[發明專利]一種氫氧燃料電池尾氣凈化系統

有效

• 申請號: 201310205526.9
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103337644A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 羅馬吉;劉鵬;陳奔;潘牧
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;B01D53/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及氫氧燃料電池領域，更具體地說，涉及一種氫氧燃料電池尾氣凈化系統。

背景技術

氫氧燃料電池是近來氫氣作為能源應用比較典型的領域，其工作原理為：將氫氣送到燃料電池的陽極板(負極)，經過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質子)穿過質子交換膜，到達燃料電池陰極板(正極)，而電子是不能通過質子交換膜的，這個電子只能經外部電路，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產生電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結合為水。只要不斷地給陽極板供應氫氣，給陰極板供應氧氣，并及時把產生的水(蒸汽)和熱帶走，就可以不斷地提供電能。

氫燃料電池憑借其高效率、低排放、安裝維護簡單、可靠性好、低污染以及適應性強等優勢，在各行各業中應用廣泛。根據電堆功率大小的不同，可應用于便攜式電子設備電源、電動車、電動船、居民熱電聯供、潛艇、小型飛機等諸多方面。

氫燃料電池的反應物為氫和氧，產物僅為水，然而就目前的氫氧燃料電池技術而言,氫氣的利用率難以達到100%，其尾氣中不可避免的含有一部分未參加反應的氫氣。尾氣中的氫氣如果不經任何處理就排放到大氣中，會產生許多問題。一方面，氫氣化學性質極其活潑，氫氣在空氣中的爆炸極限為4%-75%，在氧氣中的爆炸極限為4%-94%，故在通風條件不好的室內場所或密閉空間內，泄漏或排放的氫氣會在頂部富集，極易引起氫氣局部濃度超過爆炸極限，在明火或電火花作用下導致劇烈的反應引起爆炸。另一方面，過量氫氣的排放可能會對大氣層以及環境產生不利影響。因此氫氧燃料電池尾氫的處理具有十分重要的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種氫氧燃料電池尾氣凈化系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種氫氧燃料電池尾氣凈化系統，包括氧氣汽水分離器、氫氣汽水分離器、氫氣緩沖器、氣體混合室、催化反應器和冷卻所述催化反應器的冷卻系統；所述氧氣汽水分離器用于與電堆的氧氣出口連接，所述氫氣汽水分離器用于與電堆的氫氣出口連接；所述氧氣汽水分離器通過氧氣管道與所述氣體混合室連接，所述氫氣汽水分離器通過氫氣管道和所述氫氣緩沖器與所述氣體混合室連接，所述氣體混合室還與氮氣管道連接；所述氣體混合室的出口與所述催化反應器連接。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述氫氣緩沖器的一端設有進口和出口，所述氫氣管道通過所述氫氣緩沖器的進口伸入至所述氫氣緩沖器的底部。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述出口包括大小不同的第一出口和第二出口。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述催化反應器包括殼體和設置在所述殼體內的襯墊和載體，所述載體上設有催化劑。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述催化劑為整體式催化劑，包括基體、涂層和活性組分，所述基體為堇青石蜂窩陶瓷，所述涂層材料為Al₂O₃，所述活性組分為鉑或鈀。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述催化反應器的進口端和出口端設有阻火器，所述阻火器包括外殼和設置在所述外殼內的阻火芯。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述冷卻系統包括熱交換器、第一水泵和水箱，所述熱交換器附著在所述催化反應器外表面，所述熱交換器內部有冷卻水流道，所述冷卻水流道通過所述第一水泵與所述水箱連接。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述凈化系統還包括氮氣循環泵，所述氮氣循環泵的一端與所述氣體混合室的進口相連，另一端與所述催化反應器的出口相連。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述氫氣管道上設有單向閥和氫氣流量計，所述氧氣管道上設有單向閥和氧氣流量計，所述氮氣管道上設有單向閥和氮氣流量計。

在本發明所述的氫氧燃料電池尾氣凈化系統中，所述氧氣流量計和所述氧氣汽水分離器之間設有氧氣旁通閥。

實施本發明的氫氧燃料電池尾氣凈化系統，具有以下有益效果：

1、本發明通過在催化反應器中催化燃燒氫氣，處理掉了氫氧燃料電池尾氣中的氫氣，避免氫氣直接排放到空氣中，提高了安全性。

2、向氣體混合室中通入氮氣，起到了稀釋混合氣的作用，提高了系統的安全性。同時可以設置氮氣循環泵，重復利用并未參與催化反應的氮氣，節省氮氣使用量，節約成本。

3、通過冷卻系統將催化反應過程中產生的熱量及時帶走，保證催化劑處于合適的溫度，提高催化轉化率。