专利名称：燃料电池尾气处理器及燃料电池尾气处理方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池与处理残物装置的结合，特别是涉及一种燃料电池尾气处理方法及处理器。
背景技术：
电化学燃料电池是一种能够将燃料及氧化剂转化成电能及反应产物的装置，该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)有一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸。在膜与碳纸的两边界面上含有均勻细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属钼催化剂。膜电极两边用可导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜使氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含有氢气燃料的气流与含氧的气流隔离开，使它们不会相互混合产生爆发式反应。在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用一下方程式表达阳极反应H2— 2H++2e阴极反应l/202+2H++&— H2O一个典型的氢燃料电池组(下文简称电堆)通常包括(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均勻地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却水流体均勻分布到各个电池组内冷却通道中， 将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组后进行散热；C3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排除时，可携带出燃料电池中生成的液、气态的水。在燃料电池工作过程中，电池的阴极会生成大量的水，由于电池的工作温度较高， 阴极尾气具有较高的饱和蒸汽压，生成的水大部分以气态存在随着尾气排出燃料电池系统，但仍有部分生成水以液态形式存在；而在阳极虽无水生成，但由于质子交换膜的透水性，依然会有液态水出现。为了避免氢气的浪费以及加湿氢气，一般在燃料电池系统集成的时候会在阳极增加一个或多个氢气循环泵，将电堆氢气出口的尾气重新打回氢气进口，提高氢气进口的相对湿度，这就更加加剧了氢气出口的含水量。在电堆的氢气尾气中除了含有水分之外，还有从阴极氧化剂空气通过膜电极渗透过来的氮气以及其他杂质气体，随着氢气的循环，这些废气在循环过程中逐渐累积，其含量逐渐增加，使电堆的发电效率下降。所以必须将电堆的氢气尾气中的水分、氮气和其他杂质气体分离并排出系统，这种水气分离和尾气部分排放的过程我们称之为氢气尾气处理过程。进入电堆的空气经过反应消耗，氮气等非氧化剂气体的浓度大幅度升高，同时生成大量的水，空气尾气一般不能再次使用，直接排除燃料电池系统外部，为了方便系统架设和尾气处理，空气尾气也需要做到水气分离，该过程我们称之为空气尾气处理过程。在现有的燃料电池系统中，氢气尾气处理和空气尾气处理分别利用两套或更多套不同的装置完成，这种系统设计将导致整个系统过于复杂，同时需要诸多传感器控制水气分离的液位，氢气废气中流量大小等，增加了系统的复杂性和造价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、能同时处理氢气尾气和空气尾气的燃料电池尾气处理器。本发明所要解决的另一技术问题是提供一种能同时处理氢气尾气和空气尾气的燃料电池尾气处理方法。本发明的燃料电池尾气处理器，包括密封的第一腔室和密封的第二腔室，所述第二腔室与所述第一腔室通过通水管连通，所述第二腔室位于所述第一腔室的上方，所述第二腔室内设有均伸出所述第二腔室外的氢气输入管和氢气排出管，所述第一腔室内设有均伸出第一腔室外的空气进入管、空气排出管和排水管，所述通水管上安装有单向导通的阀， 所述阀保证水只能从所述第二腔室流入所述第一腔室。本发明的燃料电池尾气处理器，其中，所述阀为气压控制阀。本发明的燃料电池尾气处理器，其中，所述阀为单向电磁阀。本发明的燃料电池尾气处理器，其中，所述第二腔室的容积小于所述第一腔室的容积。本发明的燃料电池尾气处理器，其中，包括壳体，所述壳体由上盖板密封，所述壳体内部为所述第一腔室，所述上盖板的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室，所述排水管固定于所述上盖板上，所述排水管伸入所述第一腔室的下部。本发明的燃料电池尾气处理器，其中，包括壳体，所述壳体由上盖板密封，所述壳体内部为所述第一腔室，所述上盖板的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室，所述排水管固定于所述壳体的底部。本发明燃料电池尾气处理方法，包括如下步骤(1)将本发明的燃料电池尾气处理器接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管与电堆的氢气尾气输入管接通，将所述氢气排出管通过循环泵与电堆的氢气输入管路接通，所述循环泵保证氢气只能由所述氢气排出管进入氢气输入管路，将所述空气进入管与电堆的空气尾气排出管相接通；
