CN214226968U - 一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，包括依次连接的回收段、净化段与排水段；所述回收段包括水气分离装置以及设置在所述水气分离装置两侧的阳极水入口与出气口；所述净化段包括水质净化介质。本实用新型提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置在传统分水器的基础上增加了净化水质的结构，使得氢燃料电池既可提供电能，又可提供纯净淡水，拓展了应用领域。

Description

一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，涉及一种回收净化一体装置，尤其涉及一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置。

背景技术

氢燃料电池可以将氢气的化学能转化为电能，过程转化效率高，噪音小，无污染，已被应用在多个领域。氢燃料电池的阳极系统采用气体循环方式，优点主要有：(1)氢气无外排，提高了电堆在密闭空间工作时的安全性；(2)进电堆反应气湿度增加，有利于电池性能的提高；(3)进出电堆氢气计量比增加，有利于减少堆内水分的积聚。阳极循环系统中产生的液态水需要分离并排出，避免电堆发生水淹，解决这一问题普遍采用的方法是在阳极系统中安装分水器。分水器可将液态水和氢气分离，氢气作为反应气循环参与反应，而液态水收集到一定量时，排出循环系统。从分水器排出的水因带有碳纸中流失的碳粉和碳纤维而无法满足部分应用场合对水质的要求，增加额外的净化装置来去除水中的杂质又将增加燃料电池整套系统的复杂性。

CN 111668514A公开了一种用于燃料电池的一体式水气分离循环装置，通过将氢气循环泵，水气分离器以及排水阀一体化设计，使得燃料电池中需要循环的氢气先经过水气分离器的分离，将水分和气分离开来，液态水通过排水阀排除，减小了布置空间，不用管路进行连接，从而降低了成本，同时在氢气循环泵和水气分离器之间设置有连通孔，保证了氢气循环泵中积累的水通过连通孔再次回流到水气分离器中，避免了氢气循环泵内产生积聚水造成停机的情况。然而所述一体式水气分离循环装置并无净化水质的功能，一定程度上造成了资源的浪费。

CN 111111324A公开了一种水气分离装置，携带有水分的氢气从进气头进入到分水腔中，在遇到分水芯体后，水气分离。分离出的水通过导水孔进入到储水腔中，之后从排水口排出。分离出的氢气在压力的作用下也通过导水孔进入到储水腔中，之后通过通孔上升至排气腔，并从排气头排出。所述发明中，分水腔和排气腔为同心腔结构，相较于现有技术中分水腔和排气腔成横向布置，这种设置方式使得水气分离装置的结构较紧凑，减小了对空间的占用，从而利于整体的合理布局。然而所述水气分离装置同样没有净化水质的功能，仍有较大的优化空间。

由此可见，如何提供一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，在传统分水器的基础上增加净化水质的结构，使得氢燃料电池既可提供电能，又可提供纯净淡水，拓展应用领域，成为了本领域技术人员迫切需要解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，所述氢燃料电池阳极水回收净化一体装置在传统分水器的基础上增加了净化水质的结构，使得氢燃料电池既可提供电能，又可提供纯净淡水，拓展了应用领域。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，所述氢燃料电池阳极水回收净化一体装置包括依次连接的回收段、净化段与排水段。

所述回收段包括水气分离装置以及分别设置在所述水气分离装置两侧的阳极水入口与出气口。

所述净化段包括水质净化介质。

本实用新型中，所述回收段用于分离阳极水中的氢气，所述净化段用于净化经过回收段处理后的阳极水，并经过排水段排出。所述氢燃料电池阳极水回收净化一体装置在传统分水器的基础上增加了净化水质的结构，有效去除了阳极水中的碳粉和碳纤维等杂质，满足了部分应用场合对水质的要求，特别适用于淡水资源紧缺，取水困难的地区。

