一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置

技术领域

本申请涉及氢燃料电池氢气回收技术领域，具体而言，涉及一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置。

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，其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

在现有技术（公开号为CN114914483B、专利名称为一种燃料电池系统氢气回收装置的专利申请。）中，通过设置在初步过滤罩内部的锥形滤水斗能够对气体的废液和杂质进行初步的滤除，锥形滤水斗是锥形的设计，气体通过锥形滤水斗的过程中能够以一定气流冲击力撞向锥形滤水斗内壁上的分子筛吸附层，可以保证分子筛吸附层对混合气体中的杂质和废水进行充分吸收。在实现该技术方案的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题。

为了节能环保起见，需要对氢燃料电池中的氢气进行回收处理，在氢气回收期间，往往氢气中掺杂着废气和废液，而目前的氢气回收手段，大多不能先对氢气、废气和废液进行区分收集，再采用摇晃方式对回收的氢气、废气和废液进行三级过滤，导致回收的氢气、废气和废液分离不彻底，同时氢气浓度较高也易发生危险，不能对回收的氢气进行空气稀释。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在目前的氢气回收手段，大多不能先对氢气、废气和废液进行区分收集，再采用摇晃方式对回收的氢气、废气和废液进行三级过滤，也不能对回收的氢气进行空气稀释的技术问题。为此，本申请提出一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置。

根据本申请实施例的一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置，包括：氢气进入管，所述氢气进入管的两个出口分别设置有分离组件，所述分离组件包括集液方管和集气弯管，所述集液方管和集气弯管分别连通在氢气进入管的出液口和出气口，且集液方管和集气弯管的底端分别设置有单向阀和三通阀，所述单向阀和三通阀的出口均连通有第一伸缩软管，且第一伸缩软管的底端分别连通有集液箱和集气箱，所述集液箱和集气箱的出口均连通有第二伸缩软管，且第二伸缩软管的底端分别连通有排液短管和排气长管，所述排液短管和排气长管的底端连通有收集箱；

所述三通阀的一端设置有第一密封架，所述第一密封架内设置有混流组件，所述混流组件包括伺服电机，所述伺服电机固定在第一密封架的一侧，且伺服电机的输出轴通过联轴器固定连接有第一排气扇，所述第一密封架的四周均连通有排气弯管，且排气弯管的末端连通有与三通阀配合使用的缓存架，所述集气弯管的一端通过固定件固定连接有空气罐，且空气罐的出气口连通有三通接头，所述三通接头的两个出口连通有与第一密封架和第一排气扇配合使用的进气支管；

所述第一密封架的底部固定连接有固定架，所述固定架的内腔设置有调节组件，所述调节组件包括主同步轮，所述主同步轮固定在伺服电机靠近第一排气扇的输出轴上，且主同步轮的下方通过同步带传动连接有从同步轮，所述从同步轮的内腔固定连接有转杆，且转杆远离从同步轮的一侧固定连接有摆臂，所述摆臂的一侧设置有转头，且转头的外侧设置有升降架，所述升降架的内腔开设有与转头滑动配合的滑槽，且升降架的两侧均固定连接有滑座，所述滑座的另一侧固定连接有与集液箱和集气箱固定配合的支臂。

