一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法，采用包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器和控制器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述的空氣供應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制下，工作步驟包括：空氣供應(yīng)機(jī)械產(chǎn)出的空氣量高于燃料電池穩(wěn)定可靠運(yùn)行所需的空氣量；控制空氣主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和空氣支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得流入增濕器、燃料電池電堆的空氣量和空氣壓力等滿足燃料電池穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求，使得多余的空氣通過空氣支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與氫氣尾排稀釋環(huán)節(jié)。從而進(jìn)一步降低氫氣尾排濃度，實(shí)現(xiàn)氫安全排放。
【專利說明】—種用于燃料電池的氫氣安全排放方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。它不經(jīng)過熱機(jī)過程，不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)換率高，環(huán)境友好。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)同時(shí)還具有可常溫快速啟動(dòng)、壽命長、比能量高等優(yōu)點(diǎn)。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池可用作車、船艦和新型空間飛行器等的電力系統(tǒng)，又可用作便攜式、移動(dòng)式、固定式的發(fā)電系統(tǒng)。它以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，通過電化學(xué)反應(yīng)釋放電能，產(chǎn)物為污染的水。電池反應(yīng)為:
[0003]陽極反應(yīng):H2— 2H++2e
[0004]陰極反應(yīng):l/202+2H++2e— H2O
[0005]_
[0006]電池反應(yīng):H2+02— H2O
[0007]在燃料電池運(yùn)行過程中，作為燃料的氫氣不可避免的含有一定量的雜質(zhì)，隨著電池的運(yùn)行，雜質(zhì)在電池中不斷累積，會(huì)對(duì)電池的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。兼顧氫氣利用率和電池性能，利用尾排電磁閥或調(diào)節(jié)閥對(duì)電堆內(nèi)部的氫氣進(jìn)行間歇性排放或連續(xù)排放。或因燃料電池氫氣超壓，為了保證安全，通過電磁閥或安全閥所進(jìn)行的氫氣排放。
[0008]而氫氣為易燃易爆氣體，在空氣中的爆炸極限為4%?75%，在此范圍內(nèi)的氫空混合氣遇明火或電火花均可能引發(fā)爆炸，嚴(yán)重威脅生產(chǎn)、生命安全。因此，燃料電池系統(tǒng)的尾排氫氣需要經(jīng)過處理，將其濃度降至爆炸極限以下方可排入大氣。
[0009]一般采取的方法為電堆尾排空氣與電堆尾排氫氣混合稀釋排放，但在尾排氫氣脈沖排放瞬間、尤其在燃料電池系統(tǒng)小功率運(yùn)行情況下，尾排氫氣濃度較高，為了維持燃料電池最佳工作而配給的空氣流量不足以將氫氣稀釋到爆炸極限以下，簡單的將加大空氣供應(yīng)量會(huì)降低燃料電池性能和效率，為此需要另一種安全可靠的降低氫氣尾排濃度的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明目的在于提供一種簡潔快速強(qiáng)化氫氣安全排放的空氣供應(yīng)系統(tǒng)控制方法，以解決氫尾排濃度超標(biāo)問題，為燃料電池安全運(yùn)行創(chuàng)造條件。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]1、一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，采用包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器和控制器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述的空氣供應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制下，工作步驟包括:
[0013]空氣供應(yīng)機(jī)械輸入環(huán)境空氣；
[0014]空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的一路空氣依次流經(jīng)增濕器、燃料電池電堆、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器；
[0015]空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的另一路空氣流經(jīng)支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)后進(jìn)入氫稀釋器；
[0016]控制主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得進(jìn)入燃料電池電堆的空氣量和空氣壓力等滿足燃料電池載荷穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求。
[0017]2、一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，采用包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器和控制器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述的空氣供應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制下，工作步驟包括:
[0018]空氣供應(yīng)機(jī)械輸入環(huán)境空氣；
[0019]空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的一路空氣依次流經(jīng)增濕器、燃料電池電堆、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器；
[0020]空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的另一路空氣流經(jīng)支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，與主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出氣體混合后再進(jìn)入氫稀釋器；
[0021]控制主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得進(jìn)入燃料電池電堆的空氣量和空氣壓力等滿足燃料電池載荷穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求。
