CN219626700U - 燃料电池尾排系统以及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池尾排系统以及燃料电池系统，燃料电池尾排系统包括缓冲罐、催化反应器、调压阀、膨胀发电组件和氢气回收组件，缓冲罐连通于燃料电池的阳极出口；燃料电池的阴极出口、缓冲罐均连通于催化反应器的进口端，催化反应器能将燃料电池的阴极出口的空气和缓冲罐输出的氢气进行混合及催化氧化反应；调压阀设置于缓冲罐和催化反应器的进口端之间；膨胀发电组件连通于催化反应器的出口端，膨胀发电组件用于回收利用催化反应器输出的产物中的能量，氢气回收组件能对燃料电池的阳极出口输出的产物中的氢气进行回收利用。上述结构可以降低尾气中氢气浓度并回收能量，提高膨胀机的使用寿命。

Description

燃料电池尾排系统以及燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池尾排系统以及燃料电池系统。

背景技术

随着新能源行业的不断发展，燃料电池由于其使用的氢能源更加环保而逐渐发展起来。由于燃料电池在氢气和空气进行反应后，反应后的气体仍会掺杂着氢气，因此，需对该燃料电池系统的尾气进行处理，以降低氢气的浓度，然后再排出。

现有技术如公告号为CN214956982U专利公开了一种燃料电池尾排氢浓度控制系统，该尾排系统中通过设置缓冲罐，让尾气与空气在缓冲罐内充分混合，以达到降低尾气中氢气浓度的目的。但是，上述方案并未对尾气中的氢气进行氧化处理，仍存在尾气中氢气的浓度无法保证在安全的排放浓度范围内的问题，同时氢气会随尾气排出，造成资源的浪费。并且，现有技术中还存在其它的气体尾气排放的处理方案，例如通过在尾排系统中增设膨胀机对尾气中的废弃能量进行回收利用。但是，上述方案在能量回收过程中，膨胀机容易被尾气中的液滴影响，造成对膨胀机的损坏，进而使得该膨胀机的使用寿命降低。

因此，亟需设计一种燃料电池尾排系统以及燃料电池系统，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种燃料电池尾排系统，能够提高对尾气中氢气浓度的稀释，且对尾气的废弃能量进行充分利用，同时减少了进入膨胀机的液滴，提高了膨胀机的可靠性和使用寿命，进而提高了该燃料电池尾排系统的使用寿命。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

燃料电池尾排系统，包括：

缓冲罐，连通于燃料电池的阳极出口；

催化反应器，上述燃料电池的阴极出口、上述缓冲罐均连通于上述催化反应器的进口端，上述催化反应器被配置为能够将上述燃料电池的阴极出口的空气和上述缓冲罐输出的氢气进行混合及催化氧化反应，并将反应后的产物由上述催化反应器的出口端排出至尾气输出部；

调压阀，设置于连通上述缓冲罐和上述催化反应器的进口端之间的管路上，上述调压阀用于对上述缓冲罐内输出的氢气的压力进行调节；

膨胀发电组件，连通于上述催化反应器的出口端，上述膨胀发电组件用于回收利用上述催化反应器输出的产物中的能量；

氢气回收组件，设置于上述燃料电池的阳极出口和上述缓冲罐之间，上述氢气回收组件被配置为能够对上述燃料电池的阳极出口输出的产物中的氢气进行回收利用。

可选地，上述膨胀发电组件包括：

膨胀机，具有第一连通端、第二连通端和第三连通端，上述第一连通端连通于上述催化反应器的出口端，上述膨胀机用于回收上述催化反应器输出的产物中的能量，上述第二连通端能输出能量，上述第三连通端能排出尾气；

发电机，一端连接于上述膨胀机的第二连通端，另一端连接于上述燃料电池的空气压缩机。

可选地，上述膨胀机和上述空气压缩机分别设置于上述发电机的两侧。

可选地，上述氢气回收组件包括循环泵，上述循环泵的进口端连通于上述燃料电池的阳极出口，上述循环泵的出口端连通于上述燃料电池的阳极入口。

可选地，上述氢气回收组件还包括阳极气液分离器，上述阳极气液分离器的进口端连通于上述燃料电池的阳极出口，上述循环泵的进口端和上述缓冲罐均连通于上述阳极气液分离器的排气出口端。

