[发明专利]一种基于催化和微燃烧的氢燃料电池尾气后处理装置

说明书

本发明提供了一种基于催化和微燃烧的氢燃料电池尾气后处理装置，包括制氢装置、氢燃料电池、尾气过滤装置、气体预混室、气体浓度监测控制系统、自动点火系统和微燃烧室；所述氢燃料电池的尾气出口通过管路依次与尾气过滤装置、气体预混室和微燃烧室串联，所述尾气过滤装置用于气液分离；所述气体预混室与制氢装置连接，所述气体浓度监测控制系统根据气体预混室出口的氢气浓度，控制所述制氢装置给气体预混室补充氢气；所述微燃烧室内设有点火装置，所述自动点火系统根据微燃烧室内的温度，控制所述点火装置点火；所述微燃烧室外接动力设备或发电系统。本发明可实现尾气中氢气、氧气和热量的高效利用。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池尾气处理领域或者微燃烧领域，特别涉及一种基于催化和微燃烧的氢燃料电池尾气后处理装置。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。基本原理如下，电池含有阴阳两个电极，氢气由阳极进入，经由催化剂的作用发生氧化反应，失电子，变成氢离子。氧气(或空气)则由阴极进入，吸引阳极产生的质子，电子则经由外电路到达阴极，形成了电流，水是氢燃料电池唯一的排放物。

目前，为了使燃料电池稳定的工作，通入阴阳两极的空气氧化剂和氢气燃料需要做润湿处理，在燃料电池的尾气中仍存在较多燃料和氧化剂，而目前的工艺中是直接将尾气排入大气中，从而造成能源的浪费，另外高通量的氢气排入大气造成了一定的安全隐患。另外，在燃料电池的内部发生化学反应时伴随有大量的热量产生，从而产生高温区，氢气和氧化剂气体在经过此高温区域时会携带大量的热量，若将尾气直接排入大气，会损失这部分热量，造成能源浪费。

针对上述问题，现有中国专利文献公开了省去了燃料电池内氢气的润湿部件，实现了尾气中水的自动回收和氢气的安全排放，但该方案是将分离后的尾气排入到尾气收集装置中，尾气中氢气依旧没有利用，没有解决氢燃料浪费的问题。另外，也没有处理尾气中的热量，没有解决能源浪费的问题；中国专利文献公开了通过将过剩的阳极尾气通入到储水室内，阴极尾气进入加热增湿器的阴极尾气分配室内，给储水室中的水加热，经过热交换后的阴极尾气排入大气，将阴极尾气携带的大量热量用于对阳极尾气进行加湿，该方案提高了氢燃料的利用率和能量的利用率。但将热量用于加湿阳极尾气，并非直接利用了能量，能量转换效率低。另外阴极尾气中的氧气直接排入大气，没有得到利用，造成了能源浪费。除此之外，该方案的装置比较复杂包括气体混合器、加热增湿器，加热增湿器、储水室、热交换管、质量流量计、质量流量传感器、控制器、加热棒等，将尾气中的氢气分离出来进行加热加湿处理后，回收的氢气再与加湿气、氢气在气体混合器中混合，增加了结构的复杂性，提高了成本。

随着各类系统及产品不断向小型化、智能化、集成化的发展方向，微尺度燃烧室的研究得以快速发展。微动力系统是直接在微系统中通过燃烧将氢气或碳氢燃料的化学能转换为热能，具有体积小、效率高等优点。微型推力器、微小能源或动力装置中高密度能量可通过在微小尺度空间组织燃烧获得。微小尺度燃烧技术是近年来燃烧研究的新趋势，具有很强的开发利用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于催化和微燃烧的氢燃料电池尾气后处理装置，实现尾气中氢气、氧气和热量的高效利用。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于催化和微燃烧的氢燃料电池尾气后处理装置，包括制氢装置和氢燃料电池，所述制氢装置与氢燃料电池连接，所述氢燃料电池用于燃烧产生电能，还包括尾气过滤装置、气体预混室、气体浓度监测控制系统、自动点火系统和微燃烧室；所述氢燃料电池的尾气出口通过管路依次与尾气过滤装置、气体预混室和微燃烧室串联，所述尾气过滤装置用于气液分离；所述气体预混室与制氢装置连接，所述气体浓度监测控制系统根据气体预混室出口的氢气浓度，控制所述制氢装置给气体预混室补充氢气；所述微燃烧室内设有点火装置，所述自动点火系统根据微燃烧室内的温度，控制所述点火装置点火；所述微燃烧室外接动力设备或发电系统。