CN116072921B - 一种氢气供给系统以及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种氢气供给系统以及燃料电池，包括提纯管路单元、供给管路单元以及储存管路单元；所述提纯管路单元的进气端用于与氢气源连接，所述提纯管路单元用于对来自于所述氢气源的氢气进行提纯处理，所述提纯管路单元的出气端分别连接所述供给管路单元以及所述储存管路单元；所述供给管路单元的出气端用于与燃料电池连接，所述供给管路单元用于将提纯处理完毕的氢气输送至所述燃料电池；所述储存管路单元的出气端连接储气瓶，所述储气瓶用于将提纯处理完毕的氢气进行储存；通过本发明实现确保用于供给燃料电池的氢气纯度符合使用要求，从而保证燃料电池的正常发电。

Description

一种氢气供给系统以及燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种氢气供给系统以及燃料电池。

背景技术

随着国家对新型能源的大力推广，燃料电池正逐步在各领域得到应用。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，其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

在相关技术中，燃料电池的氢气供给主要是通过将预先储存在储气瓶中的氢气进行直接抽取使用。然而，如果储气瓶中的氢气纯度不高（有杂质），将其直接注入至燃料电池中进行使用，会对燃料电池造成损坏，从而影响燃料电池的正常发电。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种氢气供给系统以及燃料电池，旨在实现确保用于供给燃料电池的氢气纯度符合使用要求，从而保证燃料电池的正常发电。

为实现上述目的，本发明提出一种氢气供给系统，包括提纯管路单元、供给管路单元以及储存管路单元；所述提纯管路单元的进气端用于与氢气源连接，所述提纯管路单元用于对来自于所述氢气源的氢气进行提纯处理，所述提纯管路单元的出气端分别连接所述供给管路单元以及所述储存管路单元；所述供给管路单元的出气端用于与燃料电池连接，所述供给管路单元用于将提纯处理完毕的氢气输送至所述燃料电池；所述储存管路单元的出气端连接储气瓶，所述储气瓶用于将提纯处理完毕的氢气进行储存；还包括控制模块，所述控制模块用于引导氢气在所述提纯管路单元、所述供给管路单元以及所述储存管路单元中的流向。

可选地，所述提纯管路单元包括依次设置的第一压缩机、提纯装置、第二压缩机、第一过滤装置以及第一止回阀，所述第一压缩机、所述提纯装置以及所述第二压缩机均与所述控制模块电性连接；所述第一压缩机的进气端连接所述氢气源，所述第一压缩机用于将位于所述氢气源的氢气输送至所述提纯装置，所述第二压缩机用于将提纯处理完毕的氢气输送至供给管路单元，且所述第二压缩机的压力值大于所述第一压缩机的压力值。

可选地，所述第一压缩机包括有第一尾排管路以及第一减压管路，所述第二压缩机包括有第二尾排管路以及第二减压管路，所述第一尾排管路、所述第一减压管路、所述第二尾排管路以及所述第二减压管路的输出端均连通至第一排空管路，所述第一排空管路的出气端连通外界，所述第一排空管路上设置有第一阻火器。

可选地，所述提纯管路单元还包括有冷却循环管路，所述冷却循环管路依次循环连接有冷却循环装置、所述第一压缩机以及所述第二压缩机，所述冷却循环管路用于为所述第一压缩机以及所述第二压缩近进行降温处理，且所述冷却循环装置的输出端连接所述第一压缩机。

可选地，所述提纯管路单元还包括有供气管路单元，所述供气管路单元用于为所述提纯装置提供气动力支持；所述供气管路单元包括依次连接的动力气瓶、第二过滤装置以及第一减压阀，所述第一减压阀的输出端连接所述提纯装置。

可选地，所述第一减压阀的输出端还依次连接第一电动球阀以及第二止回阀，并与所述供给管路单元连接，所述第一电动球阀与所述控制模块电性连接。

可选地，所述供给管路单元包括依次连接的压力表、压力变送器、第一安全阀、第二电动球阀、第三过滤装置以及第二减压阀，所述第二减压阀的输出端连接所述燃料电池；所述压力变送器的信号输出端连接所述控制模块，所述控制模块与所述第二电动球阀电性连接；所述第一安全阀的泄气端连接第二排空管路，所述第二排空管路的出气端连通外界，所述第二排空管路上设置有第二阻火器。

