專利名稱：燃料電池尾氣處理器及燃料電池尾氣處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池與處理殘物裝置的結(jié)合，特別是涉及一種燃料電池尾氣處理方法及處理器。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)⑷剂霞把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置，該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)有一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉬催化劑。膜電極兩邊用可導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜使氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含有氫氣燃料的氣流與含氧的氣流隔離開，使它們不會相互混合產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用一下方程式表達(dá)陽極反應(yīng)H2— 2H++2e陰極反應(yīng)l/202+2H++&— H2O一個(gè)典型的氫燃料電池組(下文簡稱電堆)通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻水流體均勻分布到各個(gè)電池組內(nèi)冷卻通道中， 將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組后進(jìn)行散熱；C3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排除時(shí)，可攜帶出燃料電池中生成的液、氣態(tài)的水。在燃料電池工作過程中，電池的陰極會生成大量的水，由于電池的工作溫度較高， 陰極尾氣具有較高的飽和蒸汽壓，生成的水大部分以氣態(tài)存在隨著尾氣排出燃料電池系統(tǒng)，但仍有部分生成水以液態(tài)形式存在；而在陽極雖無水生成，但由于質(zhì)子交換膜的透水性，依然會有液態(tài)水出現(xiàn)。為了避免氫氣的浪費(fèi)以及加濕氫氣，一般在燃料電池系統(tǒng)集成的時(shí)候會在陽極增加一個(gè)或多個(gè)氫氣循環(huán)泵，將電堆氫氣出口的尾氣重新打回氫氣進(jìn)口，提高氫氣進(jìn)口的相對濕度，這就更加加劇了氫氣出口的含水量。在電堆的氫氣尾氣中除了含有水分之外，還有從陰極氧化劑空氣通過膜電極滲透過來的氮?dú)庖约捌渌s質(zhì)氣體，隨著氫氣的循環(huán)，這些廢氣在循環(huán)過程中逐漸累積，其含量逐漸增加，使電堆的發(fā)電效率下降。所以必須將電堆的氫氣尾氣中的水分、氮?dú)夂推渌s質(zhì)氣體分離并排出系統(tǒng)，這種水氣分離和尾氣部分排放的過程我們稱之為氫氣尾氣處理過程。進(jìn)入電堆的空氣經(jīng)過反應(yīng)消耗，氮?dú)獾确茄趸瘎怏w的濃度大幅度升高，同時(shí)生成大量的水，空氣尾氣一般不能再次使用，直接排除燃料電池系統(tǒng)外部，為了方便系統(tǒng)架設(shè)和尾氣處理，空氣尾氣也需要做到水氣分離，該過程我們稱之為空氣尾氣處理過程。在現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)中，氫氣尾氣處理和空氣尾氣處理分別利用兩套或更多套不同的裝置完成，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)過于復(fù)雜，同時(shí)需要諸多傳感器控制水氣分離的液位，氫氣廢氣中流量大小等，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和造價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣的燃料電池尾氣處理器。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種能同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣的燃料電池尾氣處理方法。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器，包括密封的第一腔室和密封的第二腔室，所述第二腔室與所述第一腔室通過通水管連通，所述第二腔室位于所述第一腔室的上方，所述第二腔室內(nèi)設(shè)有均伸出所述第二腔室外的氫氣輸入管和氫氣排出管，所述第一腔室內(nèi)設(shè)有均伸出第一腔室外的空氣進(jìn)入管、空氣排出管和排水管，所述通水管上安裝有單向?qū)ǖ拈y， 所述閥保證水只能從所述第二腔室流入所述第一腔室。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器，其中，所述閥為氣壓控制閥。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器，其中，所述閥為單向電磁閥。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器，其中，所述第二腔室的容積小于所述第一腔室的容積。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器，其中，包括殼體，所述殼體由上蓋板密封，所述殼體內(nèi)部為所述第一腔室，所述上蓋板的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室，所述排水管固定于所述上蓋板上，所述排水管伸入所述第一腔室的下部。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器，其中，包括殼體，所述殼體由上蓋板密封，所述殼體內(nèi)部為所述第一腔室，所述上蓋板的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室，所述排水管固定于所述殼體的底部。本發(fā)明燃料電池尾氣處理方法，包括如下步驟(1)將本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管與電堆的氫氣尾氣輸入管接通，將所述氫氣排出管通過循環(huán)泵與電堆的氫氣輸入管路接通，所述循環(huán)泵保證氫氣只能由所述氫氣排出管進(jìn)入氫氣輸入管路，將所述空氣進(jìn)入管與電堆的空氣尾氣排出管相接通；