(2)计算系统中电堆在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流㈧X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；(4)控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(5)根据氢废气量选用合适的气压控制阀；(6)当电堆的输出功率变化，再次控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)本发明燃料电池尾气处理方法，包括如下步骤(1)将本发明的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管与电堆的氢气尾气输入管接通，将所述氢气排出管通过循环泵与电堆的氢气输入管路接通，所述循环泵保证氢气只能由所述氢气排出管进入氢气输入管路，将所述空气进入管与电堆的空气尾气排出管相接通；(2)计算系统中所述电堆在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流(A) X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由所述电堆本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；(4)控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(5)根据氢废气量调节所述单向电磁阀的排气频率和排气时间；(6)当所述电堆的输出功率变化，则利用第2步骤的公式再次计算氢气消耗量；(7)再次控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量 (标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(8)根据再次计算得到的氢气消耗量，根据第3步骤的氢废气率，算出新的氢废气量，氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)，根据所述新的氢废气量调节所述单向电磁阀排气频率和排气时间。本发明燃料电池尾气处理方法，包括如下步骤(1)将本发明所述的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管与电堆的氢气尾气输入管接通，将所述氢气排出管通过循环泵与电堆的氢气输入管路接通，所述循环泵保证氢气只能由所述氢气排出管进入氢气输入管路， 将所述空气进入管与电堆的空气尾气排出管相接通；(2)计算系统中电堆在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；
(4)确定所述第二腔室的气体压力；(5)根据氢废气量及所述第二腔室的气体压力，选择合适的所述气压控制阀；(6)当电堆的输出功率变化，调节系统进气压力，使系统进气压力与氢废气率相适应。本发明燃料电池尾气处理方法，包括如下步骤(1)将本发明的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管与电堆的氢气尾气输入管接通，将所述氢气排出管通过循环泵与电堆的氢气输入管路接通，所述循环泵保证氢气只能由所述氢气排出管进入氢气输入管路，将所述空气进入管与电堆的空气尾气排出管相接通；(2)计算系统中电堆在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；(4)确定所述第二腔室的气体压力；(5)根据氢废气量及所述第二腔室的气体压力调节所述单向电磁阀的排气频率和排气时间；(6)当电堆的输出功率变化，调节系统进气压力，使系统进气压力与氢废气率相适应。本发明的燃料电池尾气处理器可以同时处理氢气尾气和空气尾气，结构相对简单，造价比较低廉，操作容易。本发明燃料电池尾气处理方法利用本发明的燃料电池尾气处理器，可以同时处理燃料电池尾气中的氢气尾气和空气尾气。
图1是本发明的燃料电池尾气处理器的第一种实施例的结构示意图；图2是使用本发明的燃料电池尾气处理器的第一种实施例的燃料电池发电系统的结构示意图；图3是本发明的燃料电池尾气处理器的第二种实施例的结构示意图。
具体实施例方式实施例一如图1所示，本发明的燃料电池尾气处理器包括密封的金属材质的壳体1。壳体1 由上盖板2密封，壳体1内部为用于处理空气尾气的第一腔室3。上盖板2的中心部位向下凹陷，并由封盖板5密封，形成用于进行氢气尾气处理的第二腔室4。第二腔室4的底壁上设有通水管10，通水管10伸入第一腔室3内。第二腔室4和第一腔室3仅由通水管10连通，第二腔室4位于第一腔室3的上方。第二腔室4的容积小于第一腔室3的容积。封盖板5上固定设有均伸入第二腔室4内的氢气输入管6和氢气排出管7。上盖板2上固定有均伸入第一腔室3的空气进入管11、空气排出管8和排水管12，其中排水管12伸入第一腔室3的下部。通水管10上安装有单向导通的气压控制阀101，气压控制阀101保证水只能从第
