一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统及方法与流程

本发明属于燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，以及分析方法。

背景技术：

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。与常规电池的不同之处在于直接通过电化学反应将储存在燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能，能力转化效率高，可靠性高，环境污染低，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲美，是解决资源匮乏和污染恶化这两大问题最重要的途径。各国政府以及各大公司相继投入大量人力和物力进行研究，目前已在汽车、分布式发电、备用电源、便携式电源、飞机、轮船、潜艇等应用中得到开发和验证。

燃料电池电堆作为燃料电池发电装置的核心部件，其安全可靠运行是关系到整个装置能否应用的关键。

因此，对燃料电池电堆运行状态实时监测是非常必要的，以便于实时了解电堆运行状态，可避免因电堆运行异常导致供电装置瘫痪而引发的事故。然而，传统的燃料电池技术不足以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于根据现有燃料电池技术的不足，提供一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，该系统可实现对燃料电池电堆尾气的在线分析和监测，便于及时了解燃料电池电堆的内部工作状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，包括样气预处理单元和分析仪表单元；所述的样气预处理单元包括依次设置在管道上的取样支路球阀、金属过滤器、冷凝器、汽水分离器、膜过滤器、针阀和流量计；所述的管道两端分别为样气进口和样气出口；所述的金属过滤器和膜过滤器采用二级串联模式先后对样气进行过滤处理；所述的分析仪表单元包括设置在针阀和流量计之间的在线仪表以及连接在线仪表的电源，所述的在线仪表基于电化学原理对样气中的氢/氧浓度进行实时分析。

所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其冷凝器采用盘管式冷凝器，其冷凝水经汽水分离器排出。

所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其流量计采用浮子流量计，以实现样气稳流和仪表稳态工作。

所述的一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，其管道为1/4英寸不锈钢管。

本发明的目的之二在于提供一种基于上述在线分析系统的燃料电池电堆的尾气在线分析方法，步骤为：

a，工作状态下，打开取样支路球阀，对通过金属过滤器的燃料电池电堆尾气进行一级过滤，实现样气预过滤处理；

b，冷凝器和汽水分离器依次对经过预过滤处理的样气进行冷凝和汽水分离，实现样气除水处理；

c，膜过滤器对经过除水处理的样气进行二级过滤，实现样气的进一步过滤处理；

d，最后，在线仪表对流经针阀的经二级过滤的样气至进行氢/氧浓度的实时分析，当氢/氧浓度值高于正常值时，表明膜电极破损、电堆工作异常，立刻停机排检；

e，分析后的样气通过流量计后经出口回流到主气路，该流量计的设置使支路中样气流量恒定，进而实现分析仪表稳态工作，确保分析结果准确可靠。

本发明的积极有益效果：

1），本发明采用二级过滤模式，金属过滤器的预过滤处理避免膜过滤器过滤较大粒径杂质，能够延长膜过滤器的使用寿命，使成本降低；

2），本发明采用浮子流量计稳定样气流量，实现分析仪表稳态工作，使分析结果准确可靠；

3），本发明系统结构简单、安全可靠、操作方便、制造和维护成本低。

附图说明

图1是为本发明的系统结构示意图。

各附图标记为：1—取样支路球阀，2—金属过滤器，3—冷凝器，4—汽水分离器，5—膜过滤器，6—针阀，7—在线仪表，8—电源，9—流量计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，实施例如下。

本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，能够实现对电堆尾气的在线分析和监测，实时反馈燃料电池电堆的内部工作状态，具有重要现实现实意义和工程价值。

参照图1所示，本发明公开了一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，包括样气预处理单元和分析仪表单元。

其中所述的样气预处理单元包括依次设置在管道上的取样支路球阀1、金属过滤器2、冷凝器3、汽水分离器4、膜过滤器5、针阀6和流量计9；所述的冷凝器3采用盘管式冷凝器，其冷凝水经汽水分离器4排出；所述的流量计9采用浮子流量计，以实现样气稳流和仪表稳态工作。

所述的管道为1/4英寸不锈钢管，管道两端分别为样气进口和样气出口。

所述的金属过滤器2和膜过滤器5采用二级串联模式先后对样气进行过滤处理。其金属过滤器的一级过滤处理，可延长膜过滤器的使用寿命。

所述的分析仪表单元包括设置在针阀6和流量计9之间的在线仪表7以及连接在线仪表7的电源8，所述的在线仪表7基于电化学原理对样气中的氢/氧浓度进行实时分析。

结合本发明的系统结构，对本发明的技术原理作如下说明：

工作状态下，打开取样支路球阀1，燃料电池电堆的尾气通过金属过滤器2进行一级过滤，实现样气预过滤处理。

随后，经预过滤处理的样气依次通过冷凝器3和汽水分离器4进行冷凝和汽水分离，实现样气除水处理。

经除水处理的样气通过膜过滤器5进行二级过滤，实现样气进一步过滤处理。

最后，经二级过滤的样气经针阀6至在线仪表7进行氢/氧浓度的实时分析。当氢/氧浓度值高于正常值时，表明膜电极破损、电堆工作异常，立刻停机排检。分析后的样气通过流量计9后经出口回流到主气路。该流量计9的设置使支路中样气流量恒定，进而实现分析仪表稳态工作，确保分析结果准确可靠。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种燃料电池电堆的尾气在线分析系统，包括样气预处理单元和分析仪表单元，样气预处理单元包括球阀、金属过滤器、冷凝器、汽水分离器、膜过滤器、针阀和流量计，其过滤器采用二级串联模式，其冷凝器选用盘管式，其流量计选用浮子流量计，保证样气稳流和仪表稳态工作，分析仪表单元包括在线仪表和电源，其分析仪表采用电化学原理，对样气中氢/氧浓度进行实时分析；还公开了其分析方法；本发明可实现对燃料电池电堆尾气的在线分析和监测，实时反馈燃料电池电堆的内部工作状态和尾气中氢/氧浓度值，且具有结构简单、安全可靠和成本低等优点。

技术研发人员：徐增师;戴昌闾;张海波;花仕洋;王傲
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所）
技术研发日：2018.06.25
技术公布日：2018.12.21