用于燃料电池客车排放的氢气的浓度稀释装置

摘要

本发明涉及用于燃料电池客车排放的氢气的浓度稀释装置，属于燃料电池客车应用技术领域，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。本装置可在客车的各种工况下都能使Purge浓度降低到安全水平，而且体积小，结构紧凑、安全可靠。

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池客车应用技术领域，特别涉及燃料电池客车排放的氢气浓度稀释技术。

背景技术

目前，随着燃料电池客车技术的快速发展，燃料电池客车供氢系统的安全性越来越受到人们的关注。氢气和空气在燃料电池内发生化学反应时，向大气排出未经化学反应的剩余氢气的现象称为Purge。如果100％的Purge氢气遇到静电或火花，就可能会燃烧，甚至会引起爆炸。在行驶过程中，氢气和空气高速摩擦，因此会产生静电。日本的燃料电池汽车Purge稀释装置主要为一燃烧室，通过在燃烧室内燃烧氢气，达到降低氢气浓度的目的，但是如果燃烧室内进入空气，就容易发生爆炸，因此存在一定的安全隐患。在中国，目前还没有Purge浓度稀释装置，而类似的气体混合装置普遍采用多孔板结构，使多相气体充分地混合，但是多孔板只起到整流作用，并不能降低某一种气体的浓度，而且结构复杂、体积庞大、成本很高。另外，燃料电池客车在行驶过程中，至少间隔1s排出大量的剩余氢气，因此需要在短时间内充分地稀释氢气浓度，但是普通气体混合装置的反应时间较慢，而且没有防静电措施，不适合在燃料电池客车上应用。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，解决Purge浓度降低的技术问题，提出一种新的用于燃料电池客车排放的氢气的浓度稀释装置，采用本装置可在客车的各种工况下都能使Purge浓度降低到安全水平，而且体积小，结构紧凑、安全可靠，在提高燃料电池客车安全性方面具有很高的应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种用于燃料电池客车排放的氢气的浓度稀释装置，其特征在于，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；其中，所述稀释装置主体为两端开口的壳体，该两个端口分别为空气入口端和空气出口端，在该空气入口端部适当位置的壳体开有氢气入口，所述两张防静电网与稀释装置主体两端口壳体的内壁相连接，所述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端处，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，该氢气管路与所述氢气入口相连通，并通过电磁阀与排放的氢气管相连。

本发明的特点是：

本发明通过风扇向气体稀释装置主体内吹入高速空气，降低稀释装置主体内的氢气浓度。该稀释装置采用了防水防爆风扇，因此适合在恶劣的环境下工作。稀释装置内部安装多块半挡板，因此能延长空气和氢气的混合时间，使空气和氢气充分地混合。在空气入口和出口处分别装有防静电网，因此可以消除空气在高速流动时产生的静电，能过滤空气中的杂质，保证稀释装置内的清洁。该稀释装置的风扇上装有光电接收器和光电接近开关，当风扇工作时，光电接近开关将发出脉冲信号。风扇故障检测器根据脉冲信号判断风扇的工作状态。该稀释装置配有二位三通电磁阀，稀释装置工作时，开启电磁阀，使Purge氢气进入稀释装置主体内，如果风扇发生故障，风扇故障检测器会自动关闭电磁阀，将Purege氢气直接排出大气内，因此能防止稀释装置主体内聚集大量的氢气，减轻爆炸或燃烧的安全隐患。该稀释装置直径只有15~20cm，长度只有30~50cm，因此体积很小，而且便于加工，成本较低。

