中任一项所述的燃料电池回收利用系统。

14.一种应用于权利要求1-12中任一项所述的燃料电池回收利用系统的氢气回收利用方法，其特征在于，包括：

获取吸附回收机构内的压力P、温度T和氢气的浓度X；

在所述浓度X为X1≤X≤X2，所述压力P为P1≤P≤P2，且所述温度T为T1≤T≤T2时，将所述燃料电池的排气排至所述吸附回收机构内，以使所述排气中的氢气通过所述储氢材料吸附，直至所述浓度X为X1’≤X≤X2’；其中X2＜X1’，X1、X2、X1’、X2’、P1、P2、T1和T2均为设定值；

将吸附于所述储氢材料内的所述氢气脱附，并将脱附的所述氢气通入所述燃料电池。

15.一种应用于权利要求9-12中任一项所述的燃料电池回收利用系统的氢气回收方法，其特征在于，包括：

(1)通过加氢管向盛有惰性气体的储氢件内加入氢气，获取储氢件的气口的气体压力P0，在所述气体压力P0为P0≥P4时，停止加氢，并将所述储氢件内含有氢气和惰性气体的混合气体排出至吸附回收机构内，以使排气中的氢气通过所述储氢材料吸附，排气至所述气体压力P0为P0≤P3，其中P4＞P3，P3和P4均为设定值；

(2)重复所述步骤(1)，直至所述储氢件内的氢气纯度达到目标值，停止向所述储氢件内加入氢气。

Images