CN108493467B - 一种控制燃料电池尾气含氢量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制燃料电池尾气含氢量的装置，其包括：氢气稀释装置、缓冲装置和控制器；氢气稀释装置包括第一稀释气体管路，沿所述管路依次设置有第一调速阀、燃料电池的尾气排放端口、第一传感器、缓冲装置的进口端、第二调速阀、缓冲装置的出口端和第二传感器；缓冲装置连通有第二稀释气体管路，进口端有截止阀；所述控制器根据第一传感器和第二传感器的检测值控制所述第一调速阀、第二调速阀和截止阀的开度。本发明提供的控制燃料电池尾气含氢量的装置，可以利用缓冲装置将浓度过高的混合气体暂时收集并继续稀释，保证最终排出的气体含氢量始终低于爆炸极限。

Description

一种控制燃料电池尾气含氢量的装置
技术领域
本发明涉及控制气体含氢量装置领域，尤其是一种带有缓冲器的控制燃料电池尾气含氢量的装置。
背景技术
燃料电池是将化学能转换为电能的发电装置。其阳极通入氢气，阴极通入含氧气体，阴阳极间是质子交换膜作为电解质。电子经外电路运动，并形成电流。氢氧元素则结合形成水。
随着燃料电池的运行，水堆积会越来越多，因此需要排出，在排出的时候同时会排出一些氢气。氢气作为一种可燃气体，其爆炸极限为4%~74%。因此需要将排出的氢气浓度降到4%以下才会避免危险。
燃料电池排气是一种间隔式排气，稳定运行时，一段时间内总排氢量也是稳定的。因此只需不断地在排出的氢气中混入非可燃气体，使混合气体含氢量稀释到爆照极限下限之下即可。但是，当燃料电池输出功率短时加大（比如燃料电池汽车加速时），氢气排放频率会变快。短时间内氢气浓度会急剧上升。
现有技术是在排气管处加装浓度传感器测量氢气浓度，当氢气浓度上升时，控制器加大稀释气体的流量。但是浓度突然上升时，这种方式只能控制后续的气体含氢量合格。前端浓度过高的气体可能已经排出，造成隐患。
有一些技术在主管路增加回廊、挡板等，其实质只是使氢气稀释的更均匀，对浓度的抑制依旧只能靠增大稀释气体的气量，且只能控制后续气体合格。
还有一些采取催化反应的方式去除，但也不能解决氢气排放量突然增大时，排出气体的氢气浓度高的问题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种含有缓冲部件的控制燃料电池尾气含氢量的装置。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种控制燃料电池尾气含氢量的装置，其包括：氢气稀释装置、缓冲装置和控制器；所述氢气稀释装置包括第一稀释气体管路，所述第一稀释气体管路上依次设置有第一调速阀、第二调速阀，所述第一稀释气体管路的第一端与稀释气体供给装置连通，另一端敞开设置；
燃料电池的尾气排放端口与第一稀释气体管路连通，两者的连通处为第一接口，所述第一接口位于第一调速阀和第二调速阀之间，且所述第一接口与第二调速阀之间的距离大于所述第一接口与第一调速阀之间的距离；所述缓冲装置的进口端与第一稀释气体管路连通，两者的连通处为第二接口，第二接口位于第一接口和第二调速阀之间；所述缓冲装置的进口端还包括一个截止阀；所述缓冲装置的出口端与第一稀释气体管路连通，两者的连通处为第三接口，所述第三接口位于第二调速阀的后部；
还包括与缓冲装置连通的第二稀释气体管路；还包括与控制器连接的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设置在第一接口和第二接口之间，第二接口在第一传感器和第二调速阀之间，所述第三接口在第二调速阀和第二传感器之间，第一传感器与所述尾气排放端口之间的距离大于第一传感器与第二调速阀之间的距离，所述第二传感器设置在第三接口的后部，所述控制器根据第一传感器和第二传感器的检测值控制所述第一调速阀、第二调速阀和截止阀的开度。
优选的，所述缓冲装置的出口包括一个单向阀，流向为所述缓冲装置流向所述第一稀释气体管路。
优选的，所述第二稀释气体管上设置有第三调速阀，所述第三调速阀与控制器电连接。
优选的，所述截止阀处还并联一个泄压阀。
