CN204793044U - 一种燃料电池氢气回收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种燃料电池氢气回收系统，所述系统包括燃料电池、氢气进口阀、氢气出口阀、氢气循环泵、截止阀、容器、空气压缩机、排水电磁阀、氢气入口管道、氢气出口管道、空气入口管道和空气出口管道；氢气进口阀置于氢气入口管道上，氢气出口阀置于氢气出口管道上，氢气出口阀的出口同时与氢气循环泵的入口和容器的上口相连，氢气循环泵的出口与截止阀的入口相连，截止阀的出口与氢气进口阀和燃料电池之间的氢气入口管道相连，空气压缩机置于燃料电池的空气入口管道上，排水电磁阀置于容器的排水管道上。本实用新型降低了系统对氢气循环泵的要求，提高了系统的氢气利用率与系统效率。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池氢气回收系统。
背景技术
燃料电池作为一种新型的环保发电产品，具有无噪声、无污染、体积小、寿命长、能量转换率高、便于维护和成本低等优点，非常适合在一些非常规场合所用，如野外、户外或安静的写字楼等。
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(MembraneElectrodeAssembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜和膜两面夹两张多孔性的可导电的材料(如碳纸)组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀、细小且分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
燃料电池处于运行状态放电时，一般都伴随着大量产物水生成。生成的产物水可以在燃料电池的阴极区出现，也可以在燃料电池的阳极区出现。为了保证燃料电池的正常运行与性能不下降，往往需要用锅炉的燃料氢气和氧化剂空气将燃料电池内部生成的水带出，即燃料电池必须需要燃料氢气和氧化剂空气在大于1的计量比的状态下运行，这样过量的燃料氢气与过量的空气部分会携带燃料电池内部的水直接排放到电池外部。
虽然采用过量的空气携带燃料电池内部生成的水一同直接排放到燃料电池外部，是既安全又可行的；但是采用过量的燃料氢气携带燃料电池阳极区的水一同排放到燃料电池外部是不可行的，因为这样做往往会浪费掉宝贵的燃料氢气，而且氢气直接往外排放是很危险的。为了既可以将燃料氢气充分利用，又能将燃料电池内部生成的水带出，一般采用一种氢气循环泵，这种氢气循环泵设置在燃料电池氢气排出口与循环回燃料电池氢气入口之间。
专利CN101162781A提供了一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，包括燃料电池堆，氢气供给部分、氢气回流部分，还包括氢气吹扫部分，氢气吹扫部分由装有吹扫气体的高压吹扫气瓶、与吹扫气瓶连接的吹扫气体控制电磁阀、与吹扫气体控制电磁阀连通的减压阀、以及连接在吹扫气瓶上的单向阀组成。但是，这种系统中采用的氢气循环泵需要消耗很大的功率，降低了整个燃料电池发电系统的发电效率。而且这种氢气循环泵往往占据了整个燃料电池发电系统中很大的体积空间，并增加了重量并且噪声也较大，不适合应用于紧凑的系统中，且不适合批量生产。同时，现有的燃料电池体系中其吹扫排水效果也不理想，需要持续运行状态下排出生产的水，效率低下。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的氢气循环泵能耗大、系统吹扫排水效果差且排水需要持续运行以及系统结构复杂且不适于紧凑的系统中等问题，本实用新型提供了一种燃料电池氢气回收系统。本实用新型利用了燃料电池氢气进口管路与氢气出口管路之间的压力差来进行吹扫排水，降低了系统对氢气循环泵的要求；同时利用各电磁阀之间的配合可以使燃料电池的氢气回收系统进行间歇操作。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种燃料电池氢气回收系统，所述系统包括燃料电池、氢气进口阀、氢气出口阀、氢气循环泵、截止阀、容器、排水电磁阀、氢气入口管道和氢气出口管道；氢气入口管道与燃料电池的氢气入口相连，氢气出口管道与燃料电池的氢气出口相连，氢气进口阀置于氢气入口管道上，氢气出口阀置于氢气出口管道上，氢气出口阀的出口同时与氢气循环泵的入口和容器的上口相连，氢气循环泵的出口与截止阀的入口相连，截止阀的出口与氢气进口阀和燃料电池之间的氢气入口管道相连，排水电磁阀置于容器的排水管道上。
