空冷型氢燃料电池尾气处理系统和空冷型氢燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及空冷型氢燃料电池技术领域，具体地，涉及一种空冷型氢燃料电池尾气处理系统、空冷型氢燃料电池系统和设备。


背景技术：

2.空冷型氢燃料电池是一种采用空气作为冷却介质与氧化剂，氢气作为燃料，空气与氢气发生电化学反应的发电装置，具有系统结构简单、重量轻、供电反应迅速、清洁无污染等优点，常在小功率电源领域被广泛推广与应用。
3.氢气在空冷型氢燃料电池的发电过程中，通常是无法完全消耗的，反应尾气中剩余氢气排放至大气环境中，造成氢燃料的浪费，同时存在氢气利用率低的问题。
4.相关技术中提出了燃料电池电堆氢气尾气处理系统，以将尾气中的氢气提纯后重新输出至回流泵，从而对氢气进行回收利用，但是，相关技术中的燃料电池电堆氢气尾气处理系统结构较为复杂、重量、体积以及系统功耗较大，不适合运用在对体积、重量、及系统功耗要求较高的空冷堆上。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本发明的实施例提出一种空冷型氢燃料电池尾气处理系统，该空冷型氢燃料电池尾气处理系统可以提高氢气利用率的同时，避免电堆积水，且结构简单，重量、体积及系统功耗小。
7.本发明的实施例还提出一种空冷型氢燃料电池系统。
8.本发明的实施例还提出一种设备。
9.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统包括：电堆；气液分离装置，所述气液分离装置的进口与所述电堆的尾气出口管道连通；氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐具有进气口和排放口，所述进气口通过连通管与所述气液分离装置的出口连通，所述排放口可打开和关闭。
10.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统，气液分离装置与电推的尾气出口管道连通，氢气缓冲罐与气液分离装置的出口连通，且氢气缓冲罐具有排放口，由此，随着未反应氢气持续流入氢气缓冲罐，氢气缓冲罐内压强增大，两者压差减小，氢气流速逐渐减缓，直至压差减小至零，尾部未参与反应的氢气被迫聚集在电堆中继续参与反应，随着反应的进行，杂质气体及水蒸气的分压不断增大，携带液态水的杂质气体和水蒸气能够从阳极尾气排出口顺利排出，气液分离装置能够吸收液态水，杂质气体和水蒸气进入氢气缓冲罐凝结、沉积，最终可从氢气缓冲罐的排放口排出，从而可以避免电堆积水的同时，最大化提高氢气的利用率。且本技术的空冷型氢燃料电池尾气处理系统相较于传统尾气处理方案，无需设置诸如循环泵和回流管路等结构，结构简单，重量、体积以及系统功耗小。
11.在一些实施例中，空冷型氢燃料电池尾气处理系统还包括第一控制阀和控制器，
所述第一控制阀设于所述尾气出口管道上，所述控制器与所述第一排气阀连接以控制所述第一控制阀打开或关闭所述尾气出口管道。
12.在一些实施例中，空冷型氢燃料电池尾气处理系统还包括第二控制阀，所述第二控制阀设于所述排出口处，所述控制器与所述第二控制阀连通以控制所述排出口的打开和关闭。
13.在一些实施例中，空冷型氢燃料电池尾气处理系统还包括液位计，所述液位计设于所述氢气缓冲罐内以用于检测所述氢气缓冲罐内的液面高度，所述控制器可根据所述液位计的检测信息控制所述第二控制阀动作。
14.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统包括：电堆；氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐具有进气口和排放口，且所述氢气缓冲罐的外壁上设有散热片，所述进气口与所述电堆的尾气出口管道连通，所述排放口可打开和关闭。
15.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统，氢气缓冲罐与尾气出口管道连通，氢气缓冲罐的外壁设有散热片，随着未反应氢气持续流入氢气缓冲罐，氢气缓冲罐内压强增大，两者压差减小，氢气流速逐渐减缓，直至压差减小至零，尾部未参与反应的氢气被迫聚集在电堆中继续参与反应，提高氢气利用率。另外，散热片可使氢气缓冲罐内的水蒸气快速冷却凝结，从而增大氢气缓冲罐与尾气出口管道的压差，保证携带液态水的水蒸气和杂质气体能够完全流入氢气缓冲罐中，避免电堆积水，且本发明的空冷型氢燃料电池尾气处理系统相较于传统尾气处理方案，无需设置诸如循环泵和回流管路等结构，结构简单，重量、体积以及系统功耗小。
16.在一些实施例中，所述氢气缓冲罐通过连通管与所述尾气出口管道连通，所述连通管与所述氢气缓冲罐连接端设有散热片。
17.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统包括：电堆；氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐具有进气口和排放口，所述排放口可打开和关闭，所述进气口通过连通管与所述电堆的尾气出口管道连通，且所述连通管的外壁上设有加热件。