(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流㈧X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；(4)控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(5)根據(jù)氫廢氣量選用合適的氣壓控制閥；(6)當(dāng)電堆的輸出功率變化，再次控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)本發(fā)明燃料電池尾氣處理方法，包括如下步驟(1)將本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管與電堆的氫氣尾氣輸入管接通，將所述氫氣排出管通過循環(huán)泵與電堆的氫氣輸入管路接通，所述循環(huán)泵保證氫氣只能由所述氫氣排出管進(jìn)入氫氣輸入管路，將所述空氣進(jìn)入管與電堆的空氣尾氣排出管相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中所述電堆在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流(A) X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由所述電堆本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；(4)控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(5)根據(jù)氫廢氣量調(diào)節(jié)所述單向電磁閥的排氣頻率和排氣時(shí)間；(6)當(dāng)所述電堆的輸出功率變化，則利用第2步驟的公式再次計(jì)算氫氣消耗量；(7)再次控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量 (標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(8)根據(jù)再次計(jì)算得到的氫氣消耗量，根據(jù)第3步驟的氫廢氣率，算出新的氫廢氣量，氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)，根據(jù)所述新的氫廢氣量調(diào)節(jié)所述單向電磁閥排氣頻率和排氣時(shí)間。本發(fā)明燃料電池尾氣處理方法，包括如下步驟(1)將本發(fā)明所述的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管與電堆的氫氣尾氣輸入管接通，將所述氫氣排出管通過循環(huán)泵與電堆的氫氣輸入管路接通，所述循環(huán)泵保證氫氣只能由所述氫氣排出管進(jìn)入氫氣輸入管路， 將所述空氣進(jìn)入管與電堆的空氣尾氣排出管相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；
(4)確定所述第二腔室的氣體壓力；(5)根據(jù)氫廢氣量及所述第二腔室的氣體壓力，選擇合適的所述氣壓控制閥；(6)當(dāng)電堆的輸出功率變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)氣壓力，使系統(tǒng)進(jìn)氣壓力與氫廢氣率相適應(yīng)。本發(fā)明燃料電池尾氣處理方法，包括如下步驟(1)將本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管與電堆的氫氣尾氣輸入管接通，將所述氫氣排出管通過循環(huán)泵與電堆的氫氣輸入管路接通，所述循環(huán)泵保證氫氣只能由所述氫氣排出管進(jìn)入氫氣輸入管路，將所述空氣進(jìn)入管與電堆的空氣尾氣排出管相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；(4)確定所述第二腔室的氣體壓力；(5)根據(jù)氫廢氣量及所述第二腔室的氣體壓力調(diào)節(jié)所述單向電磁閥的排氣頻率和排氣時(shí)間；(6)當(dāng)電堆的輸出功率變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)氣壓力，使系統(tǒng)進(jìn)氣壓力與氫廢氣率相適應(yīng)。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器可以同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣，結(jié)構(gòu)相對簡單，造價(jià)比較低廉，操作容易。本發(fā)明燃料電池尾氣處理方法利用本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器，可以同時(shí)處理燃料電池尾氣中的氫氣尾氣和空氣尾氣。