优选的，所述缓冲装置的内部设置有第三传感器，所述第三传感器与所述控制器连接，所述第三传感器功能包括测量氢气浓度。
进一步的，所述缓冲装置包括缓冲罐，所述缓冲罐内设置有多个挡板，多个挡板将缓冲罐内的空间分割成迂回的通道。
优选的，还包括报警装置，所述报警装置与控制器连接，当第一传感器和/或第二传感器的检测值超过预设值时，所述控制器控制报警装置发出报警信息。
进一步的，所述报警装置为警示灯和/或蜂鸣器。
优选的，所述第一接口处设置有挡板，防止尾气逆流。
本发明还提供了一种燃料汽车，包括如前述方案所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置。
（三）有益效果
本发明提供的控制燃料电池尾气含氢量的装置，通过增加缓冲装置，可以将浓度过高的混合气体暂时收集并继续稀释，保证最终排出的气体含氢量始终低于爆炸极限。
溢流阀的设置可以在意外情况发生时保护管路。并且还可以通过报警装置向使用者提供设备的运行信息。
单向阀、挡板等的设计更好的矫正气流流向，还有助于混合气体混合冲分。
本发明提供的汽车，其尾气含氢浓度低于氢气的爆炸极限，保证了信使安全。
附图说明
图1为一种控制燃料电池尾气含氢量的装置的原理图。
图2为另一种控制燃料电池尾气含氢量的装置的原理图。
【附图标记说明】
1：尾气排放端口；2：第一稀释气体管路；2a：第二稀释气体管路；3：第一调速阀；4：控制器；5：第一传感器；5a：第二传感器；5b：第三传感器；6：第二调速阀；7：缓冲罐；71：截止阀；72：单向阀；73：第三调速阀；74：泄压阀。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
图1显示了一种排气装置，包括第一稀释气体管路2。所述第一稀释气体管路2的主通道被第二调速阀6隔成两段，尾气排放端口1连接在主通道的第一段，优选的与第二调速阀6相距较远。第一传感器5距离所述尾气排放端口1较远同时距第二调速阀6较近。第二传感器5a在主通道的第二段。
缓冲罐7的进口端第一稀释气体管路2连通，两者的连通处为第二接口，第二接口在第一传感器5和第二调速阀6之间，出口端与第一稀释气体管路连通，两者的连通处为第三接口，所述第三接口在第二调速阀6和第二传感器5a之间。缓冲罐7内部空间较大，其进口和出口在相距较远的两端。缓冲罐7进口的一端还连接有第二稀释气体管2a。
所述主通道与各部件的位置关系，是指沿着主通道气流路线而言。当主通道的气流路线是往复或是弯折时，所述远、近、之间等，不是指各部件实际的位置，而是指沿气流路线上的位置。
第一稀释气体管2的入口安装有第一调速阀3；缓冲罐7的入口安装有截止阀71。
第一传感器5、第二传感器5a、第一调速阀3、第二调速阀6和截止阀71分别连接控制器4。第一传感器5和第二传感器5a可以将测得的氢气浓度数据传递给所述控制器4，所述控制器4可以控制第一调速阀3、第二调速阀6和截止阀71。
第一调速阀3控制第一稀释气体管2的进气量，优选的，正常较小，可以增大；第二调速阀6控制主通道第一段向第二段流动的气体流量，优选的，通常较大，最小可以关闭；截止阀71控制主通道第一段流向缓冲罐7的气体流量，通常为关，可开启。
正常工作时，氢气从尾气排放端口1进入主通道，稀释气体从第一稀释气体管2进入主管道，稀释气体的量远大于氢气的量，二者在主管道的第一段混合，混合后氢气的浓度低于爆炸极限的下限4%。所述稀释气体可以是燃料电池阴极废气，也可以是压缩空气或其他非可燃气体。
混合气体流动到传感器5处，测得的浓度数值传输给控制器4。由于浓度满足要求，截止阀71关闭，第二调速阀6开启，混合气体流入主通道第二段，进而从主通道出口排出。可想见的，第二传感器5a测得的数值也满足要求。
优选的，可以在控制器4内设置一个比安全浓度小的多的浓度，如2%。尾气排放端口1通入一次含氢废气，在第一稀释气体管2的通入的稀释气体作用下，主通道第一段内混合气体的氢气浓度可以降到4%，此时尾气排放端口1已经不通入气体了，但第一稀释气体管2继续通入稀释气体。当第一传感器5检测到的主通道第一段内混合气体的氢气浓度数值低于设定的2%时，第一稀释气体管2也可以不通入气体。