二腔室4流入第一腔室3。氢气输入管6上安装有氢气输入阀61。氢气排出管7上安装有氢气排出阀71。空气进入管11上安装有空气阀111。排水管12上安装有排水阀121。空气排出管8上安装有空气排出阀81。结合图2所示，本实施例的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将氢气输入管6与电堆(氢燃料电池组)50的氢气尾气输入管22接通，将氢气排出管7通过循环泵25与电堆50的氢气输入管路23接通，循环泵25保证氢气只能由氢气排出管7进入氢气输入管路23，将空气进入管11与电堆50的空气尾气排出管沈相接通。当燃料电池发电系统工作时，氢气由电堆50的氢气输入管路23输入进电堆50，空气由电堆50的空气输入管路进入电堆50，电堆50发电，产生的的氢气尾气由氢气尾气输入管22输出并由氢气输入管6进入第二腔室4，在第二腔室4内部，氢气尾气中的液态水在重力的作用下，与氢气分离，形成液滴汇聚在第二腔室4底部。去除水蒸气的氢气尾气由氢气排出管7排进氢气输入管路23后，在输气气泵51的作用下再次进入电堆50参加反应，由此氢气在整个系统中循环。第二腔室4底部的积水汇聚一定量，在大气压力作用下将气压控制阀101打开，积水和少部分氢气进入第一腔室3。电堆50发电产生的空气尾气由电堆50的空气尾气排出管沈排出，并由空气进入管11进入第一腔室3，在第一腔室3内部，空气尾气中的水蒸汽在重力的作用下，与空气分离，形成液滴汇聚在第二腔室4底部。去除水蒸气的空气尾气加上少量氢气由空气排出管 8排出系统。第一腔室3内的积水由排水管12排出系统。实施例二如图3所示，本实施与实施例一的不同在于，通水管10上安装有单向导通的单向电磁阀102，单向电磁阀102，保证水只能从第二腔室4流入第一腔室3。利用脉冲电流控制单向电磁阀102，使其按一定频率开启关闭，这样第二腔室4底部的积水和少量氢气同样进入第一腔室3，从而保证第二腔室4不被积水充满。上盖板2上固定设有均伸入第一腔室3 的空气进入管U、空气排出管8。壳体1底部固定设有用于排除积水的排水管17，排水管 17上安装有排水阀门171。本实施例的其他部分结构与实施例一相同。本发明的燃料电池尾气处理方法一、可控流量进氢气工况下的燃料电池尾气处理方法(1)将本发明实施例二或实施例一的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将氢气输入管6与电堆的氢气尾气输入管22接通，将氢气排出管7通过循环泵25与电堆50的氢气输入管路23接通，循环泵25保证氢气只能由氢气排出管7进入氢气输入管路23，将空气进入管11与电堆50的空气尾气排出管沈相接通；(2)计算系统中电堆50在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流(A) X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和步骤2得到的氢气消耗量计算氢废气量，其中，氢废气率为燃料电池组产生的废氢气占进氢气量的比值，氢废气率由电堆本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；(4)控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(5)根据氢废气量调节单向电磁阀102的排气频率和排气时间或者选用合适的气压控制阀101 ；(6)当电堆50的输出功率变化，则利用第2步骤的公式再次计算氢气消耗量；(7)再次控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量 (标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(8)根据再次计算得到的氢气消耗量，根据第3步骤的氢废气率，算出新的氢废气量，氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)，根据新的氢废气量调节单向电磁阀102排气频率和排气时间。下面给出具体实施例实施例三，可控流量进氢气工况下的燃料电池尾气处理方法(1)将本发明实施例二燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将氢气输入管6与电堆50的氢气尾气输入管22接通，将氢气排出管7通过循环泵25 与电堆50的氢气输入管路23接通，循环泵25保证氢气只能由氢气排出管7进入氢气输入管路23，将空气进入管11与电堆50的空气尾气排出管沈相接通；(2)计算系统中电堆50在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流㈧X0.007X燃料电池串连个数；燃料电池电流为25安培， 燃料电池串连个数为64，则氢气消耗量为11标准升每分钟。(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆50本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量=氢废气率X氢气消耗量/(1-氢废气率)；氢废气率为5%，氢气消耗量为11标准升每分钟，则氢废气量为0.58标准升每分钟；(4)控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)(5)根据氢废气量调节单向电磁阀102的排气频率和排气时间，氢废气量为0. 58 标准升每分钟，即说明每分钟需要有0. 58标准升的氢气废气由第二腔室4流入第一腔室3， 由此调节电磁阀102的排气频率和排气时间使之满足要求；(6)当电堆50的输出功率变化，则利用第2步骤的公式再次计算氢气消耗量；计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流(A) X0. 