[发明专利]一种强化氢气安全排放的燃料电池空气供应系统

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种可强化保证氢气安全排放的燃料电池空气供应系统。

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系统可用作车、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：

在燃料电池系统运行过程中，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。因此，对于氢气，兼顾氢气利用率和电池性能，要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。当燃料电池氢气超压时，为了保证安全，也要通过电磁阀或安全阀进行氢气排放。

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，燃料电池系统排放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。

一般采取的方法是将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，简单的将加大燃料电池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，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、一种燃料电池空气供应系统，该系统包括空气供应机械、增湿器、主路调节系统、支路调节系统和氢稀释器，空气供应机械将环境空气的一部分经增湿器输入燃料电池，反应后排放的空气经增湿器流至主路调节系统，该主路调节系统的输出连接氢稀释器，空气供应机械将环境空气的另一部分经支路调节系统输入至氢稀释器。

2、一种燃料电池空气供应系统，该系统包括空气供应机械、增湿器、主路调节系统、支路调节系统和氢稀释器，空气供应机械将环境空气的一部分经增湿器输入燃料电池，反应后排放的空气经增湿器流至主路调节系统，该主路调节系统的输出连接氢稀释器，空气供应机械将环境空气的另一部分经支路调节系统与主路调节系统的输出气体混合后输入至氢稀释器。

3、一种燃料电池空气供应系统，该系统包括空气供应机械、增湿器、主路调节系统、支路调节系统和氢稀释器，空气供应机械将环境空气的一部分经增湿器输入燃料电池，反应后排放的空气经增湿器流至主路调节系统，该主路调节系统的输出连接氢稀释器，空气供应机械将环境空气的另一部分经支路调节系统与氢稀释器的输出气体混合。

所述的空气供应机械为鼓风机、空压机一类等通过调节机械运行参数便可改变气量的装置。

所述的主路调节系统和支路调节系统采用电控调节装置，可调节空气流路的流通截面来调节空气流量。

所述的增湿器为气-气换热增湿的装置，其增湿能力受气量变化影响较大。

所述的氢稀释器是氢气、空气混合稀释装置，气源为电堆尾排氢气、电堆超压排放氢气、电堆尾排空气、支路调节空气。

本发明的技术效果优点为：

(1)系统结构简单、控制灵活。

(2)支路调节空气不影响系统增湿变化，不增加增湿负荷，不影响燃料电池性能。

(3)系统控制操作空间大，降低氢尾排浓度效果显著。

附图说明

图1为本发明实施例1的流程示意图。

图2为本发明实施例2的流程示意图。

图3为本发明实施例3的流程示意图。

具体实施方式

本发明的强化保证氢气安全排放的燃料电池空气供应系统包括空气供应机械、增湿器、主路调节系统、支路调节系统以及氢稀释器。

下面结合附图对实施例作进一步说明。

实施例1