CN207602693U - 一种燃料电池汽车供氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池汽车供氢系统，属于能源和化工领域。一种燃料电池汽车供氢系统，其适用于以燃气管网中的燃气作为氢源，燃料电池汽车供氢系统包括：燃气处理装置、增压机以及尾气处理装置。燃气处理装置的入口用于与燃气管网连接，并被配置成对从燃气管网中引出的燃气进行物理处理后得到尾气和氢气纯度大于氢源的产品气；增压机与燃气处理装置的氢气出口连接；尾气处理装置被配置成将燃气处理装置产生的尾气排放到燃气管网中。该系统能为燃料电池汽车供氢，且污染少、环保，能改善制氢尾气难处理的问题。

Description

一种燃料电池汽车供氢系统

技术领域

本实用新型涉及能源和化工领域，具体而言，涉及一种燃料电池汽车供氢系统。

背景技术

燃料电池发电系统具有高效、零排放及续驶里程长的优势，发展氢燃料电池汽车有利于解决能源、环保两大世界难题，被汽车产业界认为是汽车动力源未来发展的方向。

近年来，随着车用燃料电池产品开发和应用验证日趋深入，燃料电池汽车技术已经接近满足商业化要求，全球燃料电池汽车表现出强劲的增长势头，据国际能源署(IEA)的统计数据，至2020年在世界范围运行的燃料电池乘用车和商用车数量将超过520,000辆。氢气是燃料电池汽车的主要燃料，加氢站是发展燃料电池汽车必要的配套设施。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池汽车供氢系统，该系统能为燃料电池汽车供氢，且能改善制氢尾气难处理的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种燃料电池汽车供氢系统，其适用于以燃气管网中的燃气作为氢源，燃料电池汽车供氢系统包括：燃气处理装置、增压机以及尾气处理装置。

燃气处理装置的入口用于与燃气管网连接，并被配置成对从燃气管网中引出的燃气进行物理处理后得到尾气和氢气纯度大于氢源的产品气；

增压机与燃气处理装置的氢气出口连接；

尾气处理装置被配置成将燃气处理装置产生的尾气排放到燃气管网中。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

燃气处理装置包括：过滤器以及氢气分离提纯设备。过滤器的入口用于与燃气管网连接，并被配置成并对从燃气管网中的燃气引出的燃气进行过滤；氢气分离提纯设备的入口与过滤器的出口连接，氢气分离提纯设备的出口与增压机的入口连接，并被配置成将经过过滤的燃气分离提纯得到尾气和产品气。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

氢气分离提纯设备包括：氢气分离器以及氢气提纯器。氢气分离器的入口与过滤器的出口连接，并被配置成将经过过滤的燃气分离成氢气和尾气；氢气提纯器与氢气分离器的氢气出口连接，氢气提纯器的出口与增压机的入口连接，并被配置成将氢气分离器分离出的氢气进行提纯以得到产品气及尾气。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

尾气处理装置包括第一管道和第二管道，第一管道的两端分别与氢气分离器的尾气出口、燃气管网连通；第二管道的两端分别与氢气提纯器的尾气出口、燃气管网连通。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

第一管道上设置有第一回流控制阀；第二管道上设置有第二回流控制阀门。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

氢气分离器为膜分离型氢分离器或变压吸附型氢分离器。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

过滤器通过通气管道与燃气管网连接。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

通气管道上设置有进气控制阀。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

燃料电池汽车供氢系统还包括氢气储罐，氢气储罐的入口与氢气提纯器的氢气出口连接，氢气储罐的出口与增压机入口连接。

进一步地，在本实用新型的一种实施例中：

燃料电池汽车供氢系统还包括可向燃料电池汽车加注产品气的加氢机，加氢机与增压机的出口连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的燃料电池汽车供氢系统，来自燃气管网的燃气进入燃气处理装置后得到尾气和产品气，尾气经尾气处理装置排放到燃气管网中可进行再利用，产品气可在增压机的作用下加压，然后可加注至燃料电池汽车。由于燃气管网与燃料电池汽车的使用区域是契合的，使用便利，同时还可与加油站共建，解决氢源输送管网的建设和占地问题。由于燃气管网中的燃气含有大量的氢气，且燃气管网中的燃气作为热源气，以燃气管网中的燃气作为氢源，不一定需要追求高的氢气回收率。燃气经处理后得到的尾气均可返回燃气管网中再利用的，环保节能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型具体实施方式的第一种燃料电池汽车供氢系统；