本实施新型中，所述水气分离装置两侧具体是指液体侧与气体侧，所述阳极水入口设置在水气分离装置的液体侧，所述出气口设置在水气分离装置的气体侧。

优选地，所述回收段还包括液位计。

优选地，所述液位计与阳极水入口设置在水气分离装置的同一侧。

本实用新型中，所述液位计用于实时监测回收段内阳极水的液位高度。

优选地，所述净化段还包括压差计。

优选地，所述压差计的2个压力检测点分别位于水质净化介质的两侧。

本实用新型中，所述压差计用于实时监测阳极水通过水质净化介质前后的压降。

本实用新型中，所述液位计与压差计配合使用可判断回收净化一体装置的工作状态。当液位计监测到回收段内阳极水液面一直处于高位，且压差计数值超出正常范围，说明回收段内的阳极水因净化段内的水质净化介质微孔堵塞，导致排水不畅；当液位计监测到回收段内阳极水液面一直处于高位，而压差计数值显示正常，则说明排水段出现故障，导致排水不畅。

本实用新型中，所述水质净化介质的材料可以是本领域技术人员常规采用的水质净化材料，例如分子筛，氧化铝，活性炭，聚酰胺等，只要能实现净化水质的功能即可，故在此不对水质净化介质的具体材料做特别限定。

优选地，所述水气分离装置包括滤水网。

优选地，所述滤水网的孔径为40-50μm，例如可以是40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm或50μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述排水段包括排水阀与排水管。

优选地，所述排水阀与液位计之间还设置有控制系统。

本实用新型中，所述控制系统用于接收液位计发出的信号，并依据所述信号控制排水阀的开闭及开闭时长。所述开闭时长不仅要考虑燃料电池阳极气体压力波动对输出性能造成的影响和避免氢气通过排水管排出，而且也要避免回收段内因积水过多对阳极气体循环造成影响。

优选地，所述排水阀包括电动阀门或水力控制阀。

本实用新型中，所述排水阀既可以是受控制系统控制的电动阀门，也可以是受排水段内水压自动控制的水力控制阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置在传统分水器的基础上增加了净化水质的结构，实现了对氢燃料电池阳极水回收和净化的双重功能；

(2)经过所述氢燃料电池阳极水回收净化一体装置处理的水，可直接饮用，使得氢燃料电池既可提供电能，又可提供纯净淡水，拓展了应用领域，满足了淡水资源缺乏的特殊场合的应用需求，具有良好的应用价值。

附图说明

图1为实施例1提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置结构示意图；

图2为实施例2提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置结构示意图；

图3为实施例3提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置中回收段结构示意图；

图4为实施例4提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置中净化段结构示意图；

图5为对比例1提供的氢燃料电池阳极水回收装置结构示意图。

其中：10-回收段；11-水气分离装置；12-阳极水入口；13-出气口；14-液位计；20-净化段；21-水质净化介质；22-压差计；30-排水段；31-排水阀；32-排水管。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种如图1所示的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，包括依次连接的回收段10、净化段20与排水段30。

本实施例中，所述回收段10包括水气分离装置11以及分别设置在所述水气分离装置11两侧的阳极水入口12与出气口13；与阳极水入口12设置在水气分离装置11同一侧的还有液位计14；所述水气分离装置11为孔径40μm的滤水网。

本实施例中，所述净化段20包括水质净化介质21与压差计22，所述压差计22的2个压力检测点分别位于水质净化介质21的两侧，且所述水质净化介质21的材料为分子筛。

本实施例中，所述排水段30包括排水阀31与排水管32；所述排水阀31与液位计14之间还设置有控制系统，且所述排水阀31为电动阀门。

实施例2

本实施例提供一种如图2所示的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，包括依次连接的回收段10、净化段20与排水段30。

本实施例中，所述回收段10包括水气分离装置11以及分别设置在所述水气分离装置11两侧的阳极水入口12与出气口13；与阳极水入口12设置在水气分离装置11同一侧的还有液位计14；所述水气分离装置11为孔径50μm的滤水网。

本实施例中，所述净化段20包括水质净化介质21与压差计22，所述压差计22的2个压力检测点分别位于水质净化介质21的两侧，且所述水质净化介质21的材料为聚酰胺。

本实施例中，所述排水段30包括排水阀31与排水管32，且所述排水阀31为水力控制阀。

本实施例相较于实施例1，回收段10与净化段20设置在同一个主体框架内，集成度更高，且占用空间少。

实施例3

本实施例提供一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，所述装置中除了将回收段10内的水气分离装置11更换为如图3所示的滤水层，且滤水层材料为金属丝，其余结构均与实施例1相同，故在此不做赘述。