可选地，所述第二减压阀与所述燃料电池之间还设有第二安全阀和/或手动泄气阀，所述第二安全阀以及所述手动泄气阀的泄气端均连接所述第二排空管路。

可选地，所述储存管路单元包括依次连接的储气瓶、手动球阀、第三电动球阀以及第四过滤装置，所述第四过滤装置连接所述提纯管路单元，所述第三电动球阀与控制模块电性连接；所述手动球阀与所述第三电动球阀之间设有软质管段。

为实现上述目的，本发明还提出一种燃料电池，包括上述的氢气供给系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明在燃料电池的氢气供给前先设置提纯管路单元以及供给管路单元，提纯管路单元的进气端与氢气源连接，利用提纯管路单元对来自于氢气源的氢气进行提纯处理，再将提纯处理完毕的氢气通过供给管路单元输送至燃料电池，从而实现确保用于供给燃料电池的氢气纯度符合使用要求的目的，从而保证燃料电池的正常发电。

此外，考虑到提纯管路单元进行提纯处理需要一定时间，为了确保燃料电池的持续发电，在提纯管路单元的出气端还额外设置储存管路单元，在燃料电池非工作时间，通过控制模块将提纯管路单元所输出的氢气输送至储存管路单元进行储存，并在提纯管路单元无法保证氢气供给的情况下，通过控制模块将储存管路单元中所储存的氢气流向至供给管路单元，以确保燃料电池工作时有足够的提纯处理后的氢气进行供给。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明氢气供给系统一实施例的整体结构示意图；

图2为本发明氢气供给系统一实施例中提纯管路单元与供气管路单元的结构示意图；

图3为本发明氢气供给系统一实施例中供给管路单元与储存管路单元的结构示意图。

图中所标各部件的名称如下：

标号	名称	标号	名称
				1	提纯管路单元	101	第一压缩机
1011	第一尾排管路	1012	第一减压管路
				102	提纯装置	103	第二压缩机
1031	第二尾排管路	1032	第二减压管路
				104	第一过滤装置	105	第一止回阀
2	供给管路单元	201	压力表
				202	压力变送器	203	第一安全阀
204	第二电动球阀	205	第三过滤装置
				206	第二减压阀	207	第二安全阀
208	手动泄气阀	3	储存管路单元
				301	储气瓶	302	手动球阀
303	第三电动球阀	304	第四过滤装置
				305	软质管段	5	第一排空管路
501	第一阻火器	6	冷却循环管路
				7	供气管路单元	701	动力气瓶
702	第二过滤装置	703	第一减压阀
				704	第一电动球阀	705	第二止回阀
8	燃料电池	9	储能变流器
				10	第二排空管路	1001	第二阻火器

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的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的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。

本实施例公开了一种氢气供给系统，参考附图1-3，包括提纯管路单元1、供给管路单元2以及储存管路单元3；提纯管路单元1的进气端用于与氢气源连接，提纯管路单元1用于对来自于氢气源的氢气进行提纯处理（即去除氢气中的烟尘、水和一氧化碳等杂质，从而提高氢气的纯度），提纯管路单元1的出气端分别连接供给管路单元2以及储存管路单元3；供给管路单元2的出气端用于与燃料电池8连接，供给管路单元2用于将提纯处理完毕的氢气输送至燃料电池8；储存管路单元3的出气端连接储气瓶301，储气瓶301用于将提纯处理完毕的氢气进行储存；还包括控制模块(附图未示出)，控制模块用于引导氢气在提纯管路单元1、供给管路单元2以及储存管路单元3中的流向。

本实施例在燃料电池8的氢气供给前先设置提纯管路单元1以及供给管路单元2，提纯管路单元1的进气端与氢气源连接，利用提纯管路单元1对来自于氢气源的氢气进行提纯处理，再将提纯处理完毕的氢气通过供给管路单元2输送至燃料电池8，从而实现确保用于供给燃料电池8的氢气纯度符合使用要求的目的，从而保证燃料电池8的正常发电，并将其电力通过储能变流器9变化为用户设备所能使用的电力。此外，考虑到提纯管路单元1进行提纯处理需要一定时间，为了确保燃料电池8的持续发电，在提纯管路单元1的出气端还额外设置储存管路单元3，在燃料电池8非工作时间，通过控制模块将提纯管路单元1所输出的氢气输送至储存管路单元3进行储存，并在提纯管路单元1无法保证氢气供给的情况下，通过控制模块将储存管路单元3中所储存的氢气流向至供给管路单元2，以确保燃料电池8工作时有足够的提纯处理后的氢气进行供给。

