[發明專利]一種質子交換膜燃料電池的尾氫處理裝置

有效

• 申請號: 202110353975.2
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113161589B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 陳奔;周浩然;孟凱;陳文尚;周彧;鄧期昊
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M8/0662
• 分類號: H01M8/0662;H01M8/04029;H01M8/04014
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開了一種質子交換膜燃料電池的尾氫處理裝置，包括一個由四節圓筒組成的氣體流道，所述氣體流道上沿著氣流方向依次設有氫氣進氣口、氫氣分散區、氫氧混合區、微通道反應區和尾氣排放區，氫氧混合氣區設有垂直于氣體流道中氣流方向的氧氣進氣口，微通道反應區的氣體流道外壁設有換熱結構；氫氣分散區內設有分散層，微通道反應區設有帶貴金屬催化劑的反應層；尾氫通過氫氣進氣口進入氣體流道內，通過分散層分散后與氧氣混合，之后在反應層發生氫氧催化燃燒反應，生成的水和過量的氧氣從尾氣排放區排出，產生的熱量通過換熱結構帶走。本發明結構簡單，安全可靠，氫氣處理效率高，燃燒產生的熱量可以在回收，實現廢氣再利用。

技術領域

本發明屬于氫燃料電池領域，涉及一種氫燃料電池尾氣處理裝置，具體涉及一種質子交換膜燃料電池的尾氫處理裝置。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種直接將儲存在燃料(如氫氣)和氧化劑中的化學能高效、綠色地轉化為電能的發電裝置。以質子交換膜燃料電池為動力源的設備具有噪聲小、紅外輻射低和零污染(產物為水)等特點，為了保證質子交換膜燃料電池穩定工作，間隔一段時間開啟燃料電池氫氣側尾部的電磁閥，利用氫氣流吹掃出陽極側積聚的液態水；如果不及時排出質子交換膜燃料電池積聚的水，極大可能造成流道“水淹”，進而造成氣體擴散層有效孔隙率減小，催化反應層局部缺氣，降低電池性能，甚至造成膜電極發生碳腐蝕，會對燃料電池造成不可逆損害。

就目前燃料電池尾氫處理技術而言，燃料電池堆的尾氫可以通過稀釋直接排放到大氣中，但長時間排放會造成大氣氫污染，且在潛艇等密閉或通風條件不好的環境下，稀釋法處理氫氣，會造成氫氣在室內積聚，危害人體健康，同時也會增加安全隱患。因此，質子交換膜燃料電池的尾氫采用恰當處理方式十分重要。

發明內容

據已公開同類燃料電池尾氫處理技術獲悉，一般可以采用微通道催化燃燒的方式處理尾氫，微通道的當量直徑小于氫氣的焠熄距離(1mm)，氫氧混合氣即可以在微通道內催化劑的作用下發生無火焰的催化燃燒反應。然而，同類技術所設計的尾氫處理裝置基本采用焊接完成，可能會導致催化劑載體更換不易，零件結構制造復雜等問題。本發明提供了一種質子交換膜燃料電池尾氫處理裝置，其目是解決現有技術中零件結構制造復雜、拆卸不易的不足，旨在提供一種結構簡單、易于拆卸的質子交換膜燃料電池尾氫處理裝置的制造方法，進而彌補現有技術的不足。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種質子交換膜燃料電池的尾氫處理裝置，其特征在于：包括一個氣體流道，所述氣體流道上沿著氣流方向依次設有氫氣進氣口、氫氣分散區、氫氧混合區、微通道反應區和尾氣排放區，所述氫氧混合氣區設有垂直于氣體流道中氣流方向的氧氣進氣口，所述微通道反應區的氣體流道外壁設有換熱結構；所述質子交換膜燃料電池的尾氫通過氫氣進氣口進入所述尾氫處理裝置的氣體流道內，氫氣分散區將進入的氫氣分散，經分散的氫氣與通過氧氣進氣口進入的氧氣在氫氧混合區混合，形成氫氧混合氣，氫氧混合氣進入微通道反應區發生氫氧催化燃燒反應，反應生成的水和過量的氧氣從尾氣排放區排出，產生的熱量通過換熱結構帶走。

進一步地，所述氫氣分散區設有采用耐高溫材料制成的分散層，所述分散層上開設有若干沿著氣流方向貫通的微型孔。

進一步地，所述微通道反應區設有采用耐高溫材料制成的反應層，所述反應層上開設有若干沿著氣流方向貫通的微型孔，該微型孔內設有用于催化氫氧燃燒反應的貴金屬催化劑。

進一步地，所述氣體流道由四節圓筒依次相連形成，第一節圓筒為單側封閉的圓筒，封閉端設有氫氣進氣口，內部為氫氣分散區；第二節圓筒為兩端開口的圓筒，第二節圓筒的側板設有氧氣進氣口，內部為氫氧混合區；第三節為兩端開口的圓筒，內部為微通道反應區；第四節為一端封閉的圓筒，封閉端設有用于排尾氣的氣體出口。

進一步地，所述第二節圓筒采用絕熱材料制成，所述第一節圓筒、第三節圓筒、第四節圓筒采用不銹鋼材料制成。