[发明专利]一种降低燃料电池系统尾排氢气峰值浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及车用及非车用燃料电池系统尾排氢气技术，更具体地说，是涉及一种降低车用及非车用燃料电池系统尾排氢气峰值浓度氢气爆炸极限，以达到安全排放要求的方法。

背景技术

燃料电池作为一种清洁、高效的能量转换技术，在近年来受到人们的广泛关注。其中应用最广泛的质子交换膜燃料电池简称PEMFC，使用氢气作为阳极燃料，氢气利用率一般必须控制在95%范围内，其余部分则以纯氢气或氢气与水蒸气等的混合气等形式作为尾气排放掉。而氢气为易燃易爆气体，在空气中的爆炸极限为4%-74.2%，在此范围内的氢空混合气遇明火或电火花均可能爆炸，威胁生产和生命安全。因此，为安全起见，燃料电池系统的氢气尾排需要经过一定处理，将其浓度降低至爆炸极限以下方可排入大气。

在使用氢气的燃料电池系统中，通入阳极作为燃料的氢气不可避免的含有一定杂质，随着电池的运行，杂质在阳极侧不断积累，会对电池的性能产生不利影响。为了在保证氢气利用率的前提下解决这种问题，一般在燃料电池系统的阳极尾端加装电磁阀，电磁阀通常封闭，以保持阳极侧的反应压力，根据不同的电池运行状态和工况，电磁阀隔一定时间开启一次，开启一定时间后关闭，脉冲排放阳极气体；或在燃料电池运行过程中，采用脉冲排放与连续排放方式相结合的方式排出氢气，即一个或多个氢气排放口连续排放氢气，另外有一个或多个氢气排放口脉冲排放氢气。

上述燃料电池的阳极氢气排放量整体呈现一种脉冲变化的状态。由于排出的气体含氢浓度高，为此须经处理消除危险后才能排放。一般采取的方法为将阳极富氢尾气与阴极排放的空气尾气混合后再排放。但排放量脉冲变化的阳极尾气在脉冲排放瞬间氢气流量较大，为了维持燃料电池最佳工作状态而配给的空气流量不足以将氢气稀释到爆炸极限以下，简单的采取将阴极空气量加大到的方法又会影响燃料电池的性能，降低燃料电池系统的效率。因此，需采取一定的方法降低尾排氢气的峰值浓度以达到安全标准。

发明内容

本发明的目的在于针对燃料电池发电系统上述氢安全风险和性能之间的矛盾，在不更改系统基本工况的前提下，提供一种简单、有效、低成本的降低燃料电池系统尾排氢气峰值浓度的方法，以达到安全排放标准。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种降低燃料电池系统尾排氢气峰值浓度的方法，该方法的具体步骤为：

A.氢气缓释步骤：燃料电池系统的空气通过阴极尾排出口并由空气导流管连续稳定排放至氢气缓释腔内；燃料电池系统的氢气通过阳极尾排出口并由氢气导流管排放至氢气缓释腔内，由上述氢气缓释腔内的空气对其进行缓释；

所述燃料电池系统的氢气排放采用脉冲排放的方式或者连续排放与脉冲排放相结合的方式；

所述氢气缓释腔的容积与阳极尾排出口每个脉冲排出周期内排出的氢气体积之比大于等于0.5，这样才能保证经过混合腔排出的尾气氢气最高浓度低于氢气的爆炸极限4%。

B.缓释气体的吹扫步骤；氢气被缓释后的缓释气体从氢气缓释腔排入混合腔后，由燃料电池系统的阴极尾排出口引出的另一路吹扫空气对上述缓释气体进行连续稳定的吹扫，进一步稀释缓释气体中的氢气浓度，并使其从混合腔的排出口排出。

所述氢气缓释腔设于混合腔内，所述氢气缓释腔的内端封闭，所述氢气缓释腔的外端开口，所述氢气导流管的排出口以及空气导流管的排出口分别设于氢气缓释腔的内端，由空气导流管连续稳定排出的空气对氢气导流管排出的氢气缓释后推动缓释气体流向混合腔；所述混合腔与所述氢气缓释腔的连通口设于氢气缓释腔靠近外端开口的侧壁上；

所述吹扫空气从氢气缓释腔的外端开口进入，部分吹扫空气沿氢气缓释腔的轴线吹向氢气缓释腔的内端，其余吹扫空气则对混合腔与氢气缓释腔的连通口处进行吹扫。

所述氢气缓释腔设于混合腔的空气入口端的外侧，所述氢气导流管的排出口以及空气导流管的排出口分别与氢气缓释腔的外端相通，所述氢气缓释腔的内端与混合腔相通；由空气导流管连续排出的空气对氢气导流管排出的氢气缓释后推动缓释气体流向混合腔；

吹扫空气从混合腔的空气入口端排入混合腔。