优选的，所述集液箱和集气箱外侧的顶部均固定连接有工位标记牌，且集液箱和集气箱规格相同。

优选的，所述集液箱和集气箱相向的一侧开设有封堵槽，且封堵槽的内腔卡接有封堵架，所述封堵架与集液箱和集气箱之间通过螺丝连接。

优选的，所述封堵架的内侧从上至下依次开设有与封堵槽配合使用的一级滤网、二级滤网和三级分子筛。

优选的，所述排液短管位于收集箱内腔的顶部，所述排气长管位于收集箱内腔的底部，所述收集箱前侧的顶部连通有回收管，且回收管的另一端连通有储气罐。

优选的，所述收集箱顶部的中心处固定连接有光杆，且光杆的表面滑动连接有与集液箱和集气箱固定配合的滑套，所述光杆的上表面套设有与滑套固定配合的缓冲弹簧。

优选的，所述氢气进入管的入口端开设有密封凹槽，且密封凹槽的内腔通过密封胶粘接有密封垫圈，所述氢气进入管和密封垫圈的四角均开设有螺栓拧紧孔。

本申请的有益效果是：在对氢燃料电池中的氢气进行回收时，先由分离组件的集液方管和集气弯管对进入氢气进入管的回收氢气以及掺杂的废气和废液进行分离收集，并由单向阀和三通阀进行分区控制，再对应通过第一伸缩软管进入集液箱和集气箱内进行暂存后，再由第二伸缩软管经过排液短管和排气长管排入收集箱内，实现回收氢气以及掺杂的废气和废液的分离效果，以防回收氢气时，废气和废液分离不彻底，增强氢气的回收效果，在回收氢气的同时，由混流组件的伺服电机提供统一驱动来源，并带动第一排气扇转动并产生风力，再由空气罐提供空气源，并由三通接头经过进气支管与风力混合后，再由排气弯管经过缓存架供入三通阀内与回收的氢气进行混合，稀释回收氢气的浓度，以防回收氢气浓度过高引发意外事故，提高氢气回收过程中的安全性，紧接着，由调节组件的主同步轮通过同步带带动从同步轮上的转杆进行转动，再由转杆通过摆臂上的转头带动升降架上的两组滑座进行往复升降运动，两组滑座通过两组支臂带动流经集液箱和集气箱内的废液以及回收氢气和废气进行上下摇晃过滤处理，以防滤网堵塞的同时，也避免废液以及回收氢气和废气在集液箱和集气箱内发生紊流积堵，进一步增强回收氢气以及废液和废气的分离效果，提高氢气的回收效率和质量。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是根据本申请实施例的一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置的立体结构示意图；

图2是根据本申请实施例的一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置的立体结构后视图；

图3是根据本申请实施例的一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置的立体结构分解图；

图4是根据本申请实施例的一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置的立体结构局部剖视图；

图5是根据本申请实施例的一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置的立体结构局部内视图；

图6是根据本申请实施例的氢气进入管和分离组件结构侧视剖面图；

图7是根据本申请实施例的混流组件结构主视剖面图；

图8是根据本申请实施例的混流组件结构局部后视剖面图；

图9是根据本申请实施例的调节组件结构仰视图；

图10是根据本申请实施例的从同步轮、转杆、摆臂和转头结构仰视图；

图11是根据本申请实施例的第二密封架和热解组件结构侧视剖面图；

图12是根据本申请实施例的集液箱和集气箱结构侧视图。

图标：1、氢气进入管；2、分离组件；21、集液方管；22、集气弯管；23、单向阀；24、三通阀；25、第一伸缩软管；26、集液箱；27、集气箱；28、第二伸缩软管；29、排液短管；210、排气长管；211、收集箱；3、第一密封架；4、混流组件；41、伺服电机；42、第一排气扇；43、排气弯管；44、缓存架；45、空气罐；46、三通接头；47、进气支管；5、固定架；6、调节组件；61、主同步轮；62、从同步轮；63、转杆；64、摆臂；65、转头；66、升降架；67、滑槽；68、滑座；69、支臂；7、第二密封架；8、热解组件；81、送热孔；82、加热器；83、输热管；84、第二排气扇；85、第三伸缩软管；86、输气管；87、三通管；88、总管；89、第一输送头；810、直通管；811、第二输送头；9、封堵架；10、一级滤网；11、二级滤网；12、三级分子筛；13、储气罐；14、光杆；15、滑套；16、密封垫圈。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-图12所示，根据本申请实施例的一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置，包括：氢气进入管1，且氢气进入管1内设有氢气出气口和废液出液口，氢气进入管1的入口端开设有密封凹槽，且密封凹槽的内腔通过密封胶粘接有密封垫圈16，提高氢气进入管1和氢燃料电池氢气排出处之间的密封性，以防氢气泄漏，氢气进入管1和密封垫圈16的四角均开设有螺栓拧紧孔，对氢气进入管1进行拧紧固定；

氢气进入管1的两个出口分别设置有分离组件2；

三通阀24的一端设置有第一密封架3，且第一密封架3的内腔设为密闭空间，第一密封架3内设置有混流组件4；

第一密封架3的底部固定连接有固定架5，且固定架5的前后两侧均开设有竖槽，固定架5的内腔设置有调节组件6。

如图6至图10所示，目前的氢气回收手段，大多不能先对氢气、废气和废液进行区分收集，再采用摇晃方式对回收的氢气、废气和废液进行三级过滤，导致回收的氢气、废气和废液分离不彻底，同时氢气浓度较高也易发生危险，不能对回收的氢气进行空气稀释，分离组件2包括集液方管21和集气弯管22，集液方管21和集气弯管22分别连通在氢气进入管1的出液口和出气口，且集液方管21和集气弯管22的底端分别设置有单向阀23和三通阀24，便于废液以及氢气和废气的区分收集，同时也对集液方管21和集气弯管22的流动通道进行启闭控制；

单向阀23和三通阀24的出口均连通有第一伸缩软管25，且第一伸缩软管25的底端分别连通有集液箱26和集气箱27，集液箱26和集气箱27的出口均连通有第二伸缩软管28，对分离收集后的废液以及氢气和废气进行区分传输；

