CN218918965U - 一种提高氢气利用率的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种提高氢气利用率的燃料电池系统，该系统与电堆连接，包括入堆管路和出堆管路，其中出堆管路上设置有汽水分离器、排气控制阀、压力传感器、氢气膜分离器以及回流控制阀，回流控制阀控制气体通向入堆管路；其中汽水分离器与入堆管路间还设置有可控制的旁通管路；通过氢气膜分离器将排氮过程中排出的氢气分离开来，经回流控制阀重新入堆循环利用，不仅避免了氢气的浪费，还使得尾排氢浓度达标，可直接排放至大气。

Description

一种提高氢气利用率的燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种提高氢气利用率的燃料电池系统。

背景技术

随着新能源的迅速发展，燃料电池得到广泛应用，燃料电池系统均采用将出堆氢气进行循环利用来提高氢气利用率，而运行过程中出堆氢气还存在从阴极侧渗透的氮气，因此需要定时排氮来保证入堆氢浓度高于燃料电池可接受阈值，从而保证燃料电池系统持续高性能运行，但是在排氮的过程中会同时排出部分的氢气至尾排，使得部分氢气被浪费降低了氢气的利用率，且尾排氢浓度如果超标则达不到排放至大气环境的标准，可能存在安全风险。

现有技术中的燃料电池系统通过引射器回流出堆氢气进行循环利用，同时标定排氮周期及时间来提高氢气利用率，但是未对排氮过程中排出的氢气进行回收利用，且需要程序控制尾排氢浓度达标后排放至大气环境中，增加了系统的复杂性。

因此，急需一种燃料电池系统，在提高氢气利用率的同时，能够对排氮排出的氢气回收利用且尾排氢浓度不会超标。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种提高氢气利用率的燃料电池系统，不仅能够对排氮过程排出的氢气回收利用，还能保证尾排氢浓度达标。

本实用新型具体采用以下技术方案：

一种提高氢气利用率的燃料电池系统，与电堆连接，包括入堆管路和出堆管路，所述出堆管路上设置有汽水分离器，所述汽水分离器的上端出口依次连接有排气控制阀、氢气膜分离器、回流控制阀以及管路出口，所述管路出口设置在入堆管路上，所述汽水分离器的上端出口和管路出口之间还设置有可控制的旁通管路。

进一步的，所述汽水分离器的下端出口依次连接有排水控制阀、消音器以及尾排。

进一步的，所述氢气膜分离器分为混合气腔和分离气腔，所述混合气腔位于氢气膜分离器入口处，所述分离气腔位于氢气膜分离器出口处，所述混合气腔的底部还设置有排氮控制阀，所述排氮控制阀与消音器连接，通向尾排。

进一步的，所述氢气膜分离器两侧分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器用于测量混合气腔的气体压力，所述第二压力传感器用于测量分离气腔的气体压力。

优选的，所述氢气膜分离器的膜材料为选择性渗透膜材料，可避免膜材料两侧压差变化导致对氢气、氮气的混合气体分离效率降低。

优选的，所述氢气膜分离器的膜材料为选择性吸附膜材料。

进一步的，所述入堆管路上依次设置有氢气换热器、氢气截止阀、氢喷射器以及引射器，所述管路出口设置在引射器入口处，使得出堆氢气循环利用再次进入电堆。

进一步的，所述氢喷射器前端采用高压编织管连接，所述氢喷射器后端采用硅胶管路及卡箍卡盘连接。

本实用新型至少具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的一种燃料电池系统，通过增设氢气膜分离器，将排氮过程中混带排出的氢气进行分离开来，将分离出来的氢气重新进行循环利用进入电堆，进而提高了氢气的利用率，避免了氢气的浪费；

2、本实用新型提供的一种燃料电池系统，对排氮过程中的氢气进行循环利用，有效地避免了氢气进入尾排导致氢浓度超标达不到排放至大气的标准，显著降低了尾排氢浓度；

3、本实用新型提供的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，系统结构简单，制造成本低，可广泛应用。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种提高氢气利用率的燃料电池系统的结构示意图。

