CN219979611U - 一种燃料电池的排水系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种燃料电池的排水系统，包括供氢装置、电堆、氢泵和排水装置，供氢装置与电堆的阳极入口连通，电堆的阳极出口与排水装置的入口连通，排水装置的出口与氢泵的入口端连通，氢泵的出口端与电堆的阳极入口连通；排水装置包括水汽分离装置、至少一个排水阀和储水箱，水汽分离装置的入口与电堆连通，水汽分离装置的第一出口与储水箱连通，储水箱与水汽分离装置的第二出口之间通过管道连通，水汽分离装置的第二出口与氢泵连通；储水箱的出水端设置有排水阀。该燃料电池的排水系统在排水过程中能够有效防止氢气排入空气中，并且未充分反应的氢气能够重新导入电堆进行发电，增加了氢气循环，提高了氢气利用率。

Description

一种燃料电池的排水系统

技术领域

本实用新型涉及清洁能源设备技术领域，具体涉及一种用于氢燃料电池的排水系统。

背景技术

氢气是一种新型的清洁能源，燃烧后仅生成水且不会产生温室气体，因此以氢作为燃料的燃料电池是一种有效发电装置；在以氢气为燃料的燃料电池系统中，水循环系统主要是用来冷却电堆和保持电堆湿度的，通过水循环系统可以保证电堆内部的温度和湿度稳定，从而提高燃料电池系统的效率和寿命；但是，随着水循环系统的运行，其中也会产生一定量的液态废水，如果这些废水不能及时排出，就会对系统的运行产生不利影响，甚至会导致系统故障；因此，在燃料电池系统中，需要设置相应的排水装置，将液态废水及时排出；一般情况下，排水装置包括废水收集器、排水管道、废水处理系统等部分，然而氢燃料电池系统中排出的废水含有一定的氢气和氧气，如果废水处理不当容易造成气体泄露的安全事故；同时现有的废水处理系统中还存在着能量消耗大的问题。

实用新型内容

针对现有技术中以氢气作为燃料的燃料电池，排水过程中会出现氢气泄露且能量消耗大的缺陷；提供一种排水过程中不会泄露氢气，且能够循环利用产生的氢气，整体能量消耗小的燃料电池排水系统。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种燃料电池的排水系统，包括供氢装置、电堆、氢泵和排水装置，供氢装置与所述电堆的阳极入口连通，电堆的阳极出口与所述排水装置的入口连通，排水装置的出口与所述氢泵的入口端连通，氢泵的出口端与电堆的阳极入口连通；排水装置包括水汽分离装置和储水箱，水汽分离装置的入口与电堆连通，水汽分离装置上设置有彼此不连通的第一出口和第二出口，水汽分离装置的第一出口与储水箱连通，水汽分离装置的第二出口与氢泵连通，储水箱也与氢泵连通。

进一步的，供氢装置和电堆的阳极入口之间设置有控制阀门。

进一步的，水汽分离装置的第一出口和储水箱之间通过管道连通，用于连接水汽分离装置的第一出口和储水箱之间的管道上设置有排水阀。

进一步的，储水箱上设置有液位传感器。

进一步的，储水箱的出水端设置有排水阀，液位传感器与位于储水箱的出水端上的排水阀电连通。

进一步的，储水箱和氢泵之间设置有连通器，连通器还与水汽分离装置的第二出口以及氢泵连通。

进一步的，连通器和氢泵之间设置有排水阀。

进一步的，连通器上设置有贯穿连通器的前表面和后表面的通孔。

进一步的，通孔两端的截面面积大于通孔中间部分的截面面积。

进一步的，电堆为质子交换膜燃料电池。

本实用新型所述的一种燃料电池排水系统，通过在水汽分离装置外接储水箱，并结合液位传感器控制吹水箱中的液态水量，同时将储水箱与氢泵连接；能够充分地将电堆发电过程中产生的液态水排出，并且能够有效防止多余的氢气在排水过程中排入到空气中，减少了氢气排入空气中的风险；同时多余的氢气能够从储水箱排出并经过氢泵重新导入到燃料电池中，增加了氢气循环，也提高了系统中氢气的利用率，减少了电堆发电的能量消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型所述的燃料电池排水系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实用新型所述的一种燃料电池的排水系统，包括供氢装置1、电堆2、氢泵3和排水装置4，所述供氢装置1与所述电堆2的阳极入口连通，所述电堆2的阳极出口与所述排水装置4的入口连通，所述排水装置4的出口与所述氢泵3的入口端连通，所述氢泵3的出口端与所述电堆2的阳极入口连通；其特征在于：