圖1是本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器的第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是使用本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器的第一種實(shí)施例的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器的第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一如圖1所示，本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器包括密封的金屬材質(zhì)的殼體1。殼體1 由上蓋板2密封，殼體1內(nèi)部為用于處理空氣尾氣的第一腔室3。上蓋板2的中心部位向下凹陷，并由封蓋板5密封，形成用于進(jìn)行氫氣尾氣處理的第二腔室4。第二腔室4的底壁上設(shè)有通水管10，通水管10伸入第一腔室3內(nèi)。第二腔室4和第一腔室3僅由通水管10連通，第二腔室4位于第一腔室3的上方。第二腔室4的容積小于第一腔室3的容積。封蓋板5上固定設(shè)有均伸入第二腔室4內(nèi)的氫氣輸入管6和氫氣排出管7。上蓋板2上固定有均伸入第一腔室3的空氣進(jìn)入管11、空氣排出管8和排水管12，其中排水管12伸入第一腔室3的下部。通水管10上安裝有單向?qū)ǖ臍鈮嚎刂崎y101，氣壓控制閥101保證水只能從第
二腔室4流入第一腔室3。氫氣輸入管6上安裝有氫氣輸入閥61。氫氣排出管7上安裝有氫氣排出閥71。空氣進(jìn)入管11上安裝有空氣閥111。排水管12上安裝有排水閥121。空氣排出管8上安裝有空氣排出閥81。結(jié)合圖2所示，本實(shí)施例的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將氫氣輸入管6與電堆(氫燃料電池組)50的氫氣尾氣輸入管22接通，將氫氣排出管7通過循環(huán)泵25與電堆50的氫氣輸入管路23接通，循環(huán)泵25保證氫氣只能由氫氣排出管7進(jìn)入氫氣輸入管路23，將空氣進(jìn)入管11與電堆50的空氣尾氣排出管沈相接通。當(dāng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)工作時(shí)，氫氣由電堆50的氫氣輸入管路23輸入進(jìn)電堆50，空氣由電堆50的空氣輸入管路進(jìn)入電堆50，電堆50發(fā)電，產(chǎn)生的的氫氣尾氣由氫氣尾氣輸入管22輸出并由氫氣輸入管6進(jìn)入第二腔室4，在第二腔室4內(nèi)部，氫氣尾氣中的液態(tài)水在重力的作用下，與氫氣分離，形成液滴匯聚在第二腔室4底部。去除水蒸氣的氫氣尾氣由氫氣排出管7排進(jìn)氫氣輸入管路23后，在輸氣氣泵51的作用下再次進(jìn)入電堆50參加反應(yīng)，由此氫氣在整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)。第二腔室4底部的積水匯聚一定量，在大氣壓力作用下將氣壓控制閥101打開，積水和少部分氫氣進(jìn)入第一腔室3。電堆50發(fā)電產(chǎn)生的空氣尾氣由電堆50的空氣尾氣排出管沈排出，并由空氣進(jìn)入管11進(jìn)入第一腔室3，在第一腔室3內(nèi)部，空氣尾氣中的水蒸汽在重力的作用下，與空氣分離，形成液滴匯聚在第二腔室4底部。去除水蒸氣的空氣尾氣加上少量氫氣由空氣排出管 8排出系統(tǒng)。第一腔室3內(nèi)的積水由排水管12排出系統(tǒng)。實(shí)施例二如圖3所示，本實(shí)施與實(shí)施例一的不同在于，通水管10上安裝有單向?qū)ǖ膯蜗螂姶砰y102，單向電磁閥102，保證水只能從第二腔室4流入第一腔室3。利用脈沖電流控制單向電磁閥102，使其按一定頻率開啟關(guān)閉，這樣第二腔室4底部的積水和少量氫氣同樣進(jìn)入第一腔室3，從而保證第二腔室4不被積水充滿。上蓋板2上固定設(shè)有均伸入第一腔室3 的空氣進(jìn)入管U、空氣排出管8。殼體1底部固定設(shè)有用于排除積水的排水管17，排水管 17上安裝有排水閥門171。本實(shí)施例的其他部分結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理方法一、可控流量進(jìn)氫氣工況下的燃料電池尾氣處理方法(1)將本發(fā)明實(shí)施例二或?qū)嵤├坏娜剂想姵匚矚馓幚砥鞑捎萌缦路绞浇尤肴剂想姵匕l(fā)電系統(tǒng)中將氫氣輸入管6與電堆的氫氣尾氣輸入管22接通，將氫氣排出管7通過循環(huán)泵25與電堆50的氫氣輸入管路23接通，循環(huán)泵25保證氫氣只能由氫氣排出管7進(jìn)入氫氣輸入管路23，將空氣進(jìn)入管11與電堆50的空氣尾氣排出管沈相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆50在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流(A) X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和步驟2得到的氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中，氫廢氣率為燃料電池組產(chǎn)生的廢氫氣占進(jìn)氫氣量的比值，氫廢氣率由電堆本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；(4)控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(5)根據(jù)氫廢氣量調(diào)節(jié)單向電磁閥102的排氣頻率和排氣時(shí)間或者選用合適的氣壓控制閥101 ；(6)當(dāng)電堆50的輸出功率變化，則利用第2步驟的公式再次計(jì)算氫氣消耗量；(7)再次控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量 (標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(8)根據(jù)再次計(jì)算得到的氫氣消耗量，根據(jù)第3步驟的氫廢氣率，算出新的氫廢氣量，氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)，根據(jù)新的氫廢氣量調(diào)節(jié)單向電磁閥102排氣頻率和排氣時(shí)間。