專利名稱：一種降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫濃度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氫安全領(lǐng)域，具體地說涉及一種降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度以達(dá)到安全排放要求的裝置及方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種清潔、高效的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，受到人們廣泛關(guān)注。然而，就目前的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)技術(shù)而言，氫氣的利用率一般必須控制在不超過95%的范圍內(nèi)，其余部分則會(huì)以近似純氫的形式被排放掉。在排放瞬間遇明火或電火花作用下可能會(huì)引起爆炸，威脅人類的生命安全。因此，為安全起見，燃料電池汽車的氫氣尾排需要經(jīng)過處理降至爆炸極限以下后排放或者化學(xué)消除掉。燃料電池系統(tǒng)排放的氫氣主要來自電池陽極側(cè)。隨著電池的運(yùn)行，電池陽極側(cè)含有的雜質(zhì)氣體會(huì)不斷地累積，對(duì)電池的性能產(chǎn)生不利的影響。為了解決這一問題，同時(shí)又保證氫氣的利用率，目前陽極側(cè)一般采用尾端封閉，間歇式排放的方式，其實(shí)現(xiàn)方法是在陽極側(cè)出口管路安裝排氫電磁閥，電磁閥通常為閉合狀態(tài)，以維持陽極側(cè)氫氣的反應(yīng)壓力。隨著電池運(yùn)行狀態(tài)和工況的不同，電磁閥每隔一定的時(shí)間開啟一次，開啟一定時(shí)間后電磁閥關(guān)閉，以間歇排出陽極氣體。上述燃料電池的陽極排氫方式呈現(xiàn)出一種脈沖的狀態(tài)。由于排出的氣體氫濃度高，為此，需與空氣混合，以降低氫濃度。通常可將陽極排出的含氫尾氣與陰極排出的空氣尾氣相混合。但當(dāng)陽極排氣量大的時(shí)候，可能造成混合氣體的氫濃度超過爆炸極限，影響氫安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述氫安全風(fēng)險(xiǎn)，提供一種低成本的降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度以達(dá)到安全排放要求的裝置及方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的裝置，包括以氫氣為燃料的燃料電池，所述燃料電池具有陰極進(jìn)氣通道、陰極尾氣排放通道、陽極進(jìn)氣通道和陽極尾氣排放通道，所述陰極尾氣排放通道和所述陽極尾氣排放通道匯合構(gòu)成燃料電池尾氣排放通道，所述燃料電池陰極尾氣排放通道上設(shè)置有一渦輪增壓器。一種降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的方法，利用燃料電池陰極排放的尾氣驅(qū)動(dòng)設(shè)置在燃料電池陰極尾氣排放通路上的渦輪增壓器以吸入空氣，所吸入的空氣與驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器后排放的尾氣混合后與陽極排放的氣體混合，得到氫氣濃度較低的氫空混合氣。根據(jù)處理的需要選擇渦輪增壓器，可以將所得到的氫空混合氣處理至其中的氫氣濃度低于爆炸極限從而直接排放。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明方法可以有效地降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中尾排氫氣濃度，彌補(bǔ)空壓機(jī)能力有限、僅靠陰極側(cè)尾排空氣稀釋難以達(dá)到要求的缺陷；本發(fā)明的裝置由陰極尾氣驅(qū)動(dòng)，不消耗燃料電池系統(tǒng)的電能，節(jié)能環(huán)保。


圖1為本發(fā)明降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明的降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的裝置，包括燃料電池100，燃料電池具有陰極進(jìn)氣通道110、陰極尾氣排放通道120、陽極進(jìn)氣通道130和陽極尾氣排放通道140，陰極尾氣排放通道和陽極尾氣排放通道匯合構(gòu)成燃料電池尾氣排放通道150，燃料電池陰極尾氣排放通道上設(shè)置有一渦輪增壓器121。圖中箭頭所示為氣體流動(dòng)方向。使用圖1所示裝置降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的流程如圖2所示，利用燃料電池陰極排放的尾氣帶動(dòng)設(shè)置在燃料電池陰極尾氣排放通路上的渦輪增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)以吸入新空氣，所吸入的新空氣與燃料電池陰極排放的尾氣混合后與陽極排放的氣體混合， 得到氫氣濃度較低的氫空混合氣，然后排空。以某燃料電池發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率時(shí)為例陽極側(cè)脈沖排放，氫氣瞬時(shí)流量為6Nm3/h，此時(shí)陰極側(cè)空氣排量為93Nm3/h(按化學(xué)計(jì)量比為2. 5計(jì))，如果直接氫空
混合稀釋氫氣，則氫氣濃度為^"^xl00%=6.06%，遠(yuǎn)高于氫氣爆炸極限4%。但是
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使用本發(fā)明的裝置，利用陰極尾氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器會(huì)吸入約85Nm3/h新空氣，新空氣與陰極尾氣混合后可得空氣量為93+85 = 178Nm3/h，與陽極尾氣混合后，則其氫氣濃度為
X100% = 3.24%，低于氫氣爆炸極限4%，從而實(shí)現(xiàn)安全排放。
6 + 178上述實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的裝置，包括以氫氣為燃料的燃料電池， 所述燃料電池具有陰極進(jìn)氣通道、陰極尾氣排放通道、陽極進(jìn)氣通道和陽極尾氣排放通道， 所述陰極尾氣排放通道和所述陽極尾氣排放通道匯合構(gòu)成燃料電池尾氣排放通道，其特征在于，所述燃料電池陰極尾氣排放通道上設(shè)置有一渦輪增壓器。
2.一種降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的方法，其特征在于，利用燃料電池陰極排放的尾氣驅(qū)動(dòng)設(shè)置在燃料電池陰極尾氣排放通路上的渦輪增壓器以吸入空氣，所吸入的空氣與驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器后的尾氣混合后與陽極排放的氣體混合，得到氫氣濃度較低的氫空混合氣ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低燃料電池發(fā)電系統(tǒng)尾排氫氣濃度的裝置及方法，利用燃料電池陰極排放的尾氣驅(qū)動(dòng)設(shè)置在燃料電池陰極尾氣排放通路上的渦輪增壓器以吸入空氣，所吸入的空氣與驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器后的尾氣混合后與陽極排放的氣體混合，得到氫氣濃度較低的氫空混合氣，實(shí)現(xiàn)安全排放。本發(fā)明的方法工藝簡單，裝置成本低廉，有效了利用燃料電池系統(tǒng)尾排氣體的能量降低尾排氫氣濃度，提高了燃料電池系統(tǒng)安全性而不至于降低系統(tǒng)效率。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102456902SQ201110391790
公開日2012年5月16日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者葉威, 林業(yè)發(fā), 胡軍, 陳華, 韓亞民, 馬原蔚 申請人:上海新源動(dòng)力有限公司