可选地，上述氢气回收组件还包括排气阀，上述排气阀设置于连通上述阳极气液分离器的排气出口端和上述缓冲罐之间的管路上。

可选地，上述燃料电池尾排系统还包括增湿器，上述增湿器设有第一通路和第二通路，上述第一通路用于连通供氧系统和上述燃料电池的阴极入口并对上述供氧系统内的空气增加湿度，上述第二通路用于连通上述燃料电池的阴极出口和上述催化反应器的进口端。

可选地，上述燃料电池尾排系统还包括尾排消音器，上述尾排消音器连通于上述膨胀发电组件。

可选地，上述燃料电池尾排系统还包括阴极气液分离器，上述阴极气液分离器的进口端连通于上述燃料电池的阴极出口，上述阴极气液分离器的排气出口端连通于上述尾气输出部。

本实用新型的另一个目的在于提供一种燃料电池系统，能够提高对尾气中氢气浓度的稀释，且对尾气的废弃能量进行充分利用，减少了进入膨胀机的液滴，提高了膨胀机的可靠性和使用寿命，进而提高了该燃料电池尾排系统的效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

燃料电池系统，包括燃料电池、供氧系统、供氢系统以及如上述任一方案所述的燃料电池尾排系统，上述燃料电池的阳极入口连通于上述供氢系统，上述燃料电池的阴极入口连通于上述供氧系统，上述燃料电池的阳极出口连通于上述缓冲罐，上述燃料电池的阴极出口连通于上述催化反应器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种燃料电池尾排系统以及燃料电池系统，该燃料电池尾排系统的尾气可以通过催化反应器进行反应，即可进一步消除尾气中的氢气，进而降低氢气的浓度；并且，在缓冲罐和催化反应器之间设置调压阀，使得进入催化反应器内的氢气的压力稳定，提高了该燃料电池尾排系统的安全性；同时，经过催化反应器进行催化反应时会产生热，热量会将尾气中的液滴蒸发为气体，使得经过催化反应器的尾气不会对膨胀发电组件造成损坏，提高了膨胀发电组件的使用寿命，进而提高了该燃料电池尾排系统的效率；且由于膨胀发电组件的做功能力与温度正相关，因此进入膨胀发电组件的气体的温度升高，可以提升该膨胀发电组件的做功能力，进而提升该膨胀发电组件回收能量的能力。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的燃料电池系统的结构示意图。

图中：

1、缓冲罐；2、催化反应器；3、调压阀；4、膨胀机；5、发电机；6、阳极气液分离器；7、循环泵；8、排气阀；9、增湿器；10、尾排消音器；11、燃料电池；12、空气过滤器；13、空气流量计；14、空气压缩机；15、中冷器；16、流量控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面通过图1对本实用新型提供的燃料电池尾排系统以及燃料电池系统进行描述。

本实施例提供了一种燃料电池系统，用于对外部用电设备进行供电。该燃料电池系统能够提高对尾气中氢气浓度的稀释，且对尾气的废弃能量进行充分利用，同时减少了进入膨胀机4的液滴，提高了膨胀机4的使用寿命，进而提高了该燃料电池尾排系统的效率。

具体而言，该燃料电池系统包括燃料电池11、供氧系统、供氢系统以及燃料电池尾排系统，燃料电池11的阳极入口连通于供氢系统，燃料电池11的阴极入口连通于供氧系统，燃料电池11的阳极出口和阴极出口均连通于燃料电池尾排系统。

通过上述结构，该燃料电池11通过阳极入口输入氢气，通过阴极入口输入氧气，并对氧气和氢气进行反应，反应后的阳极产物通过阳极出口流入燃料电池尾排系统，反应后的阴极产物通过阴极出口流入燃料电池尾排系统，通过燃料电池尾排系统对其进行处理，进而可以提高对尾气中氢气浓度的稀释，且对尾气的废弃能源进行充分利用，同时降低了尾气中的液滴，提高了该燃料电池尾排系统的效率。