实施例4

本实施例提供一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，所述装置中除了将净化段20的形状更换为如图4所示的圆锥形，且水质净化介质21改为层状结构，其余结构均与实施例1相同，故在此不做赘述。

对比例1

本对比例提供一种如图5所示的氢燃料电池阳极水回收装置，包括相互连接的回收段10与排水段30。

本实施例中，所述回收段10包括水气分离装置11以及分别设置在所述水气分离装置11两侧的阳极水入口12与出气口13；与阳极水入口12设置在水气分离装置11同一侧的还有液位计14；所述水气分离装置11为孔径40μm的滤水网。

本实施例中，所述排水段30包括排水阀31与排水管32；所述排水阀31与液位计14之间还设置有控制系统，且所述排水阀31为电动阀门。

应用例1

本应用例应用实施例1提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置进行阳极水的回收与净化，具体过程如下：

(1)由氢燃料电池阳极出口的氢气携带液态水通过阳极水入口12进入回收段10，水气分离装置11将氢气与液态水分离，其中的氢气通过出气口13排出装置，并进入气体循环管路中，液态水存储在净化段20内；

(2)当回收段10的液位计14显示液态水的液位达到排放值时，液位计14向控制系统发出信号，控制系统将排放段30的排水阀31打开，液态水在氢气的压力作用下，穿过净化段20内的水质净化介质21，水中的固体杂质被过滤吸附，净化后的水经过排水管32排出装置。

应用例2

本应用例应用实施例2提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置进行阳极水的回收与净化，具体过程如下：

(1)由氢燃料电池阳极出口的氢气携带液态水通过阳极水入口12进入回收段10，水气分离装置11将氢气与液态水分离，其中的氢气通过出气口13排出装置，并进入气体循环管路中，液态水存储在净化段20内；

(2)当回收段10的液态水压力达到额定值时，水压会控制排水阀31处于打开状态，液态水在氢气的压力作用下，穿过净化段20内的水质净化介质21，水中的固体杂质被过滤吸附，净化后的水经过排水管32排出装置。

对比应用例1

本对比应用例应用对比例1提供的氢燃料电池阳极水回收装置进行阳极水的回收，具体过程如下：由氢燃料电池阳极出口的氢气携带液态水通过阳极水入口12进入回收段10，水气分离装置11将氢气与液态水分离，其中的氢气通过出气口13排出装置，并进入气体循环管路中，液态水则经过排水阀31与排水管32排出装置。

相较于应用例1，本对比应用例并未对液态水进行净化处理，如果增加额外的净化装置来去除水中的杂质又将增加燃料电池整套系统的复杂性，因此不利于水资源的回收再利用。

由此可见，本实用新型提供的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置在传统分水器的基础上增加了净化水质的结构，实现了对氢燃料电池阳极水回收和净化的双重功能；经过所述氢燃料电池阳极水回收净化一体装置处理的水，可直接饮用，使得氢燃料电池既可提供电能，又可提供纯净淡水，拓展了应用领域，满足了淡水资源缺乏的特殊场合的应用需求，具有良好的应用价值。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述氢燃料电池阳极水回收净化一体装置包括依次连接的回收段、净化段与排水段；

所述回收段包括水气分离装置以及分别设置在所述水气分离装置两侧的阳极水入口与出气口；

所述净化段包括水质净化介质。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述回收段还包括液位计。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述液位计与阳极水入口设置在水气分离装置的同一侧。

4.根据权利要求1或2所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述净化段还包括压差计。

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述压差计的2个压力检测点分别位于水质净化介质的两侧。

6.根据权利要求2所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述水气分离装置包括滤水网。

7.根据权利要求6所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述滤水网的孔径为40-50μm。

8.根据权利要求2所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述排水段包括排水阀与排水管。

9.根据权利要求8所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述排水阀与液位计之间还设置有控制系统。

10.根据权利要求8所述的氢燃料电池阳极水回收净化一体装置，其特征在于，所述排水阀包括电动阀门或水力控制阀。

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