当尾气排放端口1又开始通入含氢废气时，第一传感器5检测到的主通道第一段内混合气体的氢气浓度数值高于设定的2%，所述第一稀释气体管2就可以开始通入稀释气体。并且，第一传感器5检测到的数值越高，控制器4就通过第一调速阀3把第一稀释气体管2的流速调的越高。
如果氢气的排放频率突然升高，短时间大量气体进入主通道第一段，这时第一稀释气体管2提供的气体不足以稀释氢气的浓度至爆炸极限之下，混合气体经过传感器5时，测得的数值实时传递给控制器4。由于数值超差，控制器4控制第二调速阀6关闭，同时打开截止阀71，浓度较高的混合气体则进入缓冲罐7。与此同时，调控第一调速阀3使第一稀释气体管2的进气量保持最大。
随着第一稀释气体管2的进气量的增大，主通道第一段内的混合气体含氢量下降到合适数值。此时打开第二调速阀6并关闭截止阀71。主通道第一段内浓度合格的混合气体通过第二调速阀6进入主通道的第二段。
进入缓冲罐7内的氢气流被缓冲罐7内的气体稀释，同时第二稀释气体管2a向缓冲罐7内通入缓冲气体。缓冲罐7内的混合气体从其出口流进主通道的第二段。此时，第二传感器5a测得的氢气浓度低于第一传感器5测得的数值。
随着第二稀释气体管2a不断向缓冲罐7内通气，缓冲罐7内氢气浓度降至几乎为零。第二传感器5a测得的数值远小于第一传感器5测得的数值。优选的，可以给此时两个传感器数值之差设定为一个阈值。当差值大于或等于所述阈值时，第二稀释气体管2a停止通入气体。
随后整个控制燃料电池尾气含氢量的装置回到了正常工作状态，以备下一次尾气排放端口1的密集排气。
实施例2
如图2所示的一种控制燃料电池尾气含氢量的装置，其还包括单向阀72、第三调速阀73，泄压阀74和第三传感器5b。
所述单向阀72设置在缓冲罐7的出口，流向为缓冲罐指向主通道。单向阀72的设置，是为了防止当第二稀释气体管2a停止通气时，主通道第二段内的含氢气体散逸到缓冲罐7内。
当正常工作时，氢气从尾气排放端口1进入主通道，稀释气体从第一稀释气体管2进入主管道，稀释气体的量远大于氢气的量，二者在主管道的第一段混合，混合后氢气的浓度低于爆炸极限的下限4%。所述稀释气体可以是燃料电池阴极废气，也可以是压缩空气或其他非可燃气体。
混合气体流动到传感器5处，测得的浓度数值传输给控制器4。由于浓度满足要求，保持截止阀71关闭，保持第二调速阀6开启，同时气压不足以使泄压阀74开启。混合气体流入主通道第二段，进而从主通道出口排出。可想见的，第二传感器测得的数值也满足要求。
如果氢气的排放频率突然升高，短时间大量气体进入主通道第一段，这时第一稀释气体管2提供的气体不足以稀释氢气的浓度至爆炸极限之下，混合气体经过传感器5时，测得的数值实时传递给控制器4。由于数值超差，传感器4控制第二调速阀6关闭，同时打开截止阀71，浓度较高的混合气体则进入缓冲罐7。与此同时，调控第一调速阀3使第一稀释气体管2的进气量保持最大。
控制器4根据传感器5传来的氢气浓度数据，控制第三调速阀73调节第二稀释气体管2a内的气体流速。传感器5测量的浓度越高，第二稀释气体管2a的流速越高。截止阀71和第二稀释气体管2a都在缓冲罐7的第一端，主通道第一段的混合空气和第二稀释气体管2a通入的稀释气体在缓冲罐7的第一端混合。缓冲罐7的出口在第二端，缓冲罐7内的氢气浓度几乎为零的气体先被挤出，随后第一端的混合气体流动到第二端，随后通过单向阀72流入主通道第二段。
第三传感器5b设置在缓冲罐7的中部，将测量到的缓冲罐7内气体的含氢浓度数据传递给控制器4。
正常情况，基于第一传感器5的浓度数据值、第一传感器5的浓度数据变化速率和第一稀释气体管2的流量，就可以通过第三调速阀73调节第二稀释气体管2a的流量。此时第三传感器5b的数据可有可无，可做控制第三调速阀73的参考。
特殊时，比如如果第二调速阀6意外关闭，主通道第一段的压力升高，触发泄压阀74开启，主通道第一段内的混合气体通过泄压阀74流入缓冲罐7。第三传感器5b的数据与第一传感器5的数据差值小于正产情况时的差值（可设置为第二阈值），这时控制第三调速阀73加大第二稀释气体管2a的流量。