下面給出具體實(shí)施例實(shí)施例三，可控流量進(jìn)氫氣工況下的燃料電池尾氣處理方法(1)將本發(fā)明實(shí)施例二燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將氫氣輸入管6與電堆50的氫氣尾氣輸入管22接通，將氫氣排出管7通過循環(huán)泵25 與電堆50的氫氣輸入管路23接通，循環(huán)泵25保證氫氣只能由氫氣排出管7進(jìn)入氫氣輸入管路23，將空氣進(jìn)入管11與電堆50的空氣尾氣排出管沈相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆50在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流㈧X0.007X燃料電池串連個(gè)數(shù)；燃料電池電流為25安培， 燃料電池串連個(gè)數(shù)為64，則氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘。(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆50本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量=氫廢氣率X氫氣消耗量/(1-氫廢氣率)；氫廢氣率為5%，氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，則氫廢氣量為0.58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘；(4)控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)(5)根據(jù)氫廢氣量調(diào)節(jié)單向電磁閥102的排氣頻率和排氣時(shí)間，氫廢氣量為0. 58 標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，即說明每分鐘需要有0. 58標(biāo)準(zhǔn)升的氫氣廢氣由第二腔室4流入第一腔室3， 由此調(diào)節(jié)電磁閥102的排氣頻率和排氣時(shí)間使之滿足要求；(6)當(dāng)電堆50的輸出功率變化，則利用第2步驟的公式再次計(jì)算氫氣消耗量；計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流(A) X0. 007X燃料電池串連個(gè)數(shù)； 燃料電池電流變?yōu)?0安培，燃料電池串連個(gè)數(shù)為64，則氫氣消耗量為8. 96標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘；(7)再次控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量 (標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(8)根據(jù)再次計(jì)算得到的氫氣消耗量8. 96標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，根據(jù)第三步驟的氫廢氣率，算出新的氫廢氣量，氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)，新的氫廢氣量為0. 47標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，即說明每分鐘需要有0. 47標(biāo)準(zhǔn)升的氫氣廢氣由第二腔室4流入第一腔室3，再次調(diào)節(jié)電磁閥102的排氣頻率和排氣時(shí)間使之滿足要求。
采用上述方法，即可實(shí)現(xiàn)在可控流量進(jìn)氫氣工況下，利用本發(fā)明實(shí)施例二燃料電池尾氣處理器同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣的燃料電池尾氣處理。實(shí)施例四，可控流量進(jìn)氫氣工況下的燃料電池尾氣處理方法(1)將本發(fā)明實(shí)施例一燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將氫氣輸入管6與電堆50的氫氣尾氣輸入管22接通，將氫氣排出管7通過循環(huán)泵25 與電堆50的氫氣輸入管路23接通，循環(huán)泵25保證氫氣只能由氫氣排出管7進(jìn)入氫氣輸入管路23，將空氣進(jìn)入管11與電堆50的空氣尾氣排出管沈相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆50在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流㈧X0.007X燃料電池串連個(gè)數(shù)；燃料電池電流為25安培， 燃料電池串連個(gè)數(shù)為64，則氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆50本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量=氫廢氣率X氫氣消耗量/(1-氫廢氣率)；氫廢氣率為5%，氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，則氫廢氣量為0. 58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘；(4)控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(5)根據(jù)氫廢氣量選用合適的氣壓控制閥101，氫廢氣量為0.58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，即說明每分鐘需要有0. 58標(biāo)準(zhǔn)升的氫氣廢氣由第二腔室4流入第一腔室3，選用合適的氣壓控制閥101，同時(shí)保證氣壓控制閥101在排氣量為0. 