且第二伸缩软管28的底端分别连通有排液短管29和排气长管210，排液短管29和排气长管210的底端连通有收集箱211，实现回收氢气以及掺杂的废气和废液的分离效果，以防回收氢气时，废气和废液分离不彻底，增强氢气的回收效。

集液箱26和集气箱27外侧的顶部均固定连接有工位标记牌，且集液箱26和集气箱27规格相同，便于辨别集液箱26和集气箱27的位置所在；

集液箱26和集气箱27相向的一侧开设有封堵槽，且封堵槽的内腔卡接有封堵架9，封堵架9与集液箱26和集气箱27之间通过螺丝连接，便于对集液箱26和集气箱27上的封堵架9进行拆装；

封堵架9的内侧从上至下依次开设有与封堵槽配合使用的一级滤网10、二级滤网11和三级分子筛12，对流经集液箱26和集气箱27的废液以及回收氢气和废气进行三级过滤处理，增强废液以及回收氢气和废气的处理效果。

排液短管29位于收集箱211内腔的顶部，排气长管210位于收集箱211内腔的底部，合理分布排液短管29和排气长管210在收集箱211内的位置，以便分离后的回收氢气和废气在收集箱211内处理后的废液中进行曝气作业，收集箱211前侧的顶部连通有回收管，且回收管的另一端连通有储气罐13，对处理完成的回收氢气进行存储。

收集箱211顶部的中心处固定连接有光杆14，且光杆14的表面滑动连接有与集液箱26和集气箱27固定配合的滑套15，对集液箱26和集气箱27起到滑动支撑的作用，以防集液箱26和集气箱27上下晃动期间出现歪斜晃动，光杆14的上表面套设有与滑套15固定配合的缓冲弹簧，对上下滑动的滑套15起到弹性缓冲作用。

混流组件4包括伺服电机41，伺服电机41固定在第一密封架3的一侧，且伺服电机41的输出轴通过联轴器固定连接有第一排气扇42，第一排气扇42转动的同时也在第一密封架3内产生风力；

第一密封架3的四周均连通有排气弯管43，且排气弯管43的末端连通有与三通阀24配合使用的缓存架44，集气弯管22的一端通过固定件固定连接有空气罐45，且空气罐45的出气口连通有三通接头46，三通接头46的两个出口连通有与第一密封架3和第一排气扇42配合使用的进气支管47，由空气罐45提供空气源，稀释回收氢气的浓度，以防回收氢气浓度过高引发意外事故，提高氢气回收过程中的安全性。

调节组件6包括主同步轮61，主同步轮61固定在伺服电机41靠近第一排气扇42的输出轴上，且主同步轮61的下方通过同步带传动连接有从同步轮62，从同步轮62的内腔固定连接有转杆63，由主同步轮61通过同步带带动从同步轮62上的转杆63进行同步转动；

且转杆63远离从同步轮62的一侧固定连接有摆臂64，摆臂64的一侧设置有转头65，且转头65的外侧设置有升降架66，升降架66的内腔开设有与转头65滑动配合的滑槽67，由滑槽67对转头65提供滑动空间支持，则摆臂64通过转头65带动升降架66进行往复升降运动；

且升降架66的两侧均固定连接有滑座68，滑座68的另一侧固定连接有与集液箱26和集气箱27固定配合的支臂69，往复升降运动的升降架66通过滑座68和支臂69带动流经集液箱26和集气箱27内的废液以及回收氢气和废气进行上下摇晃过滤处理，以防滤网堵塞的同时，也避免废液以及回收氢气和废气在集液箱26和集气箱27内发生紊流积堵，进一步增强回收氢气以及废液和废气的分离效果，提高氢气的回收效率和质量。

如图11和图12所示，在氢气回收期间，不能采用加热热解方式，对回收的氢气以及吸附在分子筛上的氢气进行热解反应，导致氢气回收量降低，降低氢气的回收经济效益，固定架5的正面固定连接有第二密封架7，且第二密封架7的内腔为密闭空间，第二密封架7的内腔设置有与集液箱26和集气箱27配合使用的热解组件8，为回收期间的氢气提供热解反应，促进氢气的回收进程，提高氢气的回收效率和质量。

热解组件8包括送热孔81，送热孔81开设在集液箱26和集气箱27的前后两侧，且第二密封架7的顶部固定连接有加热器82，加热器82的出口连通有与第二密封架7配合使用的输热管83，由加热器82提供热解反应的热源，并由输热管83供入第二密封架7内。