可以理解的，上述控制模块可选择为PLC控制器，通过PLC控制器控制例如第二电动球阀204以及第三电动球阀303以控制氢气的流向，此外，控制模块还可以控制例如第一压缩机101以及第二压缩机103等部件以对管路氢气流动参数进行调节，上述均属于本领域技术人员的常规技术手段，故本申请不再对其作过多赘述。

作为上述实施例的优选方案，提纯管路单元1包括依次设置的第一压缩机101、提纯装置102、第二压缩机103、第一过滤装置104以及第一止回阀105，第一压缩机101、提纯装置102以及第二压缩机103均与控制模块电性连接；第一压缩机101的进气端连接氢气源，第一压缩机101用于将位于氢气源的氢气输送至提纯装置102，第二压缩机103用于将提纯处理完毕的氢气输送至供给管路单元2，且第二压缩机103的压力值大于第一压缩机101的压力值。其中，第一压缩机101以及第二压缩机103均是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，它从吸气管吸入低压气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高压气体，为燃料电池8的氢气供给提供动力。在本市实施中，先利用第一压缩机101将氢气源的氢气输送至提纯装置102进行提纯处理，再利用第二压缩机103将提纯处理后的氢气输送至供给管路单元2并达到燃料电池8。其中，考虑到经过提纯处理后的氢气其自身压力值较低导致流动性能较差，因此将第二压缩机103设置为其压力值大于第一压缩机101的压力值，从而确保第二压缩机103能有足够的动力驱使氢气流向至燃料电池8。此外，通过第一过滤装置104对提纯处理后的氢气进行过滤处理，以进一步提高氢气的纯度。设置第一止回阀105以确保氢气往燃料电池8的方向进行流动，而不会回流至第二压缩机103中。

进一步的，第一压缩机101包括有第一尾排管路1011以及第一减压管路1012，第二压缩机103包括有第二尾排管路1031以及第二减压管路1032，第一尾排管路1011、第一减压管路1012、第二尾排管路1031以及第二减压管路1032的输出端均连通至第一排空管路5，第一排空管路5的出气端连通外界，第一排空管路5上设置有第一阻火器501。如此设置，考虑到压缩机工作过程中会产生有多余气体，因此在第一压缩机101以及第二压缩机103中分别设置第一尾排管路1011以及第二尾排管路1031以供其多余气体排气。又考虑到为了放置压缩机工作过程中压力过大，因此在第一压缩机101以及第二压缩机103中分别设置第一减压管路1012以及第二减压管路1032，以利用其进行临时泄放气体的通道以达到减压的目的。最后，将第一尾排管路1011、第一减压管路1012、第二尾排管路1031以及第二减压管路1032的输出端均连通至第一排空管路5，通过第一排空管路5统一排放至外界以便进行统一管理。同时，考虑到其排出气体混杂有氢气，其具有可燃性，因此在第一排空管路5上设置有第一阻火器501，利用第一阻火器501以阻止火焰传播，为燃料电池8作业提供安全保障。

进一步的，第二压缩机103的第二尾排管路1031设置有两个。如此设置，由于第二压缩机103的压力值高于第一压缩机101的压力值，其主要是通过在第二压缩机103中设置两个压缩段以实现的。基于此，设置两个第二尾排管路1031分别对应两个压缩段，以确保每个压缩段都连接有尾排管路。

进一步的，提纯管路单元1还包括有冷却循环管路6，冷却循环管路6依次循环连接有冷却循环装置（附图未示出）、第一压缩机101以及第二压缩机103，冷却循环管路6用于为第一压缩机101以及第二压缩近进行降温处理，且冷却循环装置的输出端连接第一压缩机101。如此设置，考虑到压缩机工作过程中会伴随产生有大量热量，需要利用冷却循环管路6注入冷却液体对其进行及时降温。同时考虑到由于第二压缩机103的压力值高于第一压缩机101的压力值，因此冷却循环装置所输出的冷却液体先经过第一压缩机101进行降温处理，其降温后的冷却液体仍然保留有少量的降温效果，因此再将其经过第二压缩机103进行降温处理，从而实现一次循环便能有效对第一压缩机101以及第二压缩机103进行同时降温的目的，节能环保。