58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘時(shí)，其排氣壓力小于系統(tǒng)所能承受的最大壓力。(6)當(dāng)電堆50的輸出功率變化，再次控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量 (標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；采用上述方法，即可實(shí)現(xiàn)在可控流量進(jìn)氫氣工況下，利用本發(fā)明實(shí)施例一燃料電池尾氣處理器同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣的燃料電池尾氣處理。二、可控壓強(qiáng)進(jìn)氫氣工況下的燃料電池尾氣處理方法(1)將本發(fā)明實(shí)施例一或?qū)嵤├娜剂想姵匚矚馓幚砥鞑捎萌缦路绞浇尤肴剂想姵匕l(fā)電系統(tǒng)中將氫氣輸入管6與電堆50的氫氣尾氣輸入管22接通，將氫氣排出管7通過循環(huán)泵25與電堆50的氫氣輸入管路23接通，循環(huán)泵25保證氫氣只能由氫氣排出管7 進(jìn)入氫氣輸入管路23，將空氣進(jìn)入管11與電堆50的空氣尾氣排出管沈相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆50在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率為燃料電池組產(chǎn)生的廢氫氣占進(jìn)氫氣量的比值，氫廢氣率由電堆50本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)， 計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(ι-氫廢氣率)；(4)確定第二腔室4的氣體壓力；(5)根據(jù)氫廢氣量及第二腔室4的氣體壓力，選擇合適的氣壓控制閥101，或者根據(jù)氫廢氣量及第二腔室4的氣體壓力調(diào)節(jié)單向電磁閥102的排氣頻率和排氣時(shí)間；(6)當(dāng)電堆50的輸出功率變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)氣壓力，使系統(tǒng)進(jìn)氣壓力與氫廢氣率相適應(yīng)。
下面給出具體實(shí)施例實(shí)施例五，可控壓強(qiáng)進(jìn)氫氣工況下的燃料電池尾氣處理方法(1)將本發(fā)明實(shí)施例一的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將氫氣輸入管6與電堆50的氫氣尾氣輸入管22接通，將氫氣排出管7通過循環(huán)泵25 與電堆50的氫氣輸入管路23接通，循環(huán)泵25保證氫氣只能由氫氣排出管7進(jìn)入氫氣輸入管路23，將空氣進(jìn)入管11與電堆50的空氣尾氣排出管沈相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆50在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流X0.007X燃料電池串連個(gè)數(shù)；燃料電池電流為25安培，燃料電池串連個(gè)數(shù)為64，則氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘。(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆50本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/ (1-氫廢氣率)，氫廢氣率為5%，氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘， 則氫廢氣量為0. 58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘；(4)確定第二腔室4的氣體壓力，根據(jù)壓力表測算系統(tǒng)進(jìn)氣壓力30千帕，第二腔室 4的氣體壓力25千帕；(5)根據(jù)氫廢氣量及第二腔室4的氣體壓力選擇合適的氣壓控制閥101，即在25 千帕壓力下，氣壓控制閥101應(yīng)打開，并排出0. 58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘的廢氣；(6)當(dāng)電堆50的輸出功率變化，同方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)的進(jìn)氣壓力，使系統(tǒng)進(jìn)氣壓力與氫廢氣率相適應(yīng)。采用上述方法，即可實(shí)現(xiàn)在可控壓強(qiáng)進(jìn)氫氣工況下，利用本發(fā)明實(shí)施例一燃料電池尾氣處理器同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣的燃料電池尾氣處理。實(shí)施例六，可控壓強(qiáng)進(jìn)氫氣工況下的燃料電池尾氣處理方法(1)將本發(fā)明實(shí)施例一的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將氫氣輸入管6與電堆50的氫氣尾氣輸入管22接通，將氫氣排出管7通過循環(huán)泵25 與電堆50的氫氣輸入管路23接通，循環(huán)泵25保證氫氣只能由氫氣排出管7進(jìn)入氫氣輸入管路23，將空氣進(jìn)入管11與電堆50的空氣尾氣排出管沈相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆50在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流X0.007X燃料電池串連個(gè)數(shù)；燃料電池電流為25安培，燃料電池串連個(gè)數(shù)為64，則氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆50本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/ (1-氫廢氣率)，氫廢氣率為5%，氫氣消耗量為11標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘， 則氫廢氣量為0. 