007X燃料电池串连个数； 燃料电池电流变为20安培，燃料电池串连个数为64，则氢气消耗量为8. 96标准升每分钟；(7)再次控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量 (标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(8)根据再次计算得到的氢气消耗量8. 96标准升每分钟，根据第三步骤的氢废气率，算出新的氢废气量，氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)，新的氢废气量为0. 47标准升每分钟，即说明每分钟需要有0. 47标准升的氢气废气由第二腔室4流入第一腔室3，再次调节电磁阀102的排气频率和排气时间使之满足要求。
采用上述方法，即可实现在可控流量进氢气工况下，利用本发明实施例二燃料电池尾气处理器同时处理氢气尾气和空气尾气的燃料电池尾气处理。实施例四，可控流量进氢气工况下的燃料电池尾气处理方法(1)将本发明实施例一燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将氢气输入管6与电堆50的氢气尾气输入管22接通，将氢气排出管7通过循环泵25 与电堆50的氢气输入管路23接通，循环泵25保证氢气只能由氢气排出管7进入氢气输入管路23，将空气进入管11与电堆50的空气尾气排出管沈相接通；(2)计算系统中电堆50在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流㈧X0.007X燃料电池串连个数；燃料电池电流为25安培， 燃料电池串连个数为64，则氢气消耗量为11标准升每分钟；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆50本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量=氢废气率X氢气消耗量/(1-氢废气率)；氢废气率为5%，氢气消耗量为11标准升每分钟，则氢废气量为0. 58标准升每分钟；(4)控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(5)根据氢废气量选用合适的气压控制阀101，氢废气量为0.58标准升每分钟，即说明每分钟需要有0. 58标准升的氢气废气由第二腔室4流入第一腔室3，选用合适的气压控制阀101，同时保证气压控制阀101在排气量为0. 58标准升每分钟时，其排气压力小于系统所能承受的最大压力。(6)当电堆50的输出功率变化，再次控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量 (标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；采用上述方法，即可实现在可控流量进氢气工况下，利用本发明实施例一燃料电池尾气处理器同时处理氢气尾气和空气尾气的燃料电池尾气处理。二、可控压强进氢气工况下的燃料电池尾气处理方法(1)将本发明实施例一或实施例二的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将氢气输入管6与电堆50的氢气尾气输入管22接通，将氢气排出管7通过循环泵25与电堆50的氢气输入管路23接通，循环泵25保证氢气只能由氢气排出管7 进入氢气输入管路23，将空气进入管11与电堆50的空气尾气排出管沈相接通；(2)计算系统中电堆50在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率为燃料电池组产生的废氢气占进氢气量的比值，氢废气率由电堆50本身特性决定，此处可以认为是一常数， 计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(ι-氢废气率)；(4)确定第二腔室4的气体压力；(5)根据氢废气量及第二腔室4的气体压力，选择合适的气压控制阀101，或者根据氢废气量及第二腔室4的气体压力调节单向电磁阀102的排气频率和排气时间；(6)当电堆50的输出功率变化，调节系统进气压力，使系统进气压力与氢废气率相适应。
下面给出具体实施例实施例五，可控压强进氢气工况下的燃料电池尾气处理方法(1)将本发明实施例一的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将氢气输入管6与电堆50的氢气尾气输入管22接通，将氢气排出管7通过循环泵25 与电堆50的氢气输入管路23接通，循环泵25保证氢气只能由氢气排出管7进入氢气输入管路23，将空气进入管11与电堆50的空气尾气排出管沈相接通；(2)计算系统中电堆50在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流X0.007X燃料电池串连个数；燃料电池电流为25安培，燃料电池串连个数为64，则氢气消耗量为11标准升每分钟。(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆50本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/ (1-氢废气率)，氢废气率为5%，氢气消耗量为11标准升每分钟， 则氢废气量为0. 