专利名称：一种降低燃料电池发电系统尾排氢浓度的装置及方法
技术领域：
本发明属于氢安全领域，具体地说涉及一种降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度以达到安全排放要求的装置及方法。
背景技术：
燃料电池是一种清洁、高效的能量转换技术，受到人们广泛关注。然而，就目前的质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术而言，氢气的利用率一般必须控制在不超过95%的范围内，其余部分则会以近似纯氢的形式被排放掉。在排放瞬间遇明火或电火花作用下可能会引起爆炸，威胁人类的生命安全。因此，为安全起见，燃料电池汽车的氢气尾排需要经过处理降至爆炸极限以下后排放或者化学消除掉。燃料电池系统排放的氢气主要来自电池阳极侧。随着电池的运行，电池阳极侧含有的杂质气体会不断地累积，对电池的性能产生不利的影响。为了解决这一问题，同时又保证氢气的利用率，目前阳极侧一般采用尾端封闭，间歇式排放的方式，其实现方法是在阳极侧出口管路安装排氢电磁阀，电磁阀通常为闭合状态，以维持阳极侧氢气的反应压力。随着电池运行状态和工况的不同，电磁阀每隔一定的时间开启一次，开启一定时间后电磁阀关闭，以间歇排出阳极气体。上述燃料电池的阳极排氢方式呈现出一种脉冲的状态。由于排出的气体氢浓度高，为此，需与空气混合，以降低氢浓度。通常可将阳极排出的含氢尾气与阴极排出的空气尾气相混合。但当阳极排气量大的时候，可能造成混合气体的氢浓度超过爆炸极限，影响氢安全。
发明内容
本发明的目的在于针对上述氢安全风险，提供一种低成本的降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度以达到安全排放要求的装置及方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案—种降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的装置，包括以氢气为燃料的燃料电池，所述燃料电池具有阴极进气通道、阴极尾气排放通道、阳极进气通道和阳极尾气排放通道，所述阴极尾气排放通道和所述阳极尾气排放通道汇合构成燃料电池尾气排放通道，所述燃料电池阴极尾气排放通道上设置有一涡轮增压器。一种降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的方法，利用燃料电池阴极排放的尾气驱动设置在燃料电池阴极尾气排放通路上的涡轮增压器以吸入空气，所吸入的空气与驱动涡轮增压器后排放的尾气混合后与阳极排放的气体混合，得到氢气浓度较低的氢空混合气。根据处理的需要选择涡轮增压器，可以将所得到的氢空混合气处理至其中的氢气浓度低于爆炸极限从而直接排放。由于采用了上述技术方案，本发明方法可以有效地降低燃料电池发电系统中尾排氢气浓度，弥补空压机能力有限、仅靠阴极侧尾排空气稀释难以达到要求的缺陷；本发明的装置由阴极尾气驱动，不消耗燃料电池系统的电能，节能环保。
图1为本发明降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的装置的结构示意图。图2为本发明降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的方法的流程示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。实施例如图1所示，本发明的降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的装置，包括燃料电池100，燃料电池具有阴极进气通道110、阴极尾气排放通道120、阳极进气通道130和阳极尾气排放通道140，阴极尾气排放通道和阳极尾气排放通道汇合构成燃料电池尾气排放通道150，燃料电池阴极尾气排放通道上设置有一涡轮增压器121。图中箭头所示为气体流动方向。使用图1所示装置降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的流程如图2所示，利用燃料电池阴极排放的尾气带动设置在燃料电池阴极尾气排放通路上的涡轮增压器转动以吸入新空气，所吸入的新空气与燃料电池阴极排放的尾气混合后与阳极排放的气体混合， 得到氢气浓度较低的氢空混合气，然后排空。以某燃料电池发电系统工作在最大功率时为例阳极侧脉冲排放，氢气瞬时流量为6Nm3/h，此时阴极侧空气排量为93Nm3/h(按化学计量比为2. 5计)，如果直接氢空
混合稀释氢气，则氢气浓度为^"^xl00%=6.06%，远高于氢气爆炸极限4%。但是
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使用本发明的装置，利用阴极尾气驱动的涡轮增压器会吸入约85Nm3/h新空气，新空气与阴极尾气混合后可得空气量为93+85 = 178Nm3/h，与阳极尾气混合后，则其氢气浓度为
X100% = 3.24%，低于氢气爆炸极限4%，从而实现安全排放。
6 + 178上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的装置，包括以氢气为燃料的燃料电池， 所述燃料电池具有阴极进气通道、阴极尾气排放通道、阳极进气通道和阳极尾气排放通道， 所述阴极尾气排放通道和所述阳极尾气排放通道汇合构成燃料电池尾气排放通道，其特征在于，所述燃料电池阴极尾气排放通道上设置有一涡轮增压器。
2.一种降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的方法，其特征在于，利用燃料电池阴极排放的尾气驱动设置在燃料电池阴极尾气排放通路上的涡轮增压器以吸入空气，所吸入的空气与驱动涡轮增压器后的尾气混合后与阳极排放的气体混合，得到氢气浓度较低的氢空混合气ο
全文摘要
本发明公开了一种降低燃料电池发电系统尾排氢气浓度的装置及方法，利用燃料电池阴极排放的尾气驱动设置在燃料电池阴极尾气排放通路上的涡轮增压器以吸入空气，所吸入的空气与驱动涡轮增压器后的尾气混合后与阳极排放的气体混合，得到氢气浓度较低的氢空混合气，实现安全排放。本发明的方法工艺简单，装置成本低廉，有效了利用燃料电池系统尾排气体的能量降低尾排氢气浓度，提高了燃料电池系统安全性而不至于降低系统效率。
文档编号H01M8/04GK102456902SQ201110391790
公开日2012年5月16日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者叶威, 林业发, 胡军, 陈华, 韩亚民, 马原蔚 申请人:上海新源动力有限公司