58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘；(4)確定第二腔室4的氣體壓力，根據(jù)壓力表測算系統(tǒng)進(jìn)氣壓力30千帕，第二腔室 4的氣體壓力25千帕；(5)根據(jù)氫廢氣量及第二腔室4的氣體壓力調(diào)節(jié)單向電磁閥102的排氣頻率和排氣時(shí)間，即在25千帕壓力下，電磁閥102應(yīng)排出0. 58標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘的廢氣；(6)當(dāng)電堆50的輸出功率變化，同方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)的進(jìn)氣壓力，使系統(tǒng)進(jìn)氣壓力與氫廢氣率相適應(yīng)。
采用上述方法，即可實(shí)現(xiàn)在可控壓強(qiáng)進(jìn)氫氣工況下，利用本發(fā)明實(shí)施例二燃料電池尾氣處理器同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣的燃料電池尾氣處理。以上所述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池尾氣處理器，其特征在于，包括密封的第一腔室C3)和密封的第二腔室G)，所述第二腔室(4)與所述第一腔室( 通過通水管(10)連通，所述第二腔室(4)位于所述第一腔室(3)的上方，所述第二腔室內(nèi)設(shè)有均伸出所述第二腔室(4)外的氫氣輸入管(6)和氫氣排出管(7)，所述第一腔室C3)內(nèi)設(shè)有均伸出第一腔室C3)外的空氣進(jìn)入管(11)、空氣排出管(8)和排水管，所述通水管(10)上安裝有單向?qū)ǖ拈y，所述閥保證水只能從所述第二腔室(4)流入所述第一腔室(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池尾氣處理器，其特征在于，所述閥為氣壓控制閥 (101)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池尾氣處理器，其特征在于，所述閥為單向電磁閥 (102)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃料電池尾氣處理器，其特征在于，所述第二腔室(4)的容積小于所述第一腔室(3)的容積。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池尾氣處理器，其特征在于，包括殼體(1)，所述殼體 (1)由上蓋板( 密封，所述殼體(1)內(nèi)部為所述第一腔室(3)，所述上蓋板O)的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室G)，所述排水管固定于所述上蓋板( 上，所述排水管伸入所述第一腔室(3)的下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池尾氣處理器，其特征在于，包括殼體(1)，所述殼體 (1)由上蓋板( 密封，所述殼體(1)內(nèi)部為所述第一腔室(3)，所述上蓋板O)的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室G)，所述排水管固定于所述殼體(1)的底部。
7.一種燃料電池尾氣處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池尾氣處理器接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管(6)與電堆(50)的氫氣尾氣輸入管0 接通，將所述氫氣排出管(7)通過循環(huán)泵0 與電堆(50)的氫氣輸入管路03)接通，所述循環(huán)泵0 保證氫氣只能由所述氫氣排出管(7)進(jìn)入氫氣輸入管路(23)，將所述空氣進(jìn)入管(11)與電堆(50)的空氣尾氣排出管06)相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆(50)在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流㈧XO. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆(50)本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；(4)控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(5)根據(jù)氫廢氣量選用合適的所述氣壓控制閥(101)；(6)當(dāng)電堆(50)輸出功率變化，再次控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)。