[0022]3、一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，采用包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器和控制器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述的空氣供應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制下，工作步驟包括:
[0023]空氣供應(yīng)機(jī)械輸入環(huán)境空氣；
[0024]空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的一路空氣依次流經(jīng)增濕器、燃料電池電堆、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器；
[0025]空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的另一路空氣流經(jīng)支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)后與氫稀釋器的輸出氣體混合排空；
[0026]控制主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得進(jìn)入燃料電池電堆的空氣量和空氣壓力等滿足燃料電池載荷穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求。
[0027]所述的空氣供應(yīng)機(jī)械為鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)，通過調(diào)節(jié)機(jī)械運(yùn)行轉(zhuǎn)速便可改變氣量。
[0028]所述的主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)為電控調(diào)節(jié)裝置，如電動(dòng)閥門、比例調(diào)節(jié)閥等可調(diào)節(jié)空氣流路的流通截面來調(diào)節(jié)空氣流量的器件。
[0029]所述的氫稀釋器是氫氣、空氣混合稀釋裝置，氣源為電堆尾排氫氣、燃料電池系統(tǒng)超壓保護(hù)排放氫氣、電堆尾排空氣、支路調(diào)節(jié)空氣。
[0030]所述的增濕器為氣-氣換熱增濕的裝置。
[0031]所述的控制器可為一個(gè)控制器，也可為多個(gè)控制器。
[0032]所述的控制器可調(diào)控空氣供應(yīng)機(jī)械，可調(diào)控空氣主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可調(diào)控空氣支路調(diào)節(jié)系統(tǒng).。
[0033]所述的燃料電池的載荷是燃料電池0%?70%額定功率。
[0034]本發(fā)明是一種強(qiáng)化氫氣安全排放的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)控制方法，該空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器以及控制器，有機(jī)組成一體。該控制方法通過控制器使得在燃料電池中、小載荷下空氣供應(yīng)機(jī)械產(chǎn)生的空氣量高于燃料電池穩(wěn)定可靠運(yùn)行所需的空氣量；通過控制器調(diào)控主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)使得流入增濕器、燃料電池等的主路空氣氣量和空氣壓力滿足燃料電池穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求；通過控制器調(diào)控支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)使空氣供應(yīng)機(jī)械產(chǎn)生的多余的空氣通過空氣支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與氫尾排稀釋后再排空。從而加強(qiáng)對(duì)氫氣的稀釋能力，實(shí)現(xiàn)氫安全排放。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的流程示意圖。
[0036]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的流程示意圖。
[0037]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明的方法采用控制空氣供應(yīng)方式，旨在強(qiáng)化燃料電池的氫氣安全排放，該系統(tǒng)包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及氫稀釋器。
[0039]下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0040]實(shí)施例1
[0041]如圖1，空氣供應(yīng)機(jī)械11產(chǎn)生空氣分為兩路，一路經(jīng)增濕器18增濕后進(jìn)入燃料電池14發(fā)生反應(yīng)，然后再進(jìn)增濕器18進(jìn)行熱濕交換，流過主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)13后進(jìn)入氫稀釋器15 ;另一路流過支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)17直接進(jìn)入氫稀釋器15。控制器12采集燃料電池運(yùn)行電壓V、電流1、空氣流量Fto、空氣壓力以及尾排氫濃度16，分析燃料電池運(yùn)行配給氣量。根據(jù)分析結(jié)果，控制器12調(diào)控空氣供氣機(jī)械11運(yùn)行轉(zhuǎn)速r以及主路、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)(PU P2)，使得在滿足陰極空氣最佳配給供應(yīng)的情況下，多余空氣通過支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)17直接進(jìn)入氫稀釋器15，強(qiáng)化氫氣尾排稀釋能力，進(jìn)一步降低氫氣尾排濃度16。
[0042]實(shí)施例2
[0043]如圖2，空氣供應(yīng)機(jī)械21產(chǎn)生空氣分為兩路，一路經(jīng)增濕器28增濕后進(jìn)入燃料電池24發(fā)生反應(yīng)，然后再進(jìn)增濕器28進(jìn)行熱濕交換，流過主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)23后進(jìn)入氫稀釋器25 ;另一路流過支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)27，與主路尾排空氣匯合，混合后進(jìn)入氫稀釋器25。控制器22采集燃料電池運(yùn)行電壓V、電流1、空氣流量Fto、空氣壓力以及尾排氫濃度26，分析燃料電池運(yùn)行配給氣量。根據(jù)分析結(jié)果，控制器調(diào)控空氣供氣機(jī)械21運(yùn)行轉(zhuǎn)速r以及主路、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)(P1、P2)，使得在滿足陰極空氣最佳配給供應(yīng)的情況下，多余空氣流過支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)27與主路尾排空氣匯合，混合后進(jìn)入氫稀釋器25，強(qiáng)化氫氣尾排稀釋能力，進(jìn)一步降低氫氣尾排濃度。
[0044]實(shí)施例3