58标准升每分钟；(4)确定第二腔室4的气体压力，根据压力表测算系统进气压力30千帕，第二腔室 4的气体压力25千帕；(5)根据氢废气量及第二腔室4的气体压力选择合适的气压控制阀101，即在25 千帕压力下，气压控制阀101应打开，并排出0. 58标准升每分钟的废气；(6)当电堆50的输出功率变化，同方向调节系统的进气压力，使系统进气压力与氢废气率相适应。采用上述方法，即可实现在可控压强进氢气工况下，利用本发明实施例一燃料电池尾气处理器同时处理氢气尾气和空气尾气的燃料电池尾气处理。实施例六，可控压强进氢气工况下的燃料电池尾气处理方法(1)将本发明实施例一的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将氢气输入管6与电堆50的氢气尾气输入管22接通，将氢气排出管7通过循环泵25 与电堆50的氢气输入管路23接通，循环泵25保证氢气只能由氢气排出管7进入氢气输入管路23，将空气进入管11与电堆50的空气尾气排出管沈相接通；(2)计算系统中电堆50在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流X0.007X燃料电池串连个数；燃料电池电流为25安培，燃料电池串连个数为64，则氢气消耗量为11标准升每分钟；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆50本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/ (1-氢废气率)，氢废气率为5%，氢气消耗量为11标准升每分钟， 则氢废气量为0. 58标准升每分钟；(4)确定第二腔室4的气体压力，根据压力表测算系统进气压力30千帕，第二腔室 4的气体压力25千帕；(5)根据氢废气量及第二腔室4的气体压力调节单向电磁阀102的排气频率和排气时间，即在25千帕压力下，电磁阀102应排出0. 58标准升每分钟的废气；(6)当电堆50的输出功率变化，同方向调节系统的进气压力，使系统进气压力与氢废气率相适应。
采用上述方法，即可实现在可控压强进氢气工况下，利用本发明实施例二燃料电池尾气处理器同时处理氢气尾气和空气尾气的燃料电池尾气处理。以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种燃料电池尾气处理器，其特征在于，包括密封的第一腔室C3)和密封的第二腔室G)，所述第二腔室(4)与所述第一腔室( 通过通水管(10)连通，所述第二腔室(4)位于所述第一腔室(3)的上方，所述第二腔室内设有均伸出所述第二腔室(4)外的氢气输入管(6)和氢气排出管(7)，所述第一腔室C3)内设有均伸出第一腔室C3)外的空气进入管(11)、空气排出管(8)和排水管，所述通水管(10)上安装有单向导通的阀，所述阀保证水只能从所述第二腔室(4)流入所述第一腔室(3)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池尾气处理器，其特征在于，所述阀为气压控制阀 (101)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池尾气处理器，其特征在于，所述阀为单向电磁阀 (102)。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池尾气处理器，其特征在于，所述第二腔室(4)的容积小于所述第一腔室(3)的容积。
5.根据权利要求4所述的燃料电池尾气处理器，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体 (1)由上盖板( 密封，所述壳体(1)内部为所述第一腔室(3)，所述上盖板O)的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室G)，所述排水管固定于所述上盖板( 上，所述排水管伸入所述第一腔室(3)的下部。
6.根据权利要求4所述的燃料电池尾气处理器，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体 (1)由上盖板( 密封，所述壳体(1)内部为所述第一腔室(3)，所述上盖板O)的中心部位向下凹陷，形成所述的第二腔室G)，所述排水管固定于所述壳体(1)的底部。
7.一种燃料电池尾气处理方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将根据权利要求2所述的燃料电池尾气处理器接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管(6)与电堆(50)的氢气尾气输入管0 接通，将所述氢气排出管(7)通过循环泵0 与电堆(50)的氢气输入管路03)接通，所述循环泵0 保证氢气只能由所述氢气排出管(7)进入氢气输入管路(23)，将所述空气进入管(11)与电堆(50)的空气尾气排出管06)相接通；(2)计算系统中电堆(50)在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流㈧XO. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆(50)本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；(4)控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(5)根据氢废气量选用合适的所述气压控制阀(101)；(6)当电堆(50)输出功率变化，再次控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)。