图2为本实用新型具体实施方式的第二种燃料电池汽车供氢系统；

图3为本实用新型具体实施方式的第三种燃料电池汽车供氢系统；

图4为本实用新型具体实施方式的第四种燃料电池汽车供氢系统。

图标：100-燃料电池汽车供氢系统；110-燃气管网；120-燃气处理装置；121-过滤器；122-氢气分离器；123-氢气提纯器；130-氢气储罐；140-增压机；150-加氢机；160-燃料电池汽车；171-第一管道；172-第二管道；173-通气管道；181-进气控制阀；182-第一回流控制阀；183-第二回流控制阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，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一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型还提供一种燃料电池汽车供氢系统100，其适用于以燃气管网110中的燃气作为氢源，燃料电池汽车供氢系统100包括：燃气处理装置120、增压机140以及尾气处理装置。

燃气处理装置120的入口用于与燃气管网110连接，并被配置成对从燃气管网110中引出的燃气进行物理处理后得到尾气和氢气纯度大于氢源的产品气。增压机140与燃气处理装置120的氢气出口连接。尾气处理装置被配置成将燃气处理装置120产生的尾气排放到燃气管网110中。请参照图1。

来自燃气管网110的燃气进入燃气处理装置120后得到尾气和产品气，尾气经尾气处理装置排放到燃气管网110中可进行再利用，产品气可在增压机140的作用下加压，然后可加注至燃料电池汽车160。由于燃气管网110中的燃气含有大量的氢气，且燃气管网110中的燃气作为热源气，以燃气管网110中的燃气作为氢源，不一定需要追求高的氢气回收率。燃气经处理后得到的尾气均可返回燃气管网110中再利用的，环保节能。

另外，燃气管网110特别是城市燃气管网110一般都是布局在人口密集区，与燃料电池汽车160的使用范围重叠较大，使用便利，能够减少能源输送管网的建设、投资费用问题。在本实用新型的一些实施方式中，燃气管网110也可以为农村的燃气管网110。农村的燃气管网110也与燃料电池的使用范围重叠较大，燃料电池汽车160使用便利。

具体地，在本实用新型的实施方式中，燃气处理装置120包括：过滤器121、氢气分离器122和氢气提纯器123。

过滤器121的入口用于与燃气管网110连接，并被配置成并对从燃气管网110中的燃气引出的燃气进行过滤。

氢气分离器122的入口与过滤器121的出口连接，并被配置成将经过过滤的燃气分离成氢气和尾气。

氢气提纯器123与氢气分离器122的氢气出口连接，氢气提纯器123的出口与增压机140的入口连接，氢气提纯器123的并被配置成将氢气分离器122分离出的氢气进行提纯以得到产品气及尾气。

燃气管网110中的燃气经过滤器121过滤除去杂质后，再经过氢气分离器122分离得到氢气和尾气，尾气可输送回燃气管网110，得到的氢气经过氢气提纯器123提纯后得到产品气及尾气，产品气经增压机140增压后可加注至燃料电池汽车160，尾气可输送回燃气管网110，请参照图2。

来自燃气管网110的燃气进入过滤器121被过滤后，去除了焦油和萘及颗粒杂质等。然后过滤后的燃气进入到氢气分离器122将氢气分离，得到的氢气纯度大于95％，同时产生尾气，尾气可输送回燃气管网110。分离出的氢气经氢气提纯器123被进一步提纯，得到氢气纯度大于99.99％的产品气。然后利用增压机140将产品气加压后可加注至燃料电池汽车160。

其中，氢气分离器122可选择变压吸附型氢分离器或膜分离型氢分离器。氢气提纯器123可选择低温吸附氢气净化器或二级吸附氢净化器或催化型氢净化器。需要说明的是，氢气分离器122、氢气提纯器123及过滤器121的选择可根据燃料电池汽车160供氢的方法中的分离提纯的具体方法来具体选择，本实用新型的实施例中不做限定。

另外，请参照图3，燃气管网110与过滤器121可通过通气管道173连接，通气管道173上还是设置有进气控制阀181以控制燃气管网110中的燃气进入过滤器121中。

进一步地，在本实用新型的一些实施方式中，尾气处理装置还包括第一管道171和第二管道172，第一管道171的两端分别与氢气分离器122的尾气出口、燃气管网110连通，第一管道171上设置有第一回流控制阀182。燃气经氢气分离器122分离后得到的尾气可通过第一管道171输送回燃气管网110。

