本發(fā)明涉及燃料電池，具體地說是一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)的氫氣與尾排空氣混合在一起，氣體成分復雜，在緊急停機或者其它工況，燃料電池系統(tǒng)排放氫氣濃度過多。由于在一些使用場景中，對氫氣排放有嚴格要求，避免氫氣聚集導致濃度過大引起爆炸，故目前燃料電池系統(tǒng)在整車中均是在通風情況下使用，可避免此問題發(fā)生。但局部場景空間密閉或者氣流流通不暢，很可能發(fā)生爆炸事故，故針對一些場景，氫氣排放要嚴格控制。

2、現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)及專利中對氫氣回收主要依靠循環(huán)泵及相關控制閥，將陽極出口的氫氣通過循環(huán)泵與供氫系統(tǒng)的氫氣混合，進入到燃料電池系統(tǒng)的陽極進口。由于陽極產(chǎn)生水，導致燃料電池系統(tǒng)在排水過程中依舊會有氫氣隨著水分排出，在實際使用中，可以用氫濃度傳感器直接探測到尾排口氫濃度，故當下燃料電池系統(tǒng)無法保證氫氣能完全回流到陽極入口。

3、現(xiàn)有專利中對尾排中的氫氣有通過燃燒的方式進行消耗，但是氫氣爆炸的濃度范圍很大，在收集氫氣過程中，對氫氣濃度難以控制，極易發(fā)生爆炸。故不建議對氫氣采用燃燒的方式進行消耗。

4、當下市場環(huán)境中，市場對氫氣的價格十分敏感，氫氣價格居高不下，導致氫能源行業(yè)發(fā)展緩慢，隨著市場慢慢復蘇，氫氣的循環(huán)利用依舊是重大課題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)及方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，設計一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)，包括供氫模塊、空氣供應模塊、電堆模塊，所述的電堆模塊的陽極出口連接系統(tǒng)分水器，系統(tǒng)分水器出口分別連接供氫模塊、氫氣回收模塊，所述的氫氣回收模塊包括外殼、氫氣干燥區(qū)、排氣分水區(qū)、排氣儲氫瓶，所述的系統(tǒng)分水器出口通過進氫管連接進水排水閥，進水排水閥的出口連接排氣分水區(qū)的入口，排氣分水區(qū)的出口分兩路分別連接出水排水閥、氫氣干燥區(qū)，出水排水閥的出口連接排水口，氫氣干燥區(qū)的出口通過氫瓶口電磁閥連接排氣儲氫瓶。

3、所述的空氣供應模塊內，空壓機的出口連接吹掃管，吹掃管通過吹掃電磁閥一連接外殼內的氫氣干燥區(qū)、排氣分水區(qū)，外殼還通過吹掃電磁閥二連接吹掃出口。

4、所述的外殼內設有邊框，位于邊框內設有支撐體，支撐體上部為氫氣干燥區(qū)，支撐體下部為排氣分水區(qū)，所述的支撐體包括若干層呈蛇形連接的支撐板，蛇形轉彎處的支撐板表面設有氣體通過孔一。

5、所述的排氣分水區(qū)的支撐體內設有若干排水擋板，排水擋板的形狀為折線形。

6、所述的氫氣干燥區(qū)內的支撐體兩端設有擋板，兩個擋板之間設有干燥劑，擋板上設有若干氣體通過孔二。

7、所述的排氣分水區(qū)內設有液位計；所述的外殼內設有氫氣傳感器。

8、所述的電堆模塊的陽極進口通過供氫模塊連接氫氣源。

9、所述的空氣供應模塊包括空壓機、流量計，電堆模塊的陰極進口連接空壓機，空壓機通過空氣管道連接空氣源，空氣管道上設有流量計。

10、為實現(xiàn)上述目的，設計一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)的方法，包括如下模式：

11、s1，正常運行模式：電堆模塊運行過程中，氫氣和水從陽極出口進入系統(tǒng)分水器，一部分氫氣和水汽進入供氫模塊，另一部分氫氣及水汽經(jīng)過進氫管、進水排水閥到達排氣分水區(qū)，在排氣分水區(qū)中，進一步將水汽進行分離，分離出來的氫氣進入氫氣干燥區(qū)，對氫氣中殘留的水汽做最后的干燥，干燥后的氫氣經(jīng)過氫瓶口電磁閥后進入到排氣儲氫瓶中，排氣分水區(qū)分離出來的水分經(jīng)過出水排水閥排出；

12、s2，氫氣干燥器再生模式：電堆模塊停止運行，空氣供應模塊的空壓機繼續(xù)運轉，空壓后的干燥空氣經(jīng)過吹掃管、吹掃電磁閥一分別進入氫氣干燥區(qū)及排氣分水區(qū)，將水分吹掃干燥，吹掃后的氣體從吹掃出口及排水口排出。

13、所述的模式s1中，所述的進水排水閥、氫瓶口電磁閥打開，保證氫氣能順利分水、干燥、儲存；吹掃電磁閥一、吹掃電磁閥二均處于關閉狀態(tài)，避免氫氣通過其它通道外漏。

14、所述的模式s2中，吹掃電磁閥一、吹掃電磁閥二、出水排水閥打開，保證氣體流通；進水排水閥、氫瓶口電磁閥關閉，避免吹掃氣體進入排氣儲氫瓶、系統(tǒng)分水器。

