一种水下用燃料电池尾气排放系统

本发明属于燃料电池尾气处理领域，具体涉及一种将co2增压处理从而实现燃料电池尾气隐匿排放的系统。

背景技术：

目前燃料电池正飞速发展，而高温甲醇燃料电池是其中一个重要分支，其应用领域广泛。譬如电动车、无人机、物流车、快艇等等。而当应用于水下探测器、潜艇等水下运输装置时，由于军方所要求的隐匿性，其系统产生co2无法做到隐匿排放。在现用技术中多为内燃机尾气提供co2尾气处理，其处理量较大，能耗高，不符合燃料电池尾气中co2的处理需求。而本方案结合燃料电池使用的实际情况，给出一套尾气排放系统。

技术实现要素：

基于以上的背景技术，本发明提供一种水下用燃料电池尾气排放系统，实现高温甲醇燃料电池隐匿排放的目标。本发明具体采取如下技术方案：

本发明提供一种水下用燃料电池尾气排放系统，包括尾气增压装置和气液混合室，燃料电池的尾气经过增压装置增压后通过气体进口进入气液混合室排放。

基于以上技术方案，优选的，所述气液混合室包括气体进口、液体入口、液体出口和多个并联排列的气体管路；所述气体管路与气体进口的气体方向一致；所述气体管路上间隔设置多个排气孔；所述排气口排出的气体与液体入口进入的液体实现逆流接触。

基于以上技术方案，优选的，通过间隔设置的排气孔将气体分割成小气流，提高气液接触面积。按100mm长度气体管路为例，排气孔数量可设置为3～40个直径为2mm～30mm的排气孔。

基于以上技术方案，优选的，优选为排布10个直径为5mm的排气孔。

基于以上技术方案，优选的，所述尾气为二氧化碳；所述燃料电池有二氧化碳排放的燃料电池。

基于以上技术方案，优选的，所述燃料电池为高温甲醇燃料电池。

所述的尾气以co2为例，本发明采用增压方式，增大co2在水中的溶解度，从而降低尾气在水中产生的气泡量，达到隐匿排放的目的。高温甲醇燃料电池的主反应装置包括燃烧器，燃料处理器和电堆。其中在燃烧器发生的反应为：

2ch3oh+3o2→2co2+4h2o

2h2+o2→2h2o

燃料处理器中发生的反应为：

ch3oh+h2o→3h2+co2

电堆中发生的反应为：

2h2+o2→2h2o

因此可以看到，整个高温燃料电池系统所产生的尾气只有co2，解决co2的排放就可以解决高温燃料电池尾气隐匿排放问题。

气液混合式是由多跟管状气体通道和一个液体通道构成。高压尾气被分配至多跟管状气体通道中，增大与液体接触面积，提高混合效率。高压尾气中的co2与环境水相溶，随液体流动排出舱外，从而达到隐匿排饭的目的。

管状气体有多个微孔作为排气孔，将高压尾气通过微孔与液体混合，同时气液两相接触方式为逆流，增大气液混合程度。

基于以上技术方案，优选的，所述增压装置为增压泵。

基于以上技术方案，优选的，所述增压装置增压后的气体压力为0.1-20mpa。co2在水中的溶解度曲线，以10℃为例，当压力增大至5mpa时，co2在水中的溶解度相比0.2mpa时增大了约15倍，而继续增大压力则溶解度变化不明显。因此考虑采用将尾气增压的方式增大co2在水溶的溶解度，增压压力为5mpa。

有益效果

(1)本发明基于增大气体压力进而增大气体在水中的溶解度，提出一种尾气排放的系统，一方面实现了尾气的隐匿排放，另一方面对环境不会产生影响，绿色环保。

(2)本发明提供的系统中，设置了一种气液混合室，气液混合式是由多跟管状气体通道和一个液体通道构成。高压尾气被分配至多跟管状气体通道中，增大与液体接触面积，提高混合效率；管状气体有多个微孔作为排气孔，将高压尾气通过微孔与液体混合，同时气液两相接触方式为逆流，增大气液混合程度；高压尾气中的co2与环境水相溶，随液体流动排出舱外，从而达到隐匿排饭的目的。

附图说明

图1为co2的溶解度在10℃时随压力的变化曲线图；

图2为本发明尾气处理系统流程图；

图3气液混合室示意图；

图4为排气管路结构示意图；

其中：1、燃料电池系统；2、增压泵；3、气液混合室；4、气体进口；5、液体入口；6、液体出口；7、排气管路；8、排气孔。

具体实施方式

本发明提供一种水下用燃料电池尾气排放系统，包括增压泵2和气液混合室3；气液混合室3包括气体进口4、液体入口5、液体出口6和多个并联排列的气体管路7；所述气体管路7与气体进口的气体方向一致；所述气体管路上间隔设置多个排气孔8；所述排气口排出的气体与液体入口5进入的液体实现逆流接触。燃料电池1的尾气经过增压泵2增压后通过气体进口4进入气液混合室3排放。

实施例1

将燃料电池尾气引入排放系统中，经过增压泵增压至5mpa，经过增压装置增压后进入气液混合室排放。经过排有气体管路上间隔设置有10个排气孔其直径为5mm，总管路长100mm，而排气口排出的气体与液体入口进入的液体实现逆流接触。

经检测未经处理的气泡会在水中存在3分钟左右，使用本发明的系统后，气泡在水中存在时间缩短至30s，气泡存在时间大大缩短。这就意味着在水中形成的气泡柱大大减短，从而达到隐匿排放的效果。

技术特征：

1.一种水下用燃料电池尾气排放系统，其特征在于：包括尾气增压装置和气液混合室，燃料电池的尾气经过增压装置增压后进入气液混合室排放。

2.根据权利要求1所述的排放系统，其特征在于，所述气液混合室包括气体进口、液体入口、液体出口和多个并联排列的气体管路；所述气体管路与气体进口的气体方向一致；所述气体管路上间隔设置多个排气孔；所述排气口排出的气体与液体入口进入的液体实现逆流接触。

3.根据权利要求2所述的排放系统，其特征在于，按100mm长度气体管路为例，排气孔数量可设置为3～40个直径为2mm～30mm的排气孔。

4.根据权利要求3所述的排放系统，其特征在于，按100mm长度气体管路为例，为排布10个直径为5mm的排气孔。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尾气为二氧化碳；所述燃料电池有二氧化碳排放的燃料电池。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述燃料电池为高温甲醇燃料电池。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述增压装置为增压泵。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述增压装置增压后的气体压力为0.1～20mpa。

技术总结
本发明提供一种水下用燃料电池尾气排放系统，包括尾气增压装置和气液混合室，所述气液混合室为上述提供的气液混合室；燃料电池的尾气经过增压装置增压后通过气体进口进入气液混合室排放，气液混合室包括气体进口、液体入口、液体出口和多个并联排列的气体管路；所述气体管路与气体进口的气体方向一致；所述并联的每一个气体管路上都间隔设置多个排气孔；从气体进口进入的气体分流至多个并联的排气管路中，通过排气管路上的排气口排除，所述排气口排出的气体与液体入口进入的液体实现逆流接触。

技术研发人员：杨林林;高越;孙公权
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2019.12.14
技术公布日：2021.06.18