第二管道172的两端分别与氢气提纯器123的尾气出口、燃气管网110连通，第二管道172上设置有第二回流控制阀183。经氢气提纯器123提纯后得到的尾气可通过第二管道172输送回燃气管网110。

本实用新型的燃料电池汽车供氢系统100，可将所有尾气都返回燃气管网110中再利用，能够充分利用燃气和基本保障零排放。

进一步地，请参照图4，在本实用新型的实施方式中，燃料电池汽车供氢系统100还包括氢气储罐130和可向燃料电池汽车160加注氢气的加氢机150，氢气提纯器123与氢气储罐130连通，氢气储罐130与增压机140连通，增压机140与加氢机150连通。

经提纯后的高纯氢气进入氢气储罐130中被储存起来，通过增压机140可将氢气储罐130中的产品气输送至加氢机150中，然后通过加氢机150可实现向燃料电池汽车160加注氢气。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

本实施例提供一种燃料电池汽车供氢系统100，请参照图4，其适用于以燃气管网110中的燃气作为氢源，燃料电池汽车供氢系统100包括：过滤器121、氢气分离器122、氢气提纯器123、氢气储罐130、增压机140和可向燃料电池汽车160加注氢气的加氢机150。其中，过滤器121采用吸附过滤器，氢气分离器122采用膜分离型氢分离器，氢气提纯器123采用低温吸附氢气净化器。

吸附过滤器的入口通过通气管道173与燃气管网110连接，通气管道173上设置有进气控制阀181。氢气分离器122的入口与吸附过滤器的出口连接，氢气分离器122的尾气出口通过第一管道171与燃气管网110连接，第一管道171上设置有第一回流控制阀182。低温吸附氢气净化器的入口与膜分离装置的出口连接，低温吸附氢气净化器的的尾气出口通过第二管道172与燃气管网110连通，第二管道172上设置有第二回流控制阀183。

某地区城市燃气管网110中的燃气为焦炉煤气。来自燃气管网110的焦炉煤气经通气管道173进入吸附过滤器，去除了萘和焦油的燃气被送入氢气分离器122，氢气分离器122的处理能力为100～10000m³/hr，氢气回收率为88％。氢气分离器122的尾气经第一管道171被输送到城市燃气管网110，分离后的燃气(含氢≥95V％)进入低温吸附氢气净化器进行提纯得到产品气，低温吸附氢气净化器的尾气经第二管道172被送回到城市燃气管网110，产品气被存贮在氢气储罐130中，经增压机140增压至≥40Mpa，采用35Mpa加氢机150为燃料电池汽车160加注氢气。

其中，本实施例的焦炉煤气的气体成分和处理后的燃气成分记录在表1中。

表1 焦炉煤气的气体成分和处理后的燃气成分

实施例2

本实施例提供一种燃料电池汽车供氢系统100，请参照图4，其适用于以燃气管网110中的燃气作为氢源，燃料电池汽车供氢系统100包括：过滤器121、氢气分离器122、氢气提纯器123、氢气储罐130、增压机140和可向燃料电池汽车160加注氢气的加氢机150。其中，过滤器121采用吸附过滤器，氢气分离器122采用变压吸附型氢分离器，氢气提纯器123采用催化型氢净化器。

吸附过滤器的入口通过通气管道173与燃气管网110连接，通气管道173上设置有进气控制阀181。氢气分离器122的入口与吸附过滤器的出口连接，氢气分离器122的尾气出口通过第一管道171与燃气管网110连接，第一管道171上设置有第一回流控制阀182。催化型氢净化器的入口与氢气分离器122的出口连接，催化型氢净化器的尾气出口通过第二管道172与燃气管网110连通，第二管道172上设置有第二回流控制阀183。

某地区城市燃气管网110中的燃气为焦炉煤气。来自燃气管网110的焦炉煤气经通气管道173进入吸附过滤器，去除了水、萘和焦油的燃气被送入氢气分离器122，氢气分离器122的处理能力为100～10000m³/hr，氢气回收率为90％。氢气分离器122的尾气经第一管道171被输送到城市燃气管网110，分离后的燃气(含氢99.99V％)进入催化型氢净化器进行提纯得到产品气，催化型氢净化器的尾气经第二管道172被送回到城市燃气管网110，产品气被存贮在氢气储罐130中，经增压机140增压至≥75Mpa，采用70Mpa加氢机150为燃料电池汽车160加注氢气。