[0045]如圖3，空氣供應(yīng)機(jī)械31產(chǎn)生空氣分為兩路，一路經(jīng)增濕器38增濕后進(jìn)入燃料電池34發(fā)生反應(yīng)，然后再進(jìn)增濕器38進(jìn)行熱濕交換，流過主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)33后進(jìn)入氫稀釋器35 ;另一路流過支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)37，與氫稀釋器35排放氣體混合排空?？刂破?2采集燃料電池運(yùn)行電壓V、電流1、空氣流量Fto、空氣壓力以及尾排氫濃度36，分析燃料電池運(yùn)行配給氣量。根據(jù)分析結(jié)果，控制器調(diào)控空氣供氣機(jī)械31運(yùn)行轉(zhuǎn)速r以及主路、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)(P1、P2)，使得在滿足陰極空氣最佳配給供應(yīng)的情況下，多余空氣流過支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)37與氫稀釋器35排放氣體混合,強(qiáng)化氫氣尾排稀釋能力,進(jìn)一步降低氫氣尾排濃度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，采用包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器和控制器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述的空氣供應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制下，工作步驟包括: 空氣供應(yīng)機(jī)械輸入環(huán)境空氣； 空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的一路空氣依次流經(jīng)增濕器、燃料電池電堆、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器； 空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的另一路空氣流經(jīng)支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)后進(jìn)入氫稀釋器； 控制主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得進(jìn)入燃料電池電堆的空氣量和空氣壓力等滿足燃料電池載荷工況穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求。
2.一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，采用包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器和控制器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述的空氣供應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制下，工作步驟包括: 空氣供應(yīng)機(jī)械輸入環(huán)境空氣； 空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的一路空氣依次流經(jīng)增濕器、燃料電池電堆、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器； 空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的 另一路空氣流經(jīng)支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，與主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出氣體混合后再進(jìn)入氫稀釋器； 控制主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得進(jìn)入燃料電池電堆的空氣量和空氣壓力等滿足燃料電池載荷工況穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求。
3.一種用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，采用包括空氣供應(yīng)機(jī)械、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器、氫濃度傳感器和控制器的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述的空氣供應(yīng)系統(tǒng)在控制器的控制下，工作步驟包括: 空氣供應(yīng)機(jī)械輸入環(huán)境空氣； 空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的一路空氣依次流經(jīng)增濕器、燃料電池電堆、增濕器、主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氫稀釋器； 空氣供應(yīng)機(jī)械輸出的另一路空氣流經(jīng)支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)后與氫稀釋器的輸出氣體混合排空； 控制主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得進(jìn)入燃料電池電堆的空氣量和空氣壓力等滿足燃料電池載荷工況穩(wěn)定可靠運(yùn)行的要求。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，所述的控制器可為一個(gè)控制器，也可為多個(gè)控制器。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，所述的空氣供應(yīng)機(jī)械為鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)等一類裝置，通過調(diào)節(jié)機(jī)械運(yùn)行轉(zhuǎn)速便可改變氣量。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，所述的主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)和支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)為電控調(diào)節(jié)裝置，如電動(dòng)閥門、比例調(diào)節(jié)閥等可調(diào)節(jié)空氣流路的流通截面來調(diào)節(jié)空氣流量的器件。
7.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，所述的氫稀釋器是氫氣、空氣混合稀釋裝置，氣源為電堆尾排氫氣、燃料電池系統(tǒng)超壓保護(hù)排放氫氣、電堆尾排空氣、支路調(diào)節(jié)空氣。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，所述的控制器可調(diào)控空氣供應(yīng)機(jī)械，可調(diào)控空氣主路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可調(diào)控空氣支路調(diào)節(jié)系統(tǒng).。
9.如權(quán)利要求1-8中任一所述 的用于燃料電池的氫氣安全排放方法，其特征在于，所述的燃料電池載荷工況是燃料電池0%~70%額定功率。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK103474685SQ201310401333
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】郭振波, 胡軍, 林業(yè)發(fā), 陳華, 劉澍, 章波 申請(qǐng)人:上海新源動(dòng)力有限公司