转杆63远离从同步轮62的一侧固定连接有第二排气扇84，转杆63带动第二排气扇84转动的同时，也在第二密封架7内产生风力并与进入的热源进行汇合；

且第二密封架7的两侧均连通有第三伸缩软管85，两组第三伸缩软管85的另一端连通有输气管86，且输气管86的末端连通有三通管87，两组三通管87的出口连通有总管88，由风力将热源依次经过第三伸缩软管85、输气管86和三通管87输送至总管88内；

且总管88的末端连通有与集液箱26上送热孔81配合使用的第一输送头89，将热源经过送热孔81输送至集液箱26内，对集液箱26内进行升温，对集液箱26内流经的废水进行加热消毒。

第一输送头89的前端连通有直通管810，且直通管810的末端连通有与集气箱27上送热孔81配合使用的第二输送头811，将热源经过送热孔81输送至集气箱27内，对集气箱27内进行升温，对集气箱27内流经以及附着在一级滤网10、二级滤网11和三级分子筛12上的氢气进行热解反应，提高氢气的热解效率和质量，也对废气进行加热反应分离，提高氢气的回收率。

具体的，该一种用以氢燃料电池系统中的氢气回收装置的工作原理：氢燃料电池内的氢气预先进入氢气进入管1内，再对应打开单向阀23和三通阀24，并由集液方管21和集气弯管22对废液、回收氢气以及其中掺杂的废气进行分离收集，集液方管21和集气弯管22内的废液以及氢气和废气对应经过两根第一伸缩软管25对应进入集液箱26和集气箱27内；

回收氢气和废气进入三通阀24的同时，控制伺服电机41开启并带动第一排气扇42转动，转动状态的第一排气扇42在第一密封架3内产生风力，同时，控制三通接头46上的控制阀门开启，则空气罐45内的空气先由三通接头46分流后再经过两根进气支管47进入第一密封架3内，在风力的加持下，迫使空气经过多根排气弯管43供入缓存架44内，紧接着，再由缓存架44供入三通阀24内与回收的氢气和废气进行汇合，稀释回收氢气的浓度；

废液以及氢气和废气进入集液箱26和集气箱27后，且伺服电机41带动第一排气扇42转动的同时，也带动主同步轮61进行同步转动，主同步轮61通过同步带带动从同步轮62上的转杆63进行同步转动，转杆63通过摆臂64带动转头65进行圆周转动，由滑槽67对转头65提供滑动空间支持，则转头65带动升降架66进行往复升降运动，由光杆14和滑套15对集液箱26和集气箱27提供滑动支撑补偿，则升降架66再通过两组滑座68带动两组支臂69上的集液箱26和集气箱27进行上下晃动，跟随集液箱26和集气箱27上下晃动的两组封堵架9带动两组一级滤网10、二级滤网11和三级分子筛12对流经的废液以及氢气和废气进行三级过滤处理；

与此同时，控制加热器82开启并产生热源，且热源经过输热管83送入第二密封架7内，且主同步轮61通过同步带带动从同步轮62上的转杆63转动的同时，也带动第二排气扇84随之转动，并在第二密封架7内产生风力，在风力的加持下，第二密封架7内的热源依次经过两根第三伸缩软管85和输气管86到达两组三通管87内，再由两组总管88供入集液箱26上的两组第一输送头89内，紧接着，热源再由集液箱26上的送热孔81到达其内部并进行加热升温，对集液箱26内封堵架9上的一级滤网10、二级滤网11和三级分子筛12区域进行受热，对三级过滤期间的废水进行加热消毒；

与此同时，两组第一输送头89内的热源再由两根直通管810供入集气箱27上的两组第二输送头811内，紧接着，热源再由集气箱27上的送热孔81到达其内部并进行加热升温，对集气箱27内封堵架9上的一级滤网10、二级滤网11和三级分子筛12区域进行受热，对三级过滤期间的废气、回收氢气以及附着状态的氢气进行热解分离反应；

待集液箱26和集气箱27内流经的废液以及氢气和废气三级过滤处理和热解分离完成后，再由第二伸缩软管28对应经过排液短管29和排气长管210排入收集箱211内，由于排液短管29位于收集箱211内腔顶部，排气长管210位于收集箱211内腔底部，则处理后的废液经过排液短管29流入收集箱211内，处理后的回收氢气和废气经过排气长管210没入收集箱211内经过处理的废水中，并在收集箱211内经过处理的废水中进行曝气，对与回收氢气分离后的废气以及细小颗粒进行吸收沉淀，由于氢气质量很轻，则经过处理后的氢气经过回收管进入储气罐13内。

需要说明的是，伺服电机41和加热器82具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故此不再详细赘述。

伺服电机41和加热器82的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。