其中，本实施例的焦炉煤气的气体成分和处理后的燃气成分记录在表2中。

表2 焦炉煤气的气体成分和处理后的燃气成分

实施例3

本实施例提供一种燃料电池汽车供氢系统100，请参照图4，其适用于以燃气管网110中的燃气作为氢源，燃料电池汽车供氢系统100包括：过滤器121、氢气分离器122、氢气提纯器123、氢气储罐130、增压机140和可向燃料电池汽车160加注氢气的加氢机150。其中，过滤器121采用吸附过滤器，氢气分离器122采用变压吸附型氢分离器，氢气提纯器123采用二级吸附氢净化器。

吸附过滤器的入口通过通气管道173与燃气管网110连接，通气管道173上设置有进气控制阀181。氢气分离器122的入口与吸附过滤器的出口连接，氢气分离器122的尾气出口通过第一管道171与燃气管网110连接，第一管道171上设置有第一回流控制阀182。二级吸附氢净化器的入口与氢气分离器122的出口连接，二级吸附氢净化器的尾气出口通过第二管道172与燃气管网110连通，第二管道172上设置有第二回流控制阀183。

某地区城市燃气管网110中的燃气为焦炉煤气。来自燃气管网110的焦炉煤气经通气管道173进入吸附过滤器，去除了水、萘和焦油的燃气被送入氢气分离器122，氢气分离器122的处理能力为100～10000m³/hr，氢气回收率为90％。氢气分离器122的尾气经第一管道171被输送到城市燃气管网110，分离后的燃气(含氢99.99V％)进入二级吸附氢净化器进行提纯得到产品气，二级吸附氢净化器的尾气经第二管道172被送回到城市燃气管网110，产品气被存贮在氢气储罐130中，经增压机140增压至≥75Mpa，采用70Mpa加氢机150为燃料电池汽车160加注氢气。

其中，本实施例的焦炉煤气的气体成分和处理后的燃气成分记录在表3中。

表3 焦炉煤气的气体成分和处理后的燃气成分

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池汽车供氢系统，其适用于以燃气管网中的燃气作为氢源，其特征在于，所述燃料电池汽车供氢系统包括：燃气处理装置，所述燃气处理装置的入口用于与所述燃气管网连接，并被配置成对从所述燃气管网中引出的燃气进行物理处理后得到尾气和氢气纯度大于所述氢源的产品气；

增压机，所述增压机与所述燃气处理装置的氢气出口连接；以及

尾气处理装置，尾气处理装置被配置成将燃气处理装置产生的尾气排放到所述燃气管网中。

2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述燃气处理装置包括：

过滤器，所述过滤器的入口用于与所述燃气管网连接，并被配置成并对从燃气管网中的燃气引出的燃气进行过滤；以及

氢气分离提纯设备，所述氢气分离提纯设备的入口与所述过滤器的出口连接，所述氢气分离提纯设备的出口与所述增压机的入口连接，并被配置成将经过过滤的燃气分离提纯得到尾气和产品气。

3.根据权利要求2所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述氢气分离提纯设备包括：

氢气分离器，所述氢气分离器的入口与所述过滤器的出口连接，并被配置成将经过过滤的燃气分离成氢气和尾气；以及

氢气提纯器，所述氢气提纯器与所述氢气分离器的氢气出口连接，所述氢气提纯器的出口与所述增压机的入口连接，并被配置成将所述氢气分离器分离出的氢气进行提纯以得到产品气及尾气。

4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述尾气处理装置包括第一管道和第二管道，所述第一管道的两端分别与所述氢气分离器的尾气出口、所述燃气管网连通；所述第二管道的两端分别与所述氢气提纯器的尾气出口、所述燃气管网连通。

5.根据权利要求4所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述第一管道上设置有第一回流控制阀；所述第二管道上设置有第二回流控制阀门。

6.根据权利要求3所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述氢气分离器为膜分离型氢分离器或变压吸附型氢分离器。

7.根据权利要求2-5任一项所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述过滤器通过通气管道与所述燃气管网连接。

8.根据权利要求7所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述通气管道上设置有进气控制阀。

9.根据权利要求3所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述燃料电池汽车供氢系统还包括氢气储罐，所述氢气储罐的入口与所述氢气提纯器的氢气出口连接，所述氢气储罐的出口与所述增压机入口连接。

10.根据权利要求1所述的燃料电池汽车供氢系统，其特征在于，所述燃料电池汽车供氢系统还包括可向燃料电池汽车加注所述产品气的加氢机，所述加氢机与所述增压机的出口连接。