18.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统，氢气缓冲罐通过连通管与尾气出口管道连通，连通管上设有加热件，随着未反应氢气持续流入氢气缓冲罐，氢气缓冲罐内压强增大，两者压差减小，氢气流速逐渐减缓，直至压差减小至零，尾部未参与反应的氢气被迫聚集在电堆中继续参与反应，提高氢气利用率。另外，加热件可加热连通管以将电堆排出的液态水汽化成水蒸气，混合原有的杂质气体和水蒸气共同流向氢气缓冲罐，避免电堆积水，且本发明的空冷型氢燃料电池尾气处理系统相较于传统尾气处理方案，无需设置诸如循环泵和回流管路等结构，结构简单，重量、体积以及系统功耗小。
19.本发明实施例的空冷型氢燃料电池系统包括上述实施例所述的空冷型氢燃料电池尾气处理系统。
20.本发明实施例的空冷型氢燃料电池系统，通过采用上述空冷型氢燃料电池尾气处理系统，系统结构简单，功耗小。
21.本发明实施例的设备包括上述实施例所述的空冷型氢燃料电池系统。
22.本发明实施例的设备，通过采用上述空冷型氢燃料电池系统，设备体积小，重量轻。
附图说明
23.图1是根据本发明实施例的空冷型氢燃料电池系统的结构示意图。
24.图2是根据本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统的结构示意图。
25.图3是根据本发明另一实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统的结构示意图。
26.附图标记：
27.电堆1，气液分离装置2、氢气缓冲罐3，储气罐4，连通管41，散热片43，控制器5，第一控制阀6，第二控制阀7,液位计8。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.如图1和图2所示，本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统包括电堆1、气液分离装置2和氢气缓冲罐3。
30.具体地，气液分离装置2的进口与电堆1的尾气出口管道连通，氢气缓冲罐3具有进气口和排放口，进气口通过连通管41与气液分离装置2的出口连通，排放口可打开和关闭。
31.需要说明的是，尾气通过尾气出口管道排出时，混合在尾气中的氢气朝向氢气缓冲罐3流动的过程中，随着氢气的持续进入，两者的压差逐渐减小，氢气朝向缓冲罐的流速不断减缓，直至压差减小为零时，达到平衡状态，尾部未参与反应的氢气被迫聚集在电堆1中继续参与反应，氢气利用率得到提高。
32.而随着电堆1不断产生水蒸气和杂志气体，水蒸气和杂质气体分压提高，携带液态水的杂质气体和水蒸气可进入气液分离装置2中，液态水被吸收，水蒸气和杂质气体继续进入氢气缓冲罐3。
33.也就是说，随着电池反应的进行，氢气缓冲罐3可减缓未反应氢气的排放速度，使其能够充分利用，同时利用杂质气体及水蒸气的分压不断增大，使携带液态水的杂质气体和水蒸气能够从阳极尾气排出口顺利排出，从而可以避免电堆1积水的同时，最大化提高氢气的利用率。
34.另外，氢气缓冲罐3内的水蒸气随温度下降会凝结成水珠滴落在缓冲罐底部，由于杂质气体的分子量大于氢气，缓冲罐底部杂质气体浓度较高，可以打开排出口以排放液态水和杂质气体。
35.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统，气液分离装置2与电推的尾气出口管道连通，氢气缓冲罐3与气液分离装置2的出口连通，且氢气缓冲罐3具有排放口，由此，随着未反应氢气持续流入氢气缓冲罐3，氢气缓冲罐3内压强增大，两者压差减小，氢气流速逐渐减缓，直至压差减小至零，尾部未参与反应的氢气被迫聚集在电堆1中继续参与反应，随着反应的进行，杂质气体及水蒸气的分压不断增大，携带液态水的杂质气体和水蒸气能够从阳极尾气排出口顺利排出，气液分离装置2能够吸收液态水，杂质气体和水蒸气进入氢气缓冲罐3凝结、沉积，最终可从氢气缓冲罐3的排放口排出，从而可以避免电堆1积水的同时，最大化提高氢气的利用率。且本技术的空冷型氢燃料电池尾气处理系统相较于传统尾气处理方案，无需设置诸如循环泵和回流管路等结构，结构简单，重量、体积以及系统功耗小。
36.为便于理解，如图1所示，整个燃料电池系统的工作过程包括：控制器5发出指令，氢气从储气罐4经减压阀、进气阀进入电堆1与经风扇推动下进入电堆1的空气发生电化学反应，氢气侧反应剩余尾气经尾气出口管道排出至气液分离器，尾气包括剩余氢气和反应生成的水蒸气、杂质气体及液态水，气液分离器可吸收液态水，尾气流过气液分离装置2后经连通管41流入氢气缓冲罐3。
37.进一步地，如图1和图2所示，空冷型氢燃料电池尾气处理系统还包括第一控制阀6、第二控制阀7和控制器5，第一控制阀6设于尾气出口管道上，控制器5与第一排气阀连接以控制第一控制阀6打开或关闭尾气出口管道，第二控制阀7设于排出口处，控制器5与第二控制阀7连通以控制排出口的打开和关闭。