以上所述的燃料电池氢气回收系统其运行方式如下：
燃料电池在开始工作时，打开置于氢气入口管道上的氢气进口阀，通入氢气；此时，氢气出口阀、截止阀和排水电磁阀均处于关闭状态。当燃料电池运行一定时间后，需要将氢气管道内会积累的水排出，此时，打开氢气出口阀，利用氢气进口管路与氢气出口管路之间的压力差将积累的水吹扫到容器中，然后关闭氢气出口阀；再打开氢气循环泵和截止阀，将容器中的氢气回收，与从氢气入口管道通入的氢气混合，再进入燃料电池中进行循环利用；然后再进行上述吹扫排水和氢气循环的操作。
当燃料电池工作较长时间以后，容器中会产生较大压力，此时需要开启排水电磁阀将容器中的水排出；这一过程中，氢气出口阀、截止阀和氢气循环泵处于关闭状态。
其中，氢气循环泵不需要持续工作，其处于间歇工作状态，即在将容器中的氢气回收的时候，氢气循环泵是处于开启状态。
优选地，所述系统包括还包括空气压缩机、空气入口管道和空气出口管道。
优选地，所述空气入口管道与燃料电池的空气入口相连，空气出口管道与燃料电池的空气出口相连，空气压缩机置于燃料电池的空气入口管道上。
优选地，所述氢气进口阀为电磁阀；所述氢气出口阀为电磁阀。
优选地，所述容器为缓冲罐或气液分离器中任意一种。
优选地，所述氢气循环泵为介质为氢气的气泵。
优选地，所述氢气循环泵为管路风机。
优选地，所述截止阀为单向阀或电磁阀中任意一种，其可以防止氢气回流或发生倒吸现象。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型利用了燃料电池氢气进口管路与氢气出口管路之间的压力差来进行吹扫排水，吹扫排水效果良好；且氢气循环泵处于间歇工作状态，降低了系统对氢气循环泵的要求，提高了系统的氢气利用率与系统效率，使氢气利用率达到了99％，系统效率提高了7％以上。
(2)本实用新型所述的系统结构简单，适用于紧凑的系统中并适合批量生产。
附图说明
图1是本实用新型所述燃料电池氢气回收系统的结构示意图；
图2是对比例1中所述的燃料电池氢气回收系统的结构示意图；
其中，1-燃料电池，2-氢气进口阀，3-氢气出口阀，4-氢气循环泵，5-截止阀，6-容器，7-排水电磁阀，8-氢气入口管道，9-氢气出口管道，10-空气压缩机，11-空气入口管道，12-空气出口管道。
具体实施方式
为便于理解本实用新型，本实用新型列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。
实施例1：
本新型提供了一种如图1所示燃料电池氢气回收系统的结构，所述系统包括燃料电池1、氢气进口电磁阀2、氢气出口电磁阀3、管路风机4、单向截止阀5、气液分离器6、空气压缩机10、排水电磁阀7、氢气入口管道8、氢气出口管道9、空气入口管道11和空气出口管道12；氢气入口管道8与燃料电池1的氢气入口相连，氢气出口管道9与燃料电池1的氢气出口相连，空气入口管道11与燃料电池1的空气入口相连，空气出口管道12与燃料电池1的空气出口相连，氢气进口电磁阀2置于氢气入口管道8上，氢气出口电磁阀3置于氢气出口管道9上，氢气出口电磁阀3的出口同时与管路风机4的入口和气液分离器6的入口相连，管路风机4的出口与单向截止阀5的入口相连，单向截止阀5的出口与氢气进口电磁阀2和燃料电池1之间的氢气入口管道8相连，空气压缩机10置于燃料电池1的空气入口管道11上，排水电磁阀7置于气液分离器6的排水管道上。
燃料电池1在开始工作时，打开置于氢气入口管道8上的氢气进口电磁阀2，通入氢气；此时，氢气出口电磁阀3、单向截止阀5和排水电磁阀7均处于关闭状态。当燃料电池1运行一定时间后，需要将氢气管道内会积累的水排出，此时，短暂打开氢气出口电磁阀3，然后立即关闭氢气出口电磁阀3，利用氢气进口管路8与氢气出口管路9之间的压力差将积累的水吹扫到气液分离器6中；再打开氢气管路风机4和单向截止阀5，将气液分离器6中的氢气回收，与从氢气入口管道8通入的氢气混合，再进入燃料电池1中进行循环利用；然后再进行上述吹扫排水和氢气循环的操作。
