用于燃料电池系统的氢气稀释设备技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其包括具有空气入口、空气出口和位于空气入口和空气出口之间的一长度的空气尾排管路(10)，其中，氢气稀释管路(20)能插入空气尾排管路内，以使得空气尾排管路(10)内空气与氢气稀释管路内的待稀释的氢气流体连通，氢气稀释管路至少包括在空气尾排管路(10)内沿其长度延伸的管路部分(30)。借助于本实用新型专利技术的氢气稀释设备，可简化燃料电池系统的设计、减少零部件的个数，从而降低系统的成本和重量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于燃料电池系统、尤其是用于质子交换膜型燃料电池系统的氢气稀释设备。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置，其作为一种清洁、高效的能量转换技术，在近年来受到人们的广泛关注，在车辆、备用电源等领域得到了广泛的应用。质子交换膜燃料电池由于其启动快，运行温度低属于燃料电池中应用最广泛的一种。质子交换膜型燃料电池以氢气为燃料，在实际使用时，为了排放从阴极侧反扩散至阳极的水汽和氮气，阳极侧需要根据氢气浓度的情况，定期的排放尾气，这一方面会造成氢气的浪费。而另一方面，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，为了安全起见，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。所以，也要对排放的气体进行稀释，以防止氢气浓度超标。为了防水防尘，燃料电池模块一般会通过密封罩将其进行封装。但是，由此带来的问题是，由于氢气的强渗透性，会从燃料电池模块泄露至密封罩内，造成氢气的累积效应，需要对密封罩内的氢气进行稀释。此外，燃料电池反应生成的水蒸气，也会渗透至密封罩内累积，如果不及时吹扫，也会造成模块内绝缘值的降低。为了降低氢气尾排的浓度，燃料电池相关的企业和研究机构进行了相关氢气稀释的开发。例如，根据一种已知的降低燃料电池系统尾排氢气峰值浓度的方法。如图1A中所示，首先，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；然后，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。又已知通过设计专门的氢气稀释器，来对尾排的氢气进行稀释。例如，如图1B中所示，一种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、支路调节系统和氢稀释器。该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所述增湿器流至所述的主路调节系统。该主路调节系统的输出连接氢稀释器；所述空气供应机械将环境空气的另一部分经所述支路调节系统输入至所述氢稀释器。还已知针对客车设计了一款用于燃料电池客车排放的氢气的浓度稀释装置。如图1C中所示，该装置包括光电接收器、光电接近开关、风扇、两张防静电网、氢气管路、释装置主体、多块挡板、电磁阀、风扇故障检测器组成。稀释装置主体为两端开口的壳体，两张防静电网与稀释装置主体两端的内壁相连。多块半圆形挡板安装在稀释装置主体内，该风扇安装在稀释装置主体入口处，该光电接收器安装在风扇电机中心轴上，该光电接近开关安装在风扇外壳上面并与风扇故障检测器相连，氢气管路与稀释装置主体空气入口端处的氢气入口相连通，并通过电磁阀与排放的氢气管相连。另外，还已知一种燃料电池系统，其具备排气处理装置，其将从该燃料电池排出的阴极废气及阳极废气混合稀释；排出气体配管，其中流通从所述排气处理装置排出的排出气体；特定气体浓度传感器，其测定所述排出气体中的特定气体的浓度；流路截面积增大部，其设于所述排气处理装置和所述特定气体浓度传感器之间，具有比所述排出气体配管大的流路截面积。如图1D中所示，由于在稀释器的尾端增加了浓度传感器，并在该位置增加了管路的横截面积，从而更有利于尾气氢气的监测和稀释。然而，目前的燃料电池系统尾排的稀释方式主要是通过设计专门的稀释器或系统的旁路来实现，这增加了系统的重量、成本和复杂度。此外，目前的稀释方法主要是针对燃料电池尾排的稀释，却缺少对燃料电池模块密封罩内的稀释技术。
技术实现思路