38.由此，控制器5可以控制第一排气阀实现尾气的间歇排放，同时控制排放口定期排出氢气缓冲罐3内的液态水和杂质气体，保证整个空冷型氢燃料电池尾气处理系统的长期运行。
39.进一步地，如图2所示，空冷型氢燃料电池尾气处理系统还包括液位计8，液位计8设于氢气缓冲罐3内以用于检测氢气缓冲罐3内的液面高度，控制器5可根据液位计8的检测信息控制第二控制阀7动作。
40.需要说明的是，针对电堆1排出的液态水的处理，不限于在氢气缓冲罐3和电堆1之间设置气液分离装置2，若能够保证液态水不会滞留在管道中，可将液态水引流至氢气缓冲罐3中并从排放口排出。
41.针对不设置气液分离装置2的技术方案，本技术提出了另一种实施例，具体地，如图3所示，本发明另一实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统包括电堆1和氢气缓冲罐3，氢气缓冲罐3具有进气口和排放口，且氢气缓冲罐3的外壁上设有散热片43，进气口与电堆1的尾气出口管道连通，排放口可打开和关闭。
42.可以理解的是，燃料电池产生的尾气具有较高的温度，由于氢气缓冲罐3的外壁上设有散热片43，则流入氢气缓冲罐3的尾气可快速冷却凝结，增大氢气缓冲罐3与尾气出口管道的压差，保证携带液态水的水蒸气和杂质气体能够完全流入氢气缓冲罐3中，避免压差不足导致液态水在连通管41中滞留的问题。
43.需要说明的是，本实施例的氢气阻流同样是利用氢气缓冲罐3平衡压差实现的，在此不在赘述。
44.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统，氢气缓冲罐3与尾气出口管道连通，氢气缓冲罐3的外壁设有散热片43，随着未反应氢气持续流入氢气缓冲罐3，氢气缓冲罐3内压强增大，两者压差减小，氢气流速逐渐减缓，直至压差减小至零，尾部未参与反应的氢气被迫聚集在电堆1中继续参与反应，提高氢气利用率。另外，散热片43可使氢气缓冲罐3内的水蒸气快速冷却凝结，从而增大氢气缓冲罐3与尾气出口管道的压差，保证携带液态水的水蒸气和杂质气体能够完全流入氢气缓冲罐3中，避免电堆1积水，且本发明的空冷型氢燃料电池尾气处理系统相较于传统尾气处理方案，无需设置诸如循环泵和回流管路等结构，结构简单，重量、体积以及系统功耗小。
45.优选地，氢气缓冲罐3通过连通管41与尾气出口管道连通，连通管41与氢气缓冲罐3连接端设有散热片43。
46.可以理解的是，在不设置气液分离装置2的前提下，通过增大压差可将液态水压入
氢气缓冲罐3，而这种增压控流的实现方式不限于设置散热片43。
47.例如，本发明另一实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统包括电堆1和氢气缓冲罐3，氢气缓冲罐3具有进气口和排放口，排放口可打开和关闭，进气口通过连通管41与电堆1的尾气出口管道连通，且连通管41的外壁上设有加热件。
48.可以理解的是，通过在连通管41的外壁上设置加热件，可以利用加热件加热连通管41以将电堆1排出的液态水汽化成水蒸气，混合原有的杂质气体和水蒸气共同流向氢气缓冲罐3。且液态水汽化可提高连通管41内的压强，氢气缓冲罐3和连通管41的压差相对增大，有利用杂质气体和水蒸气朝向氢气缓冲罐3流动。
49.需要说明的是，本实施例的氢气阻流同样是利用氢气缓冲罐3平衡压差实现的，在此不在赘述。
50.本发明实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统，氢气缓冲罐3通过连通管41与尾气出口管道连通，连通管41上设有加热件，随着未反应氢气持续流入氢气缓冲罐3，氢气缓冲罐3内压强增大，两者压差减小，氢气流速逐渐减缓，直至压差减小至零，尾部未参与反应的氢气被迫聚集在电堆1中继续参与反应，提高氢气利用率。另外，加热件可加热连通管41以将电堆1排出的液态水汽化成水蒸气，混合原有的杂质气体和水蒸气共同流向氢气缓冲罐3，避免电堆1积水，且本发明的空冷型氢燃料电池尾气处理系统相较于传统尾气处理方案，无需设置诸如循环泵和回流管路等结构，结构简单，重量、体积以及系统功耗小。
51.本发明实施例的空冷型氢燃料电池系统包括上述实施例的空冷型氢燃料电池尾气处理系统。
52.本发明实施例的空冷型氢燃料电池系统，通过采用上述空冷型氢燃料电池尾气处理系统，系统结构简单，功耗小。
53.本发明实施例的设备包括上述实施例的空冷型氢燃料电池系统。
54.本发明实施例的设备，通过采用上述空冷型氢燃料电池系统，设备体积小，重量轻。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以
是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
59.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
60.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。