在本实施例中，如图1所示，上述供氧系统包括沿空气的输送方向通过管路依次连通的空气过滤器12、空气流量计13、空气压缩机14、中冷器15和增湿器9。其中，空气过滤器12用于对从该供氧系统的入口进入的空气进行过滤，保证了进入的空气的洁净度。而空气流量计13用于实时检测该供氧系统的管路内通过空气流量计13的空气的流量大小。

进一步地，空气压缩机14用于根据燃料电池系统的不同功率需求，适应性地向燃料电池11提供具有一定流量和一定压力的空气。

又进一步地，中冷器15用于对空气压缩机14输出的空气进行冷却，并将冷却后的空气输送至燃料电池11的阴极入口。

再进一步地，增湿器9设有第一通路和第二通路，第一通路用于连通供氧系统和燃料电池11的阴极入口并对供氧系统内的空气增加湿度，第二通路用于连通燃料电池11的阴极出口和燃料电池尾排系统。

在本实施例中，如图1所示，上述供氢系统包括氢气储存装置，氢气储存装置设有输入口和输出口，输入口用于氢气的注入，输出口连通于燃料电池11的阳极入口。

进一步地，该供氢系统还包括流量控制阀16，该流量控制阀16设置于连通的氢气储存装置和燃料电池11的阳极入口之间的管路上，该流量控制阀16用于控制氢气输入的流量。即可通过检测空气的输入流量，来控制氢气的输入流量，以保证不会出现过多浪费。

而对于燃料电池尾排系统，由于在尾气中还存在氢气和氧气，为了更好地实现氢气浓度的降低和废弃能量的回收。本实施例还提供了一种燃料电池尾排系统，能够提高对尾气中氢气浓度的稀释，且对尾气的废弃能源进行充分利用，同时减少了进入膨胀发电组件的液滴，提高了膨胀发电组件的使用寿命，进而提高了该燃料电池尾排系统的使用寿命。

具体而言，如图1所示，上述燃料电池尾排系统包括缓冲罐1和催化反应器2、调压阀3以及膨胀发电组件。其中，缓冲罐1连通于燃料电池11的阳极出口，用于对燃料电池11的阳极出口输出的产物进行储存；燃料电池11的阴极出口、缓冲罐1均连通于催化反应器2的进口端，催化反应器2能够将燃料电池11的阴极出口的空气和缓冲罐1输出的氢气进行混合及催化氧化反应，并将反应后的产物由催化反应器2的出口端排出至尾气输出部排出至外部大气中。通过上述两个结构使得这尾气可以更好地对氢气进行氧化反应，减少了尾气中氢气的浓度。

进一步地，上述燃料电池尾排系统还包括调压阀3，调压阀3设置于连通缓冲罐1和催化反应器2的进口端之间的管路上，调压阀3用于对缓冲罐1内输出的氢气的压力进行调节，可以向催化反应器2输出具有一定压力的氢气。调压阀3的设置保证了催化反应器2内氢气压力的稳定，又提高了整体的安全性，避免了因氢气压力过大导致安全事故的发生。

又进一步地，上述燃料电池尾排系统还包括膨胀发电组件，膨胀发电组件连通于催化反应器2的出口端，膨胀发电组件用于回收利用催化反应器2输出的产物中的能量，即可以提高该燃料电池尾排系统的资源利用率；

并且，上述燃料电池尾排系统还包括氢气回收组件，氢气回收组件设置于燃料电池11的阳极出口和缓冲罐1之间，氢气回收组件能够对燃料电池11的阳极出口输出的产物中的氢气进行回收利用，提高了该燃料电池尾排系统的资源利用率。