进一步的，提纯管路单元1还包括有供气管路单元7，供气管路单元7用于为提纯装置102提供气动力支持；供气管路单元7包括依次连接的动力气瓶701、第二过滤装置702以及第一减压阀703，第一减压阀703的输出端连接提纯装置102，其中，动力气瓶701中所存储的是惰性气体例如氮气。如此设置，考虑到提纯装置102在工作过程中提供气动力支持，因此设置额外的供气管路单元7以对其进行供气。具体的，存储在动力气瓶701中的惰性气体先经过第二过滤装置702进行过滤，再经过第一减压阀703进行减压处理，使其所提供的惰性气体满足提纯装置102的使用要求。

进一步的，第一减压阀703的输出端还依次连接第一电动球阀704以及第二止回阀705，并与供给管路单元2连接，第一电动球阀704与控制模块电性连接。如此设置，在利用供气管路单元7为提纯装置102提供气动力支持之余，还可以利用其进行供给管路单元2进行吹扫作业，通过吹扫以对供给管路单元2的内部进行清扫。具体的，在进行吹扫作业时，通过控制模块控制第一电动球阀704开启，使动力气瓶701中的惰性气体注入至供给管路单元2中。其中第一止回阀105以及第二止回阀705的组合作用，能保证其惰性气体不会流向至提纯管路单元1。

作为上述实施例的优选方案，供给管路单元2包括依次连接的压力表201、压力变送器202、第一安全阀203、第二电动球阀204、第三过滤装置205以及第二减压阀206，第二减压阀206的输出端连接燃料电池8；压力变送器202的信号输出端连接控制模块，控制模块与第二电动球阀204电性连接；第一安全阀203的泄气端连接第二排空管路10，第二排空管路10的出气端连通外界，第二排空管路10上设置有第二阻火器1001。如此设置，通过压力表201以便现场工作人员能直观的观察供给管路单元2内部的压力情况。同时设置压力变送器202将测压元件传感器感受到的气体物理压力参数转变成标准的电信号，并传送至控制目标，以便作业人员对其进行远程监控，并根据其异常情况控制第二电动球阀204的开闭。如此实现现场与远程双重监测，进一步提高安全保障。同时利用第三过滤装置205进行过滤，以及利用第二减压阀206进行减压处理，以使所供给的氢气满足燃料电池8的使用要求。同时，考虑到其排出气体混杂有氢气，其具有可燃性，因此在第二排空管路10上设置有第二阻火器1001，利用第二阻火器1001以阻止火焰传播，为燃料电池8作业提供安全保障。

进一步的，第二减压阀206与燃料电池8之间还设有第二安全阀207和/或手动泄气阀208，第二安全阀207以及手动泄气阀208的泄气端均连接第二排空管路10。如此设置，为了避免经过第二减压阀206后的氢气压力仍然过大，强行供给燃料电池8使用会导致燃料电池8受损，因此在第二减压阀206与燃料电池8之间还设置第二安全阀207和/或手动泄气阀208，通过第二安全阀207自动检测管道内的氢气压力升高超过规定值时，通过向系统外排放氢气来防止管道或设备内氢气压力超过规定数值，通过手动泄气阀208以供作业人员进行手动泄气，如此通过人工与自动双结合的方式，进一步确保安全保障。

作为上述实施例的优选方案，储存管路单元3包括依次连接的储气瓶301、手动球阀302、第三电动球阀303以及第四过滤装置304，第四过滤装置304连接提纯管路单元1，第三电动球阀303与控制模块电性连接；手动球阀302与第三电动球阀303之间设有软质管段305。如此设置，由于手动球阀302与储气瓶301一般为一体设置，因此在手动球阀302与第三电动球阀303之间设置软质管段305，从而便于储气瓶301的安装。可以理解的，如果手动球阀302与第三电动球阀303之间为钢制管段，那么在储气瓶301安装时需要移动储气瓶301以适应第三电动球阀303的位置，由于储气瓶301自身重量较大，导致安装过程非常不便。而增设了软质管段305后，就能通过移动其软质管段305以适应储气瓶301的位置，相比之下，其安装过程会便捷很多。

进一步的，储气瓶301设有若干个，若干个储气瓶301通过分流歧管（附图未示出）相互连接。如此设置，通过设置多个储气瓶301进行氢气储存，以确保所存储的氢气量满足燃料电池8的发电要求。