根据本技术，不管是对燃料电池的尾排气体，还是对燃料电池模块密封罩都能够使氢气和水蒸气进行稀释，以保证燃料电池的正常安全运行。为此，本技术提供一种用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其包括具有空气入口、空气出口和处于所述空气入口和所述空气出口之间的一长度的空气尾排管路，其中，氢气稀释管路能插入所述空气尾排管路内，以使得所述空气尾排管路内空气与所述氢气稀释管路内的待稀释的氢气流体连通，所述氢气稀释管路至少包括在空气尾排管路内沿其长度延伸的管路部分。优选地，与所述空气尾排管路的所述空气入口相比，所述氢气稀释管路的排出端口更接近于所述空气尾排管路的所述空气出口。由此，可防止氢气逆流至空气尾排管路中并且避免离开氢气尾排管路的排出端口的氢气沿着空气尾排管路向空气的上游流动。尤其优选地，所述氢气稀释管路的所述管路部分的中心轴线与空气尾排管路的中心轴线平行。或者，所述氢气稀释管路的所述管路部分也可以与所述空气尾排管路同心地延伸。有利地，所述空气尾排管路包括至少一个直部段，在所述空气尾排管路的所述直部段内延伸的所述管路部分也为直部段。尤其有利的是，与重力方向的反向相比，所述空气尾排管路和所述氢气稀释管路均以更接近于重力方向的方式从气流的上游到下游延伸。由此，可以避免空气尾排和氢气尾排中的冷凝水逆向进入空气尾排管路或氢气尾排管路。最为有利的是，所述氢气稀释管路的所述管路部分沿与重力方向一
致的方向延伸。在一个具体实施方式中，所述空气尾排管路和所述氢气稀释管路的管径比在6：1到2：1的范围内。还可设想到，所述氢气稀释管路的排出端口与所述空气尾排管路的排出端口间隔开一距离。由此，可以使得氢气充分地稀释到期望的程度。较佳地，所述氢气稀释管路经由所述空气尾排管路的侧壁上的孔以相对于所述侧壁倾斜的方式插入所述空气尾排管路内。本技术的燃料电池模块或尾排的氢气稀释设备及其方法设计紧凑、简单，由此简化燃料电池系统的设计、减少零部件的个数，从而降低系统的成本和重量。附图说明图1A为根据现有技术的用于降低燃料电池系统尾排氢气浓度的示例性系统的示意图；图1B为根据现有技术的包含氢气稀释器在内的燃料电池空气供应系统的示意图；图1C为根据现有技术的用于燃料电池客车排放的氢气的浓度稀释装置的结构示意简图；图1D为根据现有技术的燃料电池系统的结构示意图，其中，在稀释器的尾端增设有浓度传感器；图2A为根据本技术的示例性空气尾排管路的示意立体图；以及图2B为根据本技术的示例性空气尾排管路的透视图，其中，该图示出了插入该空气尾排管路内的示例性密封罩内稀释管路或者氢气尾排管路。具体实施方式根据本技术的用于燃料电池系统、尤其是用于质子交换膜型燃料电池系统的氢气稀释的设备和方法主要涉及物理扩散稀释原理、而不是通过化学反应来稀释氢气。但本领域技术人员也可以理解到可以在根
据本技术的氢气稀释设备的基础上附加有用于稀释氢气的任何可行的化学手段，诸如但不限于使燃料电池系统排出的氢气或者位于燃料电池模块密封罩内的氢气与其它化学组分进行反应。如图2A中所示，燃料电池系统包括空气尾排管路10，其包括位于上游的空气入口、位于下游的空气出口以及位于两者之间的一定长度。空气尾排管路10包括至少一个直部段以及可选地弯曲部段。然而，可以理解到空气尾排管路10的具体构造不限于图2A中所示的形式，而是可以是符合于燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其包括具有空气入口、空气出口和处于所述空气入口和所述空气出口之间的一长度的空气尾排管路(10)，其特征在于，氢气稀释管路(20)能插入所述空气尾排管路内，以使得所述空气尾排管路(10)内空气与所述氢气稀释管路内的待稀释的氢气流体连通，其中，所述氢气稀释管路至少包括在空气尾排管路(10)内沿其长度延伸的管路部分(30)。

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其包括具有空气入口、空气出口和处于所述空气入口和所述空气出口之间的一长度的空气尾排管路(10)，其特征在于，氢气稀释管路(20)能插入所述空气尾排管路内，以使得所述空气尾排管路(10)内空气与所述氢气稀释管路内的待稀释的氢气流体连通，其中，所述氢气稀释管路至少包括在空气尾排管路(10)内沿其长度延伸的管路部分(30)。2.如权利要求1所述的用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其特征在于，与所述空气尾排管路(10)的所述空气入口相比，所述氢气稀释管路(20)的排出端口更接近于所述空气尾排管路(10)的所述空气出口。3.如权利要求2所述的用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其特征在于，所述氢气稀释管路(20)的所述管路部分(30)的中心轴线与空气尾排管路(10)的中心轴线平行。4.如权利要求2所述的用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其特征在于，所述氢气稀释管路(20)的所述管路部分(30)与所述空气尾排管路(10)同心地延伸。5.如权利要求3或4所述的用于燃料电池系统的氢气稀释设备，其特征在于，所述空气尾排管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：林琦，胡哲，翟双，
申请(专利权)人：上海重塑能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31