8.一种燃料电池尾气处理方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将权利要求3所述的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管(6)与电堆(50)的氢气尾气输入管0 接通，将所述氢气排出管 (7)通过循环泵05)与电堆(50)的氢气输入管路03)接通，所述循环泵05)保证氢气只能由所述氢气排出管(7)进入氢气输入管路(23)，将所述空气进入管(11)与电堆(50)的空气尾气排出管06)相接通；(2)计算系统中所述电堆(50)在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量 (标准升每分钟)=燃料电池电流㈧X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由所述电堆(50)本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；(4)控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)；(5)根据氢废气量调节所述单向电磁阀(10 的排气频率和排气时间；(6)当所述电堆(50)的输出功率变化，则利用第2步骤的公式再次计算氢气消耗量；(7)再次控制系统的氢气进气流量，使氢气进气流量(标准升每分钟)=氢废气量(标准升每分钟)+氢气消耗量(标准升每分钟)(8)根据再次计算得到的氢气消耗量，根据第3步骤的氢废气率，算出新的氢废气量， 氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(ι-氢废气率)， 根据所述新的氢废气量调节所述单向电磁阀(10 排气频率和排气时间。
9.一种燃料电池尾气处理方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将权利要求2所述的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管(6)与电堆(50)的氢气尾气输入管0 接通，将所述氢气排出管 (7)通过循环泵05)与电堆(50)的氢气输入管路03)接通，所述循环泵05)保证氢气只能由所述氢气排出管(7)进入氢气输入管路(23)，将所述空气进入管(11)与电堆(50) 的空气尾气排出管06)相接通；(2)计算系统中电堆(50)在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流XO. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆(50)本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/ (1-氢废气率)；(4)确定所述第二腔室的气体压力；(5)根据氢废气量及所述第二腔室(4)的气体压力，选择合适的所述气压控制阀 (101)；(6)当电堆(50)的输出功率变化，调节系统进气压力，使系统进气压力与氢废气率相适应。
10.一种燃料电池尾气处理方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将权利要求3所述的燃料电池尾气处理器采用如下方式接入燃料电池发电系统中将所述氢气输入管(6)与电堆(50)的氢气尾气输入管0 接通，将所述氢气排出管 (7)通过循环泵05)与电堆(50)的氢气输入管路03)接通，所述循环泵05)保证氢气只能由所述氢气排出管(7)进入氢气输入管路(23)，将所述空气进入管(11)与电堆(50)的空气尾气排出管06)相接通；(2)计算系统中电堆(50)在额定功率下的氢气消耗量，计算公式氢气消耗量(标准升每分钟)=燃料电池电流X0. 007 X燃料电池串连个数；(3)根据氢废气率和氢气消耗量计算氢废气量，其中氢废气率由电堆(50)本身特性决定，此处可以认为是一常数，计算公式氢废气量(标准升每分钟)=氢废气率X氢气消耗量(标准升每分钟)/(1-氢废气率)；(4)确定所述第二腔室的气体压力；(5)根据氢废气量及所述第二腔室的气体压力调节所述单向电磁阀(10 的排气频率和排气时间；(6)当电堆(50)的输出功率变化，调节系统进气压力，使系统进气压力与氢废气率相适应。
全文摘要
本发明涉及一种燃料电池尾气处理器，包括密封的第一腔室和密封的第二腔室，第二腔室与第一腔室通过通水管连通，第二腔室位于第一腔室的上方，第二腔室内设有均伸出第二腔室外的氢气输入管和氢气排出管，第一腔室内设有均伸出第一腔室外的空气进入管、空气排出管和排水管，通水管上安装有单向导通的阀，阀保证水只能从所述第二腔室流入所述第一腔室。本发明的燃料电池尾气处理器可以同时处理氢气尾气和空气尾气，结构相对简单，造价比较低廉，操作容易。
文档编号H01M8/06GK102201588SQ20101053001
公开日2011年9月28日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者冀中华, 张平 申请人:北京万瑞讯通科技有限公司