15、還包括模式s3，氫氣泄露檢測模式：氫濃度傳感器檢測到氫氣回收模塊有一定量氫氣存在時，系統(tǒng)降低功率運行或停止運行，等待維修人員檢修。

16、本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：

17、1.對燃料電池系統(tǒng)中分水器排水口排出的氫氣進行回收，此出口的氫氣除大量的水分外，其余成分都是氫氣，避免了現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)方案中氫氣與尾排出口的空氣混合，導致氣體成分復雜，氣體難以管控的情況。

18、2.將氫氣通過再次分水、氫氣干燥、回收至氫瓶中，可實現(xiàn)氫氣無燃燒無排放，解決現(xiàn)有專利中燃燒消耗氫氣過程中的爆炸風險。

19、3.得到的氫瓶中的氫氣濃度較高，可將氫瓶用于其它場景中，可以實現(xiàn)氫氣循環(huán)利用，降低使用氫氣的成本。

技術特征：

1.一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)，包括供氫模塊、空氣供應模塊、電堆模塊，其特征在于：所述的電堆模塊（1）的陽極出口連接系統(tǒng)分水器（4），系統(tǒng)分水器（4）出口分別連接供氫模塊（2）、氫氣回收模塊（5），所述的氫氣回收模塊（5）包括外殼（5-1）、氫氣干燥區(qū)（5-2）、排氣分水區(qū)（5-3）、排氣儲氫瓶（5-4），所述的系統(tǒng)分水器（4）出口通過進氫管（5-5）連接進水排水閥（5-6），進水排水閥（5-6）的出口連接排氣分水區(qū)（5-3）的入口，排氣分水區(qū)（5-3）的出口分兩路分別連接出水排水閥（5-7）、氫氣干燥區(qū)（5-2），出水排水閥（5-7）的出口連接排水口（5-9），氫氣干燥區(qū)（5-2）的出口通過氫瓶口電磁閥（5-8）連接排氣儲氫瓶（5-4）。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)，其特征在于：所述的空氣供應模塊（3）內，空壓機（3-1）的出口連接吹掃管（6-3），吹掃管（6-3）通過吹掃電磁閥一（6-1）連接外殼（5-1）內的氫氣干燥區(qū)（5-2）、排氣分水區(qū)（5-3），外殼（5-1）還通過吹掃電磁閥二（6-2）連接吹掃出口（6-4）。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)，其特征在于：所述的外殼（5-1）內設有邊框（5-12），位于邊框內設有支撐體（5-15），支撐體（5-15）上部為氫氣干燥區(qū)（5-2），支撐體（5-15）下部為排氣分水區(qū)（5-3），所述的支撐體（5-15）包括若干層呈蛇形連接的支撐板（5-18），蛇形轉彎處的支撐板（5-18）表面設有氣體通過孔一（5-19）。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)，其特征在于：所述的排氣分水區(qū)（5-3）的支撐體（5-15）內設有若干排水擋板（5-20），排水擋板（5-20）的形狀為折線形。

5.根據(jù)權利要求3所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)，其特征在于：所述的氫氣干燥區(qū)（5-2）內的支撐體（5-15）兩端設有擋板（5-21），兩個擋板（5-21）之間設有干燥劑（5-22），擋板（5-21）上設有若干氣體通過孔二（5-23）。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)，其特征在于：所述的排氣分水區(qū)（5-3）內設有液位計（5-10）；所述的外殼（5-1）內設有氫氣傳感器（5-11）。

7.一種根據(jù)權利要求1至6任一項所述的燃料電池氫氣回收系統(tǒng)的方法，其特征在于：包括如下模式：

8.根據(jù)權利要求7所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)的方法，其特征在于：所述的模式s1中，所述的進水排水閥（5-6）、氫瓶口電磁閥（5-8）打開，保證氫氣能順利分水、干燥、儲存；吹掃電磁閥一（6-1）、吹掃電磁閥二（6-2）均處于關閉狀態(tài)，避免氫氣通過其它通道外漏。

9.根據(jù)權利要求7所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)的方法，其特征在于：所述的模式s2中，吹掃電磁閥一（6-1）、吹掃電磁閥二（6-2）、出水排水閥（5-7）打開，保證氣體流通；進水排水閥（5-6）、氫瓶口電磁閥（5-8）關閉，避免吹掃氣體進入排氣儲氫瓶（5-4）、系統(tǒng)分水器（4）。

10.根據(jù)權利要求7所述的一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)的方法，其特征在于：還包括模式s3，氫氣泄露檢測模式：氫濃度傳感器（5-11）檢測到氫氣回收模塊（5）有一定量氫氣存在時，系統(tǒng)降低功率運行或停止運行，等待維修人員檢修。

技術總結
本發(fā)明涉及燃料電池技術領域，具體地說是一種燃料電池氫氣回收系統(tǒng)及方法。電堆模塊的陽極出口連接系統(tǒng)分水器，系統(tǒng)分水器出口通過進氫管連接進水排水閥，進水排水閥的出口連接排氣分水區(qū)的入口，排氣分水區(qū)的出口分兩路分別連接出水排水閥、氫氣干燥區(qū)，出水排水閥的出口連接排水口，氫氣干燥區(qū)的出口通過氫瓶口電磁閥連接排氣儲氫瓶。同現(xiàn)有技術相比，對燃料電池系統(tǒng)中分水器排水口排出的氫氣進行回收，此出口的氫氣除大量的水分外，其余成分都是氫氣，避免了現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)方案中氫氣與尾排出口的空氣混合，導致氣體成分復雜，氣體難以管控的情況。

技術研發(fā)人員：董愛達,趙景輝,王志斌,尹志偉,陸寶發(fā)
受保護的技術使用者：上海安池科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6