通过上述结构，该燃料电池尾排系统的尾气可以通过催化反应器2进行反应，即可进一步消除尾气中的氢气，进而降低氢气的浓度；并且，在缓冲罐1和催化反应器2之间设置调压阀3，使得进入催化反应器2内的氢气的压力稳定，提高了该燃料电池尾排系统的安全性；同时，经过催化反应器2进行催化反应时会产生热，热量会将尾气中的液滴蒸发为气体，使得经过催化反应器2的尾气不会对膨胀发电组件造成损坏，提高了膨胀发电组件的使用寿命，进而提高了该燃料电池尾排系统的使用寿命；且由于膨胀发电组件的做功能力与温度正相关，因此进入膨胀发电组件的气体的温度升高，可以提升该膨胀发电组件的做功能力，进而提升该膨胀发电组件的回收能量的能力。并且，上述燃料电池尾排系统又增设了氢气回收组件，使得该电池尾排系统能对氢气进行进一步地回收利用，提高了该燃料电池尾排系统的资源利用率。

可选地，上述燃料电池尾排系统包括增湿器9，增湿器9的第二通路的两端连通燃料电池11的阴极出口和催化反应器2的进口端，即可以实现将燃料电池11的阴极出口输出的尾气排出至催化反应器2中与氢气进行反应，且由于阴极出口输出的尾气直接进入催化反应器2中，保证了催化反应器2中该阴极的尾气中的氧气的含量，进而可以保证对氢气的氧化，实现大大降低氢气浓度的作用。

为了实现对尾气的回收利用的目的，在本实施例中，上述膨胀发电组件包括膨胀机4和发电机5，膨胀机4具有第一连通端、第二连通端和第三连通端，第一连通端连通于催化反应器2的出口端，膨胀机4用于回收催化反应器2输出的产物中的能量，第二连通端能输出能量，第三连通端能排出尾气；发电机5的一端连接于膨胀机4的第二连通端，另一端连接于燃料电池11的空气压缩机14。即经过催化反应器2进行催化并加热过尾气进入膨胀机4，通过膨胀机4涡轮增压的效果回收废弃能量，并使得发电机5进行发电，且同时该发电机5的电量可以用于对空气压缩机14供电，实现了废弃能量的再利用，提高了资源利用率。

优选地，膨胀机4和空气压缩机14分别设置于发电机5的两侧。这样设置能平衡发电机5，使得发电机5更为稳定，提高了系统的稳定性和可靠性。

为了进一步实现氢气的回收利用，在本实施例中，上述氢气回收组件包括循环泵7，循环泵7的进口端连通于燃料电池11的阳极出口，循环泵7的出口端连通于燃料电池11的阳极入口，使得从燃料电池11的阳极出口排出的尾气中的氢气能再次回到阳极入口，进入燃料电池11中进行反应，实现对氢气的回收利用，同时也降低了尾气中氢气的浓度。

进一步地，上述氢气回收组件还包括阳极气液分离器6，阳极气液分离器6的进口端连通于燃料电池11的阳极出口，循环泵7的进口端和缓冲罐1均连通于阳极气液分离器6的排气出口端，使得在燃料电池11阳极出口流出的尾气，通过阳极气液分离器6，将尾气中的液滴与气体分离，使得气体能通过排气出口端流出，一部分气体通过循环泵7流入至燃料电池11的阳极入口，实现了对氢气的回收利用，同时也降低了尾气中氢气的浓度；另一部分气体流入缓冲罐1中，并通过催化反应器2将该部分气体中的氢气反应处理，降低了尾气中的氢气的浓度。

进一步地，上述氢气回收组件还包括排气阀8，排气阀8设置于连通阳极气液分离器6的排气出口端和缓冲罐1之间的管路上，排气阀8的设置可以控制该管路的闭合和断开，同时也能控制通过该管路的尾气的流量大小。

为了保证该燃料电池尾排系统的尾气排出时噪音满足要求的噪音范围，进一步地，上述燃料电池尾排系统还包括尾排消音器10，尾排消音器10连通于膨胀发电组件，即尾排消音器10连通于膨胀机4的第三连接端，尾排消音器10的设置将尾气有效地进行消音处理，以降低噪音。