标号说明：1、氢气换热器；2、氢气截止阀；3、氢喷射器；4、引射器；5、汽水分离器；6、排水控制阀；7、排气控制阀；8、第一压力传感器；9、氢气膜分离器；10、排氮控制阀；11、第二压力传感器；12、回流控制阀；13、电堆；14、消音器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案以及有益效果更加清楚，下面将结合本实用新型的实施方式及附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”和“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，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1所示，本实用新型提供的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，该系统与电堆连接，包括入堆管路和出堆管路，所述入堆管路上依次连接有氢气换热器1、氢气截止阀2、氢喷射器3、引射器4以及电堆13，所述出堆管路的电堆出口处设置有气水分离器5；

汽水分离器5的上端气体出口处依次与排气控制阀7、第一压力传感器8、氢气膜分离器9、第二压力传感器11以及回流控制阀，该管路出口设置在引射器4的入口处；

汽水分离器5的上端气体出口处与上述管路出口之间还设置有旁通管路；汽水分离器5的下端液体出口处设置有排水控制阀6，通过排水控制阀6与消音器14连接，通向尾排；

氢气膜分离器9的内部分为混合气腔和分离气腔，氢气膜分离器9的膜材料采用选择性渗透膜材料，其中，混合气腔位于氢气膜分离器9的入口处，分离气腔位于氢气膜分离器9的出口处，混合气腔的底部设置有排氮控制阀10，通过排氮控制阀与消音器14连接，通向尾排。

实际操作时，燃料电池系统运行时，氢气截止阀打开，氢气在入堆管路流通，经过氢喷射器和引射器进入电堆参与燃料电池电化学反应，而在这一过程中出堆气体中存在未参与反应的氢气以及从阴极侧渗透的氮气；

当出堆氢气浓度满足入堆条件时，此时不需要进行排氮，排气控制阀关闭，出堆氢气经过汽水分离器进行气液分离后，氢气从旁通管路直接进入引射器进行循环利用再次进入电堆参与反应；当气液分离器内水位达到一定位置时，打开排水控制阀，将液体排出；

当出堆氢气浓度不满足入堆条件时，此时需要进行排氮处理，旁通管路关闭，排气控制阀打开，排氮控制阀关闭，出堆气体经过汽水分离器分离处理后通过排气控制阀进入氢气膜分离器的混合气腔，氢气穿过膜材料进入分离气腔，当第二压力传感器测得的压力数值到达设定值后，氢气回流控制阀打开，氢气循环进入引射器后进入电堆参与反应；当第一压力传感器测得的压力数值到达设定值时需对混合气腔内的氮气进行排放，此时关闭排气控制阀打开排氮控制阀，氮气通过排氮控制阀排出至尾排；

通过上述操作，在满足回收排氮过程中的氢气再次循环利用的同时，还保证了尾排的氢浓度不会超标，无需再通过一系列操作来降低尾排氢浓度，可直接排放至大气环境中，使得尾排氢浓度、电堆性能以及氢气利用率三者之间相互制约，大大提高了氢气利用率。

实施例二

本实用提供的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，与实施例一相同部分此处不再阐述，不同之处在于氢气膜分离器的膜材料采用选择性吸附膜材料；

实际操作时与上述实施例相同。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种提高氢气利用率的燃料电池系统，与电堆连接，包括入堆管路和出堆管路，其特征在于，所述出堆管路上设置有汽水分离器，所述汽水分离器的上端出口依次连接有排气控制阀、氢气膜分离器、回流控制阀以及管路出口，所述管路出口设置在入堆管路上，所述汽水分离器的上端出口和管路出口之间还设置有旁通管路。

2.根据权利要求1所述的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，其特征在于，所述汽水分离器的下端出口依次连接有排水控制阀、消音器以及尾排。

3.根据权利要求2所述的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气膜分离器两侧分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器。

4.根据权利要求3所述的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气膜分离器内部分为混合气腔和分离气腔，所述混合气腔的底部设置有排氮控制阀通向尾排。

5.根据权利要求4所述的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气膜分离器的膜材料为选择性渗透膜材料。

6.根据权利要求4所述的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气膜分离器的膜材料为选择性吸附膜材料。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，其特征在于，所述入堆管路上依次设置有氢气换热器、氢气截止阀、氢喷射器以及引射器，所述管路出口设置在引射器入口处。

8.根据权利要求7所述的一种提高氢气利用率的燃料电池系统，其特征在于，所述氢喷射器前端采用高压编织管连接，所述氢喷射器后端采用硅胶管路及卡箍卡盘连接。

Images