[发明专利]一种用于燃料电池的氢气安全排放方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种用于燃料电池的氢气安全排放方法。

背景技术

燃料电池是一种将化学能通过电化学反应直接转变为电能的发电装置。它不经过热机过程，不受卡诺循环限制，能量转换率高，环境友好。其中，质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）同时还具有可常温快速启动、寿命长、比能量高等优点。因此，质子交换膜燃料电池可用作车、船舰和新型空间飞行器等的电力系统，又可用作便携式、移动式、固定式的发电系统。它以氢气为燃料，氧气为氧化剂，通过电化学反应释放电能，产物为污染的水。电池反应为：

阳极反应：H₂→2H⁺+2e

阴极反应：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

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电池反应：H₂+O₂→H₂O

在燃料电池运行过程中，作为燃料的氢气不可避免的含有一定量的杂质，随着电池的运行，杂质在电池中不断累积，会对电池的性能产生负面影响。兼顾氢气利用率和电池性能，利用尾排电磁阀或调节阀对电堆内部的氢气进行间歇性排放或连续排放。或因燃料电池氢气超压，为了保证安全，通过电磁阀或安全阀所进行的氢气排放。

而氢气为易燃易爆气体，在空气中的爆炸极限为4%～75%，在此范围内的氢空混合气遇明火或电火花均可能引发爆炸，严重威胁生产、生命安全。因此，燃料电池系统的尾排氢气需要经过处理，将其浓度降至爆炸极限以下方可排入大气。

一般采取的方法为电堆尾排空气与电堆尾排氢气混合稀释排放，但在尾排氢气脉冲排放瞬间、尤其在燃料电池系统小功率运行情况下，尾排氢气浓度较高，为了维持燃料电池最佳工作而配给的空气流量不足以将氢气稀释到爆炸极限以下，简单的将加大空气供应量会降低燃料电池性能和效率，为此需要另一种安全可靠的降低氢气尾排浓度的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种简洁快速强化氢气安全排放的空气供应系统控制方法，以解决氢尾排浓度超标问题，为燃料电池安全运行创造条件。

本发明的技术方案是：

1、一种用于燃料电池的氢气安全排放方法，其特征在于，采用包括空气供应机械、增湿器、主路调节系统、支路调节系统、氢稀释器、氢浓度传感器和控制器的空气供应系统，所述的空气供应系统在控制器的控制下，工作步骤包括：

空气供应机械输入环境空气；

空气供应机械输出的一路空气依次流经增湿器、燃料电池电堆、增湿器、主路调节系统、氢稀释器；

空气供应机械输出的另一路空气流经支路调节系统后进入氢稀释器；

控制主路调节系统和支路调节系统，使得进入燃料电池电堆的空气量和空气压力等满足燃料电池载荷稳定可靠运行的要求。

2、一种用于燃料电池的氢气安全排放方法，其特征在于，采用包括空气供应机械、增湿器、主路调节系统、支路调节系统、氢稀释器、氢浓度传感器和控制器的空气供应系统，所述的空气供应系统在控制器的控制下，工作步骤包括：

空气供应机械输入环境空气；

空气供应机械输出的一路空气依次流经增湿器、燃料电池电堆、增湿器、主路调节系统、氢稀释器；

空气供应机械输出的另一路空气流经支路调节系统，与主路调节系统输出气体混合后再进入氢稀释器；

控制主路调节系统和支路调节系统，使得进入燃料电池电堆的空气量和空气压力等满足燃料电池载荷稳定可靠运行的要求。

3、一种用于燃料电池的氢气安全排放方法，其特征在于，采用包括空气供应机械、增湿器、主路调节系统、支路调节系统、氢稀释器、氢浓度传感器和控制器的空气供应系统，所述的空气供应系统在控制器的控制下，工作步骤包括：

空气供应机械输入环境空气；

空气供应机械输出的一路空气依次流经增湿器、燃料电池电堆、增湿器、主路调节系统、氢稀释器；

空气供应机械输出的另一路空气流经支路调节系统后与氢稀释器的输出气体混合排空；

控制主路调节系统和支路调节系统，使得进入燃料电池电堆的空气量和空气压力等满足燃料电池载荷稳定可靠运行的要求。

所述的空气供应机械为鼓风机或空压机，通过调节机械运行转速便可改变气量。