为了更好地实现尾气输出部排出的尾气中氢气含量减少的目的，在保证氧气含量的情况下，本实施例的燃料电池尾排系统还包括阴极气液分离器，阴极气液分离器的进口端连通于燃料电池11的阴极出口，阴极气液分离器的排气出口端连通于尾气输出部，即可实现从燃料电池11的阴极出口流出的氧气中的一部分对最终尾气输出部的尾气再次进行中和，进一步降低了尾气输出部排出的尾气中的氢气的含量；燃料电池11的阴极出口流出的氧气中的另一部分进入催化反应器2中与氢气进行反应。上述设置既保证了对尾气中氢气含量的降低，同时又能充分利用燃料电池11的阴极出口流出的氧气。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.燃料电池尾排系统，其特征在于，包括：

缓冲罐(1)，连通于燃料电池(11)的阳极出口；

催化反应器(2)，所述燃料电池(11)的阴极出口、所述缓冲罐(1)均连通于所述催化反应器(2)的进口端，所述催化反应器(2)被配置为能够将所述燃料电池(11)的阴极出口的空气和所述缓冲罐(1)输出的氢气进行混合及催化氧化反应，并将反应后的产物由所述催化反应器(2)的出口端排出至尾气输出部；

调压阀(3)，设置于连通所述缓冲罐(1)和所述催化反应器(2)的进口端之间的管路上，所述调压阀(3)用于对所述缓冲罐(1)内输出的氢气的压力进行调节；

膨胀发电组件，连通于所述催化反应器(2)的出口端，所述膨胀发电组件用于回收利用所述催化反应器(2)输出的产物中的能量；

氢气回收组件，设置于所述燃料电池(11)的阳极出口和所述缓冲罐(1)之间，所述氢气回收组件被配置为能够对所述燃料电池(11)的阳极出口输出的产物中的氢气进行回收利用。

2.根据权利要求1所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述膨胀发电组件包括：

膨胀机(4)，具有第一连通端、第二连通端和第三连通端，所述第一连通端连通于所述催化反应器(2)的出口端，所述膨胀机(4)用于回收所述催化反应器(2)输出的产物中的能量，所述第二连通端能输出能量，所述第三连通端能排出尾气；

发电机(5)，一端连接于所述膨胀机(4)的第二连通端，另一端连接于所述燃料电池(11)的空气压缩机(14)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述膨胀机(4)和所述空气压缩机(14)分别设置于所述发电机(5)的两侧。

4.根据权利要求1所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述氢气回收组件包括循环泵(7)，所述循环泵(7)的进口端连通于所述燃料电池(11)的阳极出口，所述循环泵(7)的出口端连通于所述燃料电池(11)的阳极入口。

5.根据权利要求4所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述氢气回收组件还包括阳极气液分离器(6)，所述阳极气液分离器(6)的进口端连通于所述燃料电池(11)的阳极出口，所述循环泵(7)的进口端和所述缓冲罐(1)均连通于所述阳极气液分离器(6)的排气出口端。

6.根据权利要求5所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述氢气回收组件还包括排气阀(8)，所述排气阀(8)设置于连通所述阳极气液分离器(6)的排气出口端和所述缓冲罐(1)之间的管路上。

7.根据权利要求1所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述燃料电池尾排系统还包括增湿器(9)，所述增湿器(9)设有第一通路和第二通路，所述第一通路用于连通供氧系统和所述燃料电池(11)的阴极入口并对所述供氧系统内的空气增加湿度，所述第二通路用于连通所述燃料电池(11)的阴极出口和所述催化反应器(2)的进口端。

8.根据权利要求1所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述燃料电池尾排系统还包括尾排消音器(10)，所述尾排消音器(10)连通于所述膨胀发电组件。

9.根据权利要求1-8任一项所述的燃料电池尾排系统，其特征在于，所述燃料电池尾排系统还包括阴极气液分离器，所述阴极气液分离器的进口端连通于所述燃料电池(11)的阴极出口，所述阴极气液分离器的排气出口端连通于所述尾气输出部。

10.燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池(11)、供氧系统、供氢系统以及如权利要求1-9任一项所述的燃料电池尾排系统，所述燃料电池(11)的阳极入口连通于所述供氢系统，所述燃料电池(11)的阴极入口连通于所述供氧系统，所述燃料电池(11)的阳极出口连通于所述缓冲罐(1)，所述燃料电池(11)的阴极出口连通于所述催化反应器(2)。