所述排水装置4包括水汽分离装置41、至少一个排水阀42和储水箱43，所述水汽分离装置41的入口与所述电堆2连通，所述水汽分离装置41上设置有彼此不连通的第一出口和第二出口，所述水汽分离装置41的第一出口与所述储水箱43连通，所述水汽分离装置41的第二出口与所述氢泵3连通，所述储水箱43也与所述氢泵3连通，所述储水箱43的出水端上设置有所述排水阀42。

如图1所示，所述燃料电池的排水系统的供氢装置1与所述电堆2的阳极入口之间设置有控制阀门10，以根据所述电堆2的实际发电情况调整氢气的进气量，从而提高了整个系统的生产灵活性；所述电堆2的阳极出口与所述水汽分离装置41的入口端连通，所述水汽分离装置41包括第一出口和第二出口，所述水汽分离装置41能够将经过电堆2排出的气体中的水蒸气和剩余的氢气进行初步分离；经过初步分离后的氢气进入与所述水汽分离装置41的第二出口连通的所述氢泵3中，所述氢泵3能够将氢气重新导入所述电堆2的阳极入口中，以将分离后的氢气进一步利用，将氢气再一次燃烧发电；从而提高了整体的燃料利用率以及发电效率，减小了系统的能量消耗。

经过所述水汽分离装置41分离后的水蒸气经过第一出口排入所述储水箱43中，具体的，所述水汽分离装置41的第一出口和所述储水箱43之间通过管道连通；为了更好地调节从所述水汽分离装置41排出的水蒸气的流量，防止过量水蒸气排入所述储水箱43的情况，使得所述储水箱43能够更有效的运行，用于连通所述水汽分离装置41的第一出口和所述储水箱43之间的管道上设置有所述排水阀42，通过开启或者关闭所述排水阀42，来控制从所述水汽分离装置41排出并通入所述储水箱43中的液体的流量，以使得排水系统能够稳定运行；经过所述水汽分离装置41分离后的水蒸气经过与所述储水箱43之间的管道进入所述储水箱43中，并在所述储水箱43中冷却形成液态水；为了更加精准有效的控制所述储水箱43中的水位状况，从而根据所述储水箱43中的水位状况进行及时调整，从而更好的控制所述储水箱43的排水量；具体的，所述储水箱43上设置有液位传感器431，位于所述储水箱43的出水端上的排水阀42与所述液态传感器431电连通，所述排水阀42能够根据所述液态传感器431传递的信号进行开启或者关闭，以对所述储水箱43内部的液态水量进行控制，起到对所述储水箱43中液体的排放以及对氢气的液封作用；所述液位传感器431能够检测所述储水箱43中的液态水的水位，并且能够根据检测的水位信息控制所述储水箱43中的水量；当所述储水箱43中的液态水量高于一定体积时，所述液位传感器431能够发出信号并通过控制排水阀42来驱动所述储水箱43将部分液态水排出；由于经过所述水汽分离装置41排出的液态水中含有未反应完全的氢气和氧气；为了防止在排放过程中出现氢气泄露的安全问题，当所述储水箱43中的液态水量低于一定体积时，所述液态传感器431能够发出信号并停止所述储水箱43向外继续排出液态水，使得所述储水箱43中存在少量的液态水以对未反应的氢气进行液封，防止剩余的氢气从所述储水箱43中排出而造成氢气泄露的安全隐患。

为了更好的对未反应的氢气进行重复利用，提高整个系统的能量利用率以及所述电堆2的发电效率；优选的，所述储水箱43与所述水汽分离装置41的第二出口之间通过管道连通；经过所述储水箱43排出液态水后，剩余的部分氢气能够通过所述储水箱43和所述水汽分离装置41的第二出口之间的管道排出所述储水箱43并且进入与所述水汽分离装置41的第二出口连通的氢泵3，所述氢泵3能够将剩余的氢气导入所述电堆2中以进行重新发电，从而起到了对氢气的重复利用，提高了所述电堆2的能量利用率；同时，为了使得所述储水罐43内部的压力能够释放，防止憋压情况的出现，并且也使得所述储水罐43中的水能够及时排出，以达到及时排出系统发电过程中产生的水的效果，具体的，用于连接所述储水箱43和所述氢泵3之间的管道上设置有连通器44，所述连通器44的一端与所述储水箱43连通，所述连通器44的另一端与所述氢泵3以及所述水汽分离装置41的第二出口连通，所述连通器44能够调整连接储水箱43和水汽分离装置41之间的管道上的气压，通过设置所述连通器44，能够防止所述储水罐43中憋压情况的发生，使得所述储水罐43中的压力能够及时释放，以及所收集的液态水能够及时排出所述储水罐43，以减少积水对系统产生的影响和故障，使得系统能够长期稳定运行；优选的，所述连通器44和所述氢泵3之间设置有所述排水阀42。