附图说明

图1是本发明Purge浓度稀释装置，

图2是挡板安装图，

图3是风扇故障检测器电路图，

图4是Purge浓度稀释装置的工作原理图。

具体实施方式

本发明提出的用于燃料电池客车排放的氢气的浓度稀释装置结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的Purge浓度稀释装置实施例结构如图1所示，包括光电接收器11、光电接近开关12、风扇13、两张防静电网14、氢气管路15、释装置主体16、多块挡板17、电磁阀18、风扇故障检测器19。其中，所述稀释装置主体为一两端开口的圆柱壳体，直径为15~20cm，长度为30~50cm。该两个端口分别为空气入口端和空气出口端，在该空气入口端部适当位置的壳体开有氢气入口；与壳体内径相匹配的防静电网14与该稀释装置主体16两端的内壁相连，且距离空气入口端和空气出口端最多1cm的地方。防静电网14可以消除空气在高速流动时产生的静电，能过滤空气中的杂质，保证稀释装置内的清洁。该氢气管路15与所述氢气入口相连通，并通过电磁阀与排放的氢气管相连。风扇13安装在稀释装置主体空气入口端处，而且风扇的直径必须大于稀释装置主体的空气入口端直径，以免氢气从入口泄漏。在燃料电池行驶过程中，将快速排出Purge氢气，因此风扇的排量至少要达到400m3/h，而且具有防水防爆功能。光电接收器11安装在风扇电机中心轴上，而光电接近开关12安装在风扇外壳上面并与风扇故障检测器19相连。其中，光电接近开关的频率响应至少要达到50Hz。

多块半圆形挡板17安装在稀释装置主体内，第一块挡板21安装在距离空气入口15~25cm的地方，而且挡板高度不能超过稀释装置直径的二分之一。如果第一块挡板的高度过高，会降低空气的流速，因此达不到降低Purge浓度的目的。最后一块挡板24安装在距离混合气体出口15~25cm的地方，而且挡板高度不能超过稀释装置直径的二分之一。如果最后一块挡板过高，就无法排出聚集在挡板周围的混合气体。在第一块挡板和最后一块挡板之间，均匀地安装3~5块挡板22、23，而这些挡板的高度应达到稀释装置主体直径的1/2~2/3，而且相邻挡板交叉安装在稀释装置主体内壁处，(本实施例中相邻挡板呈正交排列，如图2所示)。氢气管路5安装在距离空气入口5~10cm处，并通过电磁阀18与排放的氢气管相连，这样排放的氢气能很快就被空气稀释，但是距离入口不能过近，以免氢气从入口泄漏，该电磁阀采用二位三通电磁阀，稀释装置工作时，开启电磁阀，使Purge氢气进入稀释装置主体内，如果风扇发生故障，风扇故障检测器会自动关闭电磁阀，将Purege氢气直接排出大气内。

风扇故障检测器的实施例结构如图3所示，由单片机31、DC-DC模块32、继电器33、脉冲整流电路34组成。其中，单片机分别与DC-DC模块和脉冲整流电路相连，继电器连接在单片机与DC-DC模块之间。本实施例的单片机31采用摩托罗拉系列8位单片机，DC-DC模块32采用YIHONGTAI公司产品(DC-DC24V-5V)，继电器采用欧姆龙两触点继电器。冲整流电路34由电阻R1、R2和电容C组成。由于风扇的转速不稳定，接近开关输出的脉冲信号频率也不稳定，而且该脉冲信号并非完整的矩形波，因此通过脉冲整流电路4把光电接近开关输出的脉冲信号转换成矩形波，然后输入给单片机。燃料电池客车提供24V直流电源，而单片机只能承受5V电压，因此通过DC-DC模块把24V电压转换成5V。单片机接受接近开关脉冲信号高电平信号时，将输出稳定的低电平，因此继电器不工作，而电磁阀与继电器的常闭点串联，因此会启动电磁阀，使氢气进入稀释装置主体内。如果脉冲信号至少中断1s，单片机会输出高电平，断开继电器的常闭点，因此会关闭电磁阀，把氢气直接排出大气内。

本发明的具体工作过程：如图4所示，启动汽车时，稀释装置的风扇和接近开关开始工作。此时，风扇故障检测器将检测接近开关的脉冲信号，如果风扇故障检测器检测到脉冲信号高电平，单片机会发出低电平，启动旁路电磁阀，使Purge氢气进入稀释装置主体内。如果风扇发生故障，单片机将输出高电平吸合继电器线圈，并关闭旁路电磁阀，否则继续向稀释装置排出Purge氢气。

本实施例的稀释装置通过风扇吹入的空气和挡板把Purge浓度降低到4％以下排出。