本实施例还公开了一种燃料电池8，包括上述实施例的氢气供给系统。如此设置，将上述实施例的氢气供给系统应用于燃料电池8中，在燃料电池8的氢气供给前先设置提纯管路单元1以及供给管路单元2，提纯管路单元1的进气端与氢气源连接，利用提纯管路单元1对来自于氢气源的氢气进行提纯处理，再将提纯处理完毕的氢气通过供给管路单元2输送至燃料电池8，从而实现确保用于供给燃料电池8的氢气纯度符合使用要求的目的，从而保证燃料电池8的正常发电。此外，考虑到提纯管路单元1进行提纯处理需要一定时间，为了确保燃料电池8的持续发电，在提纯管路单元1的出气端还额外设置储存管路单元3，在燃料电池8非工作时间，将提纯管路单元1所输出的氢气输送至储存管路单元3进行储存，以确保燃料电池8工作时有足够的提纯处理后的氢气进行供给。

需要说明的是，本发明公开的氢气供给系统以及燃料电池的其它内容为现有技术，在此不再赘述。

另外，需要说明的是，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

此外，需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种氢气供给系统，其特征在于：包括提纯管路单元、供给管路单元以及储存管路单元；所述提纯管路单元的进气端用于与氢气源连接，所述提纯管路单元用于对来自于所述氢气源的氢气进行提纯处理，所述提纯管路单元的出气端分别连接所述供给管路单元以及所述储存管路单元；所述供给管路单元的出气端用于与燃料电池连接，所述供给管路单元用于将提纯处理完毕的氢气输送至所述燃料电池；所述储存管路单元的出气端连接储气瓶，所述储气瓶用于将提纯处理完毕的氢气进行储存；还包括控制模块，所述控制模块用于引导氢气在所述提纯管路单元、所述供给管路单元以及所述储存管路单元中的流向；

其中，所述提纯管路单元包括依次设置的第一压缩机、提纯装置、第二压缩机、第一过滤装置以及第一止回阀，所述第一压缩机、所述提纯装置以及所述第二压缩机均与所述控制模块电性连接；所述第一压缩机的进气端连接所述氢气源，所述第一压缩机用于将位于所述氢气源的氢气输送至所述提纯装置，所述第二压缩机用于将提纯处理完毕的氢气输送至供给管路单元，且所述第二压缩机的压力值大于所述第一压缩机的压力值；所述提纯管路单元还包括有冷却循环管路，所述冷却循环管路依次循环连接有冷却循环装置、所述第一压缩机以及所述第二压缩机，所述冷却循环管路用于为所述第一压缩机以及所述第二压缩机进行降温处理，且所述冷却循环装置的输出端连接所述第一压缩机。

2.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于：所述第一压缩机包括有第一尾排管路以及第一减压管路，所述第二压缩机包括有第二尾排管路以及第二减压管路，所述第一尾排管路、所述第一减压管路、所述第二尾排管路以及所述第二减压管路的输出端均连通至第一排空管路，所述第一排空管路的出气端连通外界，所述第一排空管路上设置有第一阻火器。

3.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于：所述提纯管路单元还包括有供气管路单元，所述供气管路单元用于为所述提纯装置提供气动力支持；所述供气管路单元包括依次连接的动力气瓶、第二过滤装置以及第一减压阀，所述第一减压阀的输出端连接所述提纯装置。

4.根据权利要求3所述的氢气供给系统，其特征在于：所述第一减压阀的输出端还依次连接第一电动球阀以及第二止回阀，并与所述供给管路单元连接，所述第一电动球阀与所述控制模块电性连接。

5.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于：所述供给管路单元包括依次连接的压力表、压力变送器、第一安全阀、第二电动球阀、第三过滤装置以及第二减压阀，所述第二减压阀的输出端连接所述燃料电池；所述压力变送器的信号输出端连接所述控制模块，所述控制模块与所述第二电动球阀电性连接；所述第一安全阀的泄气端连接第二排空管路，所述第二排空管路的出气端连通外界，所述第二排空管路上设置有第二阻火器。

6.根据权利要求5所述的氢气供给系统，其特征在于：所述第二减压阀与所述燃料电池之间还设有第二安全阀和/或手动泄气阀，所述第二安全阀以及所述手动泄气阀的泄气端均连接所述第二排空管路。

7.根据权利要求1所述的氢气供给系统，其特征在于：所述储存管路单元包括依次连接的储气瓶、手动球阀、第三电动球阀以及第四过滤装置，所述第四过滤装置连接所述提纯管路单元，所述第三电动球阀与控制模块电性连接；所述手动球阀与所述第三电动球阀之间设有软质管段。

8.一种燃料电池，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的氢气供给系统。

Images