当燃料电池1工作较长时间以后，气液分离器6中会产生较大压力，此时需要开启排水电磁阀7将气液分离器6中的水排出；这一过程中，氢气出口电磁阀3、单向截止阀5和管路风机4处于关闭状态。
该系统中氢气利用率达到了99％，系统效率相对于对比例1提高了7％以上。
实施例2：
除了容器6为缓冲罐，截止阀5为电磁阀外，其他步骤均与实施例1中相同。
该系统中氢气利用率达到了99％，系统效率相对于对比例1提高了7％以上。
对比例1：
该对比例提供了一种燃料电池氢气回收系统，其包括燃料电池、氢气进口阀2、氢气循环泵4和容器6；氢气进口阀2置于氢气入口管道8上，氢气出口管道9与容器6的入口相连，容器6的气体出口与氢气循环泵4的入口相连。
燃料电池开始工作时，打开氢气进口阀2通入氢气进行反应，氢气循环泵4始终处于开启状态，将氢气出口管道9中的氢气泵入氢气入口管道进行循环。
该装置中对氢气循环泵4要严格，其必须为大功率循环泵，且该装置无法将氢气管路中的水有效排出。
综合实施例1和对比例1可以看出，本实用新型利用了燃料电池氢气进口管路与氢气出口管路之间的压力差来进行吹扫排水，吹扫排水效果良好；且氢气循环泵处于间歇工作状态，降低了系统对氢气循环泵的要求，提高了系统的氢气利用率与系统效率，使氢气利用率达到了99％，系统效率提高了7％以上。本实用新型所述的系统结构简单，适用于紧凑的系统中并适合批量生产。
申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细工艺设备和工艺流程，但本实用新型并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (8)
1.一种燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述系统包括燃料电池(1)、氢气进口阀(2)、氢气出口阀(3)、氢气循环泵(4)、截止阀(5)、容器(6)、排水电磁阀(7)、氢气入口管道(8)和氢气出口管道(9)；氢气入口管道(8)与燃料电池(1)的氢气入口相连，氢气出口管道(9)与燃料电池(1)的氢气出口相连，氢气进口阀(2)置于氢气入口管道(8)上，氢气出口阀(3)置于氢气出口管道(9)上，氢气出口阀(3)的出口同时与氢气循环泵(4)的入口和容器(6)的上口相连，氢气循环泵(4)的出口与截止阀(5)的入口相连，截止阀(5)的出口与氢气进口阀(2)和燃料电池(1)之间的氢气入口管道(8)相连，排水电磁阀(7)置于容器(6)的排水管道上。
2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述系统还包括空气压缩机(10)、空气入口管道(11)和空气出口管道(12)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述空气入口管道(11)与燃料电池(1)的空气入口相连，空气出口管道(12)与燃料电池(1)的空气出口相连，空气压缩机(10)置于燃料电池(1)的空气入口管道(11)上。
4.根据权利要求1所述的燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述氢气进口阀(2)为电磁阀；
所述氢气出口阀(3)为电磁阀。
5.根据权利要求1所述的燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述容器(6)为缓冲罐或气液分离器中任意一种。
6.根据权利要求1所述的燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述氢气循环泵(4)为介质为氢气的气泵。
7.根据权利要求6所述的燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述氢气循环泵(4)为管路风机。
8.根据权利要求1所述的燃料电池氢气回收系统，其特征在于，所述截止阀(5)为单向阀或电磁阀中任意一种。
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