其中，为了提高连接所述储水箱43和所述水汽分离装置41的第二出口之间的管道内部的压降，以防止在排水过程中水通过管道而进入所述氢泵3中，影响所述氢泵3的运行；具体的，用于连接所述储水箱43和所述水汽分离装置41之间的管道上的所述连通器44中设置有通孔440，所述通孔440贯穿所述连通器44的前表面和后表面；所述通孔440的一侧与所述氢泵3连通，所述通孔440的相对另一侧与所述储水箱43连通；更具体的，所述通孔440两端的截面面积大于所述通孔440中间部分的截面面积；通过在所述连通器44上开设贯穿前后表面的通孔，能够增加连接所述储水箱43和所述氢泵3之间的管道上的压降，以防止分离后的液态水重新流通到氢泵的进口而影响氢泵的运行；同时也能够使得分离后的液态水能够及时排出所述储水箱43。

其中，所述电堆2为质子交换膜燃料电池，例如高温质子交换膜燃料电池。

当所述供氢装置1将氢气传输到所述电堆2的阳极入口时，同时将空气导入所述电堆2的阴极入口，氢气和空气中的氧气发生反应生成水，并且释放大量能量；所述电堆2将反应过程中的化学能转换为电能；随后经过反应后的水蒸气和未反应完全的氢气从所述电堆2的出口排出，进入所述排水装置4的水汽分离装置41中，所述水汽分离装置41能够将液态水进行液化，以达到将液态水和氢气进行初步分离，经过分离后的部分氢气从所述水汽分离装置41的第二出口排出，经过分离后的液态水从所述水汽分离装置41的第一出口排出；通过控制相应的排水阀42使得液态水进入所述储水罐43中进行收集；同时开启与所述储水罐43连通的液位传感器431，所述液位传感器431能够监控所述储水罐43中液态水的体积大小，并根据监控结果释放相应的信号；当所述液位传感器431检测到的液态水体积过大时，所述液位传感器431能够开启所述储水箱43出水端上的排水阀42，从而驱动所述储水罐43将多余的液态水排出所述储水罐43，当所述液位传感器431检测到所述储水箱43中的液态水的体积小于一定体积时，所述液位传感器431能够关闭所述储水箱43出水端上的排水阀42，对多余的氢气进行液封，以防止多余的氢气排出所述储水箱43而进入空气中，造成氢气泄露的风险；剩余的氢气通过所述储水罐43上方连通的管道进入所述连通器44中，并通过所述连通器44通入所述氢泵3中，所述氢泵3能够将从所述水汽分离装置41的第二出口排出的氢气，以及从所述储水箱43中排出的氢气重新导入到所述电堆2中，以对剩余的氢气进行进一步利用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种燃料电池的排水系统，包括供氢装置、电堆、氢泵和排水装置，所述供氢装置与所述电堆的阳极入口连通，所述电堆的阳极出口与所述排水装置的入口连通，所述排水装置的出口与所述氢泵的入口端连通，所述氢泵的出口端与所述电堆的阳极入口连通；其特征在于：

所述排水装置包括水汽分离装置和储水箱，所述水汽分离装置的入口与所述电堆连通，所述水汽分离装置上设置有彼此不连通的第一出口和第二出口，所述水汽分离装置的第一出口与所述储水箱连通，所述水汽分离装置的第二出口与所述氢泵连通，所述储水箱也与所述氢泵连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述供氢装置和所述电堆的阳极入口之间设置有控制阀门。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述水汽分离装置的第一出口和所述储水箱之间通过管道连通，用于连接所述水汽分离装置的第一出口和所述储水箱之间的管道上设置有排水阀。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述储水箱上设置有液位传感器。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述储水箱的出水端设置有排水阀，所述液位传感器与位于所述储水箱的出水端上的所述排水阀电连通。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述储水箱和所述氢泵之间设置有连通器，所述连通器还与所述水汽分离装置的第二出口连通。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述连通器和所述氢泵之间设置有排水阀。

8.根据权利要求6所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述连通器上设置有贯穿所述连通器的前表面和后表面的通孔。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述通孔两端的截面面积大于所述通孔中间部分的截面面积。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池的排水系统，其特征在于：所述电堆为质子交换膜燃料电池。