[发明专利]一种燃料电池氢气回收系统的尾气排放控制方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池氢气回收系统的尾气排放控制方法，包括以下步骤：1)开启氢气进口电磁阀并保持氢气进口管道开通，同时保持氢气出口电磁阀、单向截止阀和尾气排放电磁阀关闭，电堆开始反应；2)在一个控制周期开始时，短暂打开氢气出口电磁阀后关闭，使带有水的尾气被吹扫到气液分离器中，此时，开启氢气回收泵和单向截止阀回收气液分离器中的氢气，将回收的氢气返回到氢气入口管道内混合；3)关闭氢气回收泵和单向截止阀，在氢气出口电磁阀、氢气回收泵和单向截止阀均关闭的时间内，控制器采用多次间断式的开启方式控制尾气排放电磁阀排出尾气，直到下一个控制周期打开氢气出口电磁阀。与现有技术相比，本发明具有效率高、氢气尾气排放浓度低等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池控制领域，尤其是涉及一种燃料电池氢气回收系统的尾气排放控制方法。

背景技术

燃料电池作为一种新型的环保发电产品，具有无噪声、无污染、体积小、寿命长、能量转换率高、便于维护和成本低等优点。

电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。

燃料电池处于运行状态放电时，一般都伴随着水生成。生成的产物水可以在燃料电池的阴极区出现，也可以在燃料电池的阳极区出现。为了保证燃料电池的正常运行与性能不下降，往往需要将燃料电池内部生成的水排出，即燃料电池必须需要燃料氢气和氧化剂空气在大于1的计量比的状态下运行，这样过量的燃料氢气与过量的空气部分会携带燃料电池内部的水直接排放到电池外部。

虽然采用过量的空气携带燃料电池内部生成的水一同直接排放到燃料电池外部，是既安全又可行的；但是采用过量的燃料氢气携带燃料电池阳极区的水一同排放到燃料电池外部是不可行的，因为这样做往往会浪费掉宝贵的燃料氢气，而且氢气直接往外排放是很危险的。为了既可以将燃料氢气充分利用，又能将燃料电池内部生成的水带出，一般采用一种氢气循环泵，这种氢气循环泵设置在燃料电池氢气排出口与循环回燃料电池氢气入口之间。

专利CN101162781A提供了一种提高燃料电池运行寿命的氢气系统，包括燃料电池堆，氢气供给部分、氢气回流部分，还包括氢气吹扫部分，氢气吹扫部分由装有吹扫气体的高压吹扫气瓶、与吹扫气瓶连接的吹扫气体控制电磁阀、与吹扫气体控制电磁阀连通的减压阀、以及连接在吹扫气瓶上的单向阀组成。但是，这种系统中采用的氢气循环泵需要消耗很大的功率，降低了整个燃料电池发电系统的发电效率。而且这种氢气循环泵往往占据了整个燃料电池发电系统中很大的体积空间，并增加了重量并且噪声也较大，不适合应用于紧凑的系统中，且不适合批量生产。同时，现有的燃料电池体系中其吹扫排水效果也不理想，需要持续运行状态下排出生产的水，效率低下。

专利CN204793044U公开了一种燃料电池氢气回收系统，该系统包括燃料电池、氢气进口阀、氢气出口阀、氢气循环泵、截止阀、容器、空气压缩机、排水电磁阀、氢气入口管道、氢气出口管道、空气入口管道和空气出口管道；氢气进口阀置于氢气入口管道上，氢气出口阀置于氢气出口管道上，氢气出口阀的出口同时与氢气循环泵的入口和容器的上口相连，氢气循环泵的出口与截止阀的入口相连，截止阀的出口与氢气进口阀和燃料电池之间的氢气入口管道相连，空气压缩机置于燃料电池的空气入口管道上，排水电磁阀置于容器的排水管道上。但是该专利虽然考虑了氢气回路的氢气回收和缓冲容器中水的对外排出，但是未考虑氮气对氢气浓度的影响。实际上，在质子交换膜燃料电池中，阴极的气体如果是空气或其他含氮气成分的氧化剂，那么阴极中的氮气将渗透到阳极并逐渐积累，阴极中的氢气含量从而逐渐降低，最终导致燃料电池的性能下降，输出电力能力减小。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池氢气回收系统的尾气排放控制方法。