当三个传感器的数值不处于正常工作时的值（第三传感器5b的数值几乎为零，第一传感器5的数值在设定区间内反复波动，第二传感器5a的数值与第一传感器5相等且延时），也不处于尾气排放端口1突然加大流量时的连续变化值时，可以通过控制器4提供检修信号或报警信号。控制器4连通的报警装置可以是警示灯或蜂鸣器。
实施例3
一种汽车，包括如图2所示的控制燃料电池尾气含氢量的装置。尾气排放端口1与第一稀释气体管路2连接处为第一接口，第一接口处有回风挡板，防止含氢尾气在稀释气体的气流作用下逆流。
缓冲罐7内部设置有多个挡板，将缓冲罐7内空间分割成迂回的通道，可以使气体更好的混合。
上实施例仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于，包括：氢气稀释装置、缓冲装置和控制器；
所述氢气稀释装置包括第一稀释气体管路，所述第一稀释气体管路上依次设置有第一调速阀、第二调速阀，所述第一稀释气体管路的第一端与稀释气体供给装置连通，另一端敞开设置；
燃料电池的尾气排放端口与第一稀释气体管路连通，两者的连通处为第一接口，所述第一接口位于第一调速阀和第二调速阀之间，且所述第一接口与第二调速阀之间的距离大于所述第一接口与第一调速阀之间的距离；
所述缓冲装置的进口端与第一稀释气体管路连通，两者的连通处为第二接口，第二接口位于第一接口和第二调速阀之间；所述缓冲装置的进口端还包括一个截止阀；
所述缓冲装置的出口端与第一稀释气体管路连通，两者的连通处为第三接口，所述第三接口位于第二调速阀的后部；
还包括与缓冲装置连通的第二稀释气体管路；
还包括与控制器连接的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设置在第一接口和第二接口之间，第二接口在第一传感器和第二调速阀之间，所述第三接口在第二调速阀和第二传感器之间，第一传感器与所述尾气排放端口之间的距离大于第一传感器与第二调速阀之间的距离，所述第二传感器设置在第三接口的后部。
2.如权利要求1所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：所述缓冲装置的出口包括一个单向阀，流向为所述缓冲装置流向所述第一稀释气体管路。
3.如权利要求1所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：所述第二稀释气体管上设置有第三调速阀，所述第三调速阀与控制器电连接。
4.如权利要求1所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：所述截止阀处还并联一个泄压阀。
5.如权利要求1所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：所述缓冲装置的内部设置有第三传感器，所述第三传感器与所述控制器连接，所述第三传感器功能包括测量氢气浓度。
6.根据权利要求1或5所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：所述缓冲装置包括缓冲罐，所述缓冲罐内设置有多个挡板，多个挡板将所述缓冲罐内的空间分割成迂回的通道。
7.根据权利要求1所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：还包括报警装置，所述报警装置与所述控制器连接，当第一传感器和/或第二传感器的检测值超过预设值时，所述控制器控制报警装置发出报警信息。
8.根据权利要求7所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：所述报警装置为警示灯和/或蜂鸣器。
9.根据权利要求1所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置，其特征在于：所述第一接口处设置有挡板，防止尾气逆流。
10.一种燃料汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的控制燃料电池尾气含氢量的装置。
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