[發(fā)明專利]一種降低燃料電池系統(tǒng)尾排氫氣峰值濃度的裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310079039.2
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN103137993A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解云;馬原蔚;林業(yè)發(fā);錢超;胡軍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新源動(dòng)力有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/06
• 分類號(hào): H01M8/06;H01M8/04
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車用及非車用燃料電池系統(tǒng)尾排氫氣技術(shù)，更具體地說，是涉及一種降低車用及非車用燃料電池系統(tǒng)尾排氫氣峰值濃度氫氣爆炸極限，以達(dá)到安全排放要求的裝置。

背景技術(shù)

燃料電池作為一種清潔、高效的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，在近年來受到人們的廣泛關(guān)注。其中應(yīng)用最廣泛的質(zhì)子交換膜燃料電池簡稱PEMFC，使用氫氣作為陽極燃料，氫氣利用率一般必須控制在95%范圍內(nèi)，其余部分則以純氫氣或氫氣與水蒸氣等的混合氣等形式作為尾氣排放掉。而氫氣為易燃易爆氣體，在空氣中的爆炸極限為4%-74.2%，在此范圍內(nèi)的氫空混合氣遇明火或電火花均可能爆炸，威脅生產(chǎn)和生命安全。因此，為安全起見，燃料電池系統(tǒng)的氫氣尾排需要經(jīng)過一定處理，將其濃度降低至爆炸極限以下方可排入大氣。

在使用氫氣的燃料電池系統(tǒng)中，通入陽極作為燃料的氫氣不可避免的含有一定雜質(zhì)，隨著電池的運(yùn)行，雜質(zhì)在陽極側(cè)不斷積累，會(huì)對(duì)電池的性能產(chǎn)生不利影響。為了在保證氫氣利用率的前提下解決這種問題，一般在燃料電池系統(tǒng)的陽極尾端加裝電磁閥，電磁閥通常封閉，以保持陽極側(cè)的反應(yīng)壓力，根據(jù)不同的電池運(yùn)行狀態(tài)和工況，電磁閥隔一定時(shí)間開啟一次，開啟一定時(shí)間后關(guān)閉，脈沖排放陽極氣體；或在燃料電池運(yùn)行過程中，采用脈沖排放與連續(xù)排放方式相結(jié)合的方式排出氫氣，即一個(gè)或多個(gè)氫氣排放口連續(xù)排放氫氣，另外有一個(gè)或多個(gè)氫氣排放口脈沖排放氫氣。

上述燃料電池的陽極氫氣排放量整體呈現(xiàn)一種脈沖變化的狀態(tài)。由于排出的氣體含氫濃度高，為此須經(jīng)處理消除危險(xiǎn)后才能排放。一般采取的方法為將陽極富氫尾氣與陰極排放的空氣尾氣混合后再排放。但排放量脈沖變化的陽極尾氣在脈沖排放瞬間氫氣流量較大，為了維持燃料電池最佳工作狀態(tài)而配給的空氣流量不足以將氫氣稀釋到爆炸極限以下，簡單的采取將陰極空氣量加大到的方法又會(huì)影響燃料電池的性能，降低燃料電池系統(tǒng)的效率。因此，需采取一定的方法降低尾排氫氣的峰值濃度以達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)上述氫安全風(fēng)險(xiǎn)和性能之間的矛盾，在不更改系統(tǒng)基本工況的前提下，提供一種簡單、有效、低成本的降低燃料電池系統(tǒng)尾排氫氣峰值濃度的裝置，以達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種降低燃料電池系統(tǒng)尾排氫氣峰值濃度的裝置，包括混合腔、氫氣緩釋腔以及燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)設(shè)有陽極尾排出口以及陰極尾排出口，所述混合腔與所述氫氣緩釋腔相連通；所述燃料電池系統(tǒng)的氫氣通過陽極尾排出口并由氫氣導(dǎo)流管排放至氫氣緩釋腔內(nèi)；所述燃料電池系統(tǒng)的空氣通過陰極尾排出口分出兩路，一路由空氣導(dǎo)流管排放至氫氣緩釋腔，另一路為用于排走氫氣被緩釋后的緩釋氣體的吹掃空氣；

其中，所述氫氣緩釋腔的容積與陽極尾排氫氣出口每個(gè)脈沖排出周期內(nèi)排出的氫氣體積之比大于等于0.5。

所述氫氣緩釋腔設(shè)于混合腔內(nèi)，所述氫氣緩釋腔的內(nèi)端封閉，所述氫氣緩釋腔的外端開口，所述氫氣導(dǎo)流管的排出口以及空氣導(dǎo)流管的排出口分別設(shè)于氫氣緩釋腔的內(nèi)端，所述混合腔與所述氫氣緩釋腔的連通口設(shè)于氫氣緩釋腔靠近外端開口的側(cè)壁上，所述吹掃空氣從氫氣緩釋腔的外端開口排放至氫氣緩釋腔。

所述氫氣緩釋腔設(shè)于混合腔的空氣入口端的外側(cè)，所述氫氣導(dǎo)流管的排出口以及空氣導(dǎo)流管的排出口分別與氫氣緩釋腔的外端相通，所述氫氣緩釋腔的內(nèi)端與混合腔相通；所述吹掃空氣從混合腔的空氣入口端排放至混合腔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的一種降低燃料電池系統(tǒng)尾排氫氣峰值濃度的裝置，通過使燃料電池系統(tǒng)陽極尾排氫氣進(jìn)入混合腔之前先進(jìn)入氫氣緩釋腔，即陽極脈沖排放或連續(xù)排放與脈沖排放相結(jié)合所排出的氫氣在進(jìn)入混合腔前先通過氫氣導(dǎo)流管進(jìn)入氫緩釋腔，部分燃料電池陰極尾排空氣經(jīng)空氣導(dǎo)流管連續(xù)流入氫緩釋腔，與氫氣摻混后排出，再與其余陰極尾排空氣在混合腔內(nèi)相混合，使排放量不連續(xù)的氫氣被緩釋和連續(xù)稀釋，從而降低尾排氣中氫氣的峰值濃度，達(dá)到安全排放的目的。本發(fā)明裝置不含運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可靠性高，可有效緩釋與稀釋陽極脈沖排放或連續(xù)排放與脈沖排放相結(jié)合所排放的氫氣，降低氫空混合尾排氣中的氫氣峰值濃度，有效避免氫空混合尾排氣中氫濃度超標(biāo)，提高燃料電池系統(tǒng)的安全性。

總之，本發(fā)明可在不改變?nèi)剂想姵匕l(fā)電系統(tǒng)的基本工況的前提下，通過對(duì)脈沖排放或連續(xù)排放與脈沖排放相接合所排出的陽極尾排氫氣的緩沖、稀釋后經(jīng)陰極氣體吹掃混合，將其降低到爆炸極限以下，從而實(shí)現(xiàn)安全排放。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低廉，安全有效。

附圖說明