8.一種燃料電池尾氣處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將權(quán)利要求3所述的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管(6)與電堆(50)的氫氣尾氣輸入管0 接通，將所述氫氣排出管 (7)通過循環(huán)泵05)與電堆(50)的氫氣輸入管路03)接通，所述循環(huán)泵05)保證氫氣只能由所述氫氣排出管(7)進(jìn)入氫氣輸入管路(23)，將所述空氣進(jìn)入管(11)與電堆(50)的空氣尾氣排出管06)相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中所述電堆(50)在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量 (標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流㈧X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由所述電堆(50)本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；(4)控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)；(5)根據(jù)氫廢氣量調(diào)節(jié)所述單向電磁閥(10 的排氣頻率和排氣時(shí)間；(6)當(dāng)所述電堆(50)的輸出功率變化，則利用第2步驟的公式再次計(jì)算氫氣消耗量；(7)再次控制系統(tǒng)的氫氣進(jìn)氣流量，使氫氣進(jìn)氣流量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)+氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)(8)根據(jù)再次計(jì)算得到的氫氣消耗量，根據(jù)第3步驟的氫廢氣率，算出新的氫廢氣量， 氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(ι-氫廢氣率)， 根據(jù)所述新的氫廢氣量調(diào)節(jié)所述單向電磁閥(10 排氣頻率和排氣時(shí)間。
9.一種燃料電池尾氣處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將權(quán)利要求2所述的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管(6)與電堆(50)的氫氣尾氣輸入管0 接通，將所述氫氣排出管 (7)通過循環(huán)泵05)與電堆(50)的氫氣輸入管路03)接通，所述循環(huán)泵05)保證氫氣只能由所述氫氣排出管(7)進(jìn)入氫氣輸入管路(23)，將所述空氣進(jìn)入管(11)與電堆(50) 的空氣尾氣排出管06)相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆(50)在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流XO. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆(50)本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/ (1-氫廢氣率)；(4)確定所述第二腔室的氣體壓力；(5)根據(jù)氫廢氣量及所述第二腔室(4)的氣體壓力，選擇合適的所述氣壓控制閥 (101)；(6)當(dāng)電堆(50)的輸出功率變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)氣壓力，使系統(tǒng)進(jìn)氣壓力與氫廢氣率相適應(yīng)。
10.一種燃料電池尾氣處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將權(quán)利要求3所述的燃料電池尾氣處理器采用如下方式接入燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中將所述氫氣輸入管(6)與電堆(50)的氫氣尾氣輸入管0 接通，將所述氫氣排出管 (7)通過循環(huán)泵05)與電堆(50)的氫氣輸入管路03)接通，所述循環(huán)泵05)保證氫氣只能由所述氫氣排出管(7)進(jìn)入氫氣輸入管路(23)，將所述空氣進(jìn)入管(11)與電堆(50)的空氣尾氣排出管06)相接通；(2)計(jì)算系統(tǒng)中電堆(50)在額定功率下的氫氣消耗量，計(jì)算公式氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=燃料電池電流X0. 007 X燃料電池串連個(gè)數(shù)；(3)根據(jù)氫廢氣率和氫氣消耗量計(jì)算氫廢氣量，其中氫廢氣率由電堆(50)本身特性決定，此處可以認(rèn)為是一常數(shù)，計(jì)算公式氫廢氣量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)=氫廢氣率X氫氣消耗量(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)/(1-氫廢氣率)；(4)確定所述第二腔室的氣體壓力；(5)根據(jù)氫廢氣量及所述第二腔室的氣體壓力調(diào)節(jié)所述單向電磁閥(10 的排氣頻率和排氣時(shí)間；(6)當(dāng)電堆(50)的輸出功率變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)氣壓力，使系統(tǒng)進(jìn)氣壓力與氫廢氣率相適應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池尾氣處理器，包括密封的第一腔室和密封的第二腔室，第二腔室與第一腔室通過通水管連通，第二腔室位于第一腔室的上方，第二腔室內(nèi)設(shè)有均伸出第二腔室外的氫氣輸入管和氫氣排出管，第一腔室內(nèi)設(shè)有均伸出第一腔室外的空氣進(jìn)入管、空氣排出管和排水管，通水管上安裝有單向?qū)ǖ拈y，閥保證水只能從所述第二腔室流入所述第一腔室。本發(fā)明的燃料電池尾氣處理器可以同時(shí)處理氫氣尾氣和空氣尾氣，結(jié)構(gòu)相對簡單，造價(jià)比較低廉，操作容易。
文檔編號H01M8/06GK102201588SQ20101053001
公開日2011年9月28日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者冀中華, 張平 申請人:北京萬瑞訊通科技有限公司