[發明專利]一種燃料電池氫氣回收系統的尾氣排放控制方法

有效

• 申請號: 201810654467.6
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN110635153B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 胡磊;亞努士;高勇
• 申請（專利權）人: 上海氫尚新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/0662
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠;蔣亮珠

本發明涉及一種燃料電池氫氣回收系統的尾氣排放控制方法，包括以下步驟：1)開啟氫氣進口電磁閥并保持氫氣進口管道開通，同時保持氫氣出口電磁閥、單向截止閥和尾氣排放電磁閥關閉，電堆開始反應；2)在一個控制周期開始時，短暫打開氫氣出口電磁閥后關閉，使帶有水的尾氣被吹掃到氣液分離器中，此時，開啟氫氣回收泵和單向截止閥回收氣液分離器中的氫氣，將回收的氫氣返回到氫氣入口管道內混合；3)關閉氫氣回收泵和單向截止閥，在氫氣出口電磁閥、氫氣回收泵和單向截止閥均關閉的時間內，控制器采用多次間斷式的開啟方式控制尾氣排放電磁閥排出尾氣，直到下一個控制周期打開氫氣出口電磁閥。與現有技術相比，本發明具有效率高、氫氣尾氣排放濃度低等優點。

技術領域

本發明涉及燃料電池控制領域，尤其是涉及一種燃料電池氫氣回收系統的尾氣排放控制方法。

背景技術

燃料電池作為一種新型的環保發電產品，具有無噪聲、無污染、體積小、壽命長、能量轉換率高、便于維護和成本低等優點。

電化學燃料電池是一種能夠將氫及氧化劑轉化成電能及反應產物的裝置。采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區的催化電化學反應就產生了氫正離子(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區遷移到陰極區。除此之外，質子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產生爆發式反應。

燃料電池處于運行狀態放電時，一般都伴隨著水生成。生成的產物水可以在燃料電池的陰極區出現，也可以在燃料電池的陽極區出現。為了保證燃料電池的正常運行與性能不下降，往往需要將燃料電池內部生成的水排出，即燃料電池必須需要燃料氫氣和氧化劑空氣在大于1的計量比的狀態下運行，這樣過量的燃料氫氣與過量的空氣部分會攜帶燃料電池內部的水直接排放到電池外部。

雖然采用過量的空氣攜帶燃料電池內部生成的水一同直接排放到燃料電池外部，是既安全又可行的；但是采用過量的燃料氫氣攜帶燃料電池陽極區的水一同排放到燃料電池外部是不可行的，因為這樣做往往會浪費掉寶貴的燃料氫氣，而且氫氣直接往外排放是很危險的。為了既可以將燃料氫氣充分利用，又能將燃料電池內部生成的水帶出，一般采用一種氫氣循環泵，這種氫氣循環泵設置在燃料電池氫氣排出口與循環回燃料電池氫氣入口之間。

專利CN101162781A提供了一種提高燃料電池運行壽命的氫氣系統，包括燃料電池堆，氫氣供給部分、氫氣回流部分，還包括氫氣吹掃部分，氫氣吹掃部分由裝有吹掃氣體的高壓吹掃氣瓶、與吹掃氣瓶連接的吹掃氣體控制電磁閥、與吹掃氣體控制電磁閥連通的減壓閥、以及連接在吹掃氣瓶上的單向閥組成。但是，這種系統中采用的氫氣循環泵需要消耗很大的功率，降低了整個燃料電池發電系統的發電效率。而且這種氫氣循環泵往往占據了整個燃料電池發電系統中很大的體積空間，并增加了重量并且噪聲也較大，不適合應用于緊湊的系統中，且不適合批量生產。同時，現有的燃料電池體系中其吹掃排水效果也不理想，需要持續運行狀態下排出生產的水，效率低下。

專利CN204793044U公開了一種燃料電池氫氣回收系統，該系統包括燃料電池、氫氣進口閥、氫氣出口閥、氫氣循環泵、截止閥、容器、空氣壓縮機、排水電磁閥、氫氣入口管道、氫氣出口管道、空氣入口管道和空氣出口管道；氫氣進口閥置于氫氣入口管道上，氫氣出口閥置于氫氣出口管道上，氫氣出口閥的出口同時與氫氣循環泵的入口和容器的上口相連，氫氣循環泵的出口與截止閥的入口相連，截止閥的出口與氫氣進口閥和燃料電池之間的氫氣入口管道相連，空氣壓縮機置于燃料電池的空氣入口管道上，排水電磁閥置于容器的排水管道上。但是該專利雖然考慮了氫氣回路的氫氣回收和緩沖容器中水的對外排出，但是未考慮氮氣對氫氣濃度的影響。實際上，在質子交換膜燃料電池中，陰極的氣體如果是空氣或其他含氮氣成分的氧化劑，那么陰極中的氮氣將滲透到陽極并逐漸積累，陰極中的氫氣含量從而逐漸降低，最終導致燃料電池的性能下降，輸出電力能力減小。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池氫氣回收系統的尾氣排放控制方法。