專利名稱：用于燃料電池客車排放的氫氣的濃度稀釋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池客車應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及燃料電池客車排放的氫氣濃度稀釋 技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，隨著燃料電池客車技術(shù)的快速發(fā)展，燃料電池客車供氫系統(tǒng)的安全性越來越受 到人們的關(guān)注。氫氣和空氣在燃料電池內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，向大氣排出未經(jīng)化學(xué)反應(yīng)的剩 余氫氣的現(xiàn)象稱為Purge。如果100%的Purge氫氣遇到靜電或火花，就可能會(huì)燃燒，甚至 會(huì)引起爆炸。在行駛過程中，氫氣和空氣高速摩擦，因此會(huì)產(chǎn)生靜電。日本的燃料電池汽 車Purge稀釋裝置主要為一燃燒室，通過在燃燒室內(nèi)燃燒氫氣，達(dá)到降低氫氣濃度的目的， 但是如果燃燒室內(nèi)進(jìn)入空氣，就容易發(fā)生爆炸，因此存在一定的安全隱患。在中國，目前 還沒有Purge濃度稀釋裝置，而類似的氣體混合裝置普遍采用多孔板結(jié)構(gòu)，使多相氣體充 分地混合，但是多孔板只起到整流作用，并不能降低某一種氣體的濃度，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 體積龐大、成本很高。另外，燃料電池客車在行駛過程中，至少間隔ls排出大量的剩余 氫氣，因此需要在短時(shí)間內(nèi)充分地稀釋氫氣濃度，但是普通氣體混合裝置的反應(yīng)時(shí)間較慢， 而且沒有防靜電措施，不適合在燃料電池客車上應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，解決Purge濃度降低的技術(shù)問題，提出 一種新的用于燃料電池客車排放的氫氣的濃度稀釋裝置，采用本裝置可在客車的各種工況 下都能使Purge濃度降低到安全水平，而且體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠，在提高燃料電 池客車安全性方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提出一種用于燃料電池客車排放的氫氣的濃度稀釋裝置，其特征在于，該裝置包括光電接收器、光電接近開關(guān)、風(fēng)扇、兩張防靜 電網(wǎng)、氫氣管路、釋裝置主體、多塊擋板、電磁閥、風(fēng)扇故障檢測器；其中，所述稀釋裝 置主體為兩端開口的殼體，該兩個(gè)端口分別為空氣入口端和空氣出口端，在該空氣入口端 部適當(dāng)位置的殼體開有氫氣入口，所述兩張防靜電網(wǎng)與稀釋裝置主體兩端口殼體的內(nèi)壁相 連接，所述多塊半圓形擋板安裝在稀釋裝置主體內(nèi)，該風(fēng)扇安裝在稀釋裝置主體入口端處， 該光電接收器安裝在風(fēng)扇電機(jī)中心軸上，該光電接近開關(guān)安裝在風(fēng)扇外殼上面并與風(fēng)扇故 障檢測器相連，該氫氣管路與所述氫氣入口相連通，并通過電磁閥與排放的氫氣管相連。 本發(fā)明的特點(diǎn)是本發(fā)明通過風(fēng)扇向氣體稀釋裝置主體內(nèi)吹入高速空氣，降低稀釋裝置主體內(nèi)的氫氣濃 度。該稀釋裝置采用了防水防爆風(fēng)扇，因此適合在惡劣的環(huán)境下工作。稀釋裝置內(nèi)部安裝 多塊半擋板，因此能延長空氣和氫氣的混合時(shí)間，使空氣和氫氣充分地混合。在空氣入口 和出口處分別裝有防靜電網(wǎng)，因此可以消除空氣在高速流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的靜電，能過濾空氣中 的雜質(zhì)，保證稀釋裝置內(nèi)的清潔。該稀釋裝置的風(fēng)扇上裝有光電接收器和光電接近開關(guān)， 當(dāng)風(fēng)扇工作時(shí)，光電接近開關(guān)將發(fā)出脈沖信號(hào)。風(fēng)扇故障檢測器根據(jù)脈沖信號(hào)判斷風(fēng)扇的 工作狀態(tài)。該稀釋裝置配有二位三通電磁閥，稀釋裝置工作時(shí)，開啟電磁閥，使Purge氫 氣進(jìn)入稀釋裝置主體內(nèi)，如果風(fēng)扇發(fā)生故障，風(fēng)扇故障檢測器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，將Purege 氫氣直接排出大氣內(nèi)，因此能防止稀釋裝置主體內(nèi)聚集大量的氫氣，減輕爆炸或燃燒的安 全隱患。該稀釋裝置直徑只有15 20cm,長度只有3(T50cm，因此體積很小，而且便于加 工，成本較低。


圖1是本發(fā)明Purge濃度稀釋裝置，圖2是擋板安裝圖，圖3是風(fēng)扇故障檢測器電路圖，圖4是Purge濃度稀釋裝置的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的用于燃料電池客車排放的氫氣的濃度稀釋裝置結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明的Purge濃度稀釋裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括光電接收器11、光電接近 開關(guān)12、風(fēng)扇13、兩張防靜電網(wǎng)14、氫氣管路15、釋裝置主體16、多塊擋板17、電磁 閥18、風(fēng)扇故障檢測器19。其中，所述稀釋裝置主體為一兩端開口的圓柱殼體，直徑為 15 20cm，長度為3(T50cm。該兩個(gè)端口分別為空氣入口端和空氣出口端，在該空氣入口端 部適當(dāng)位置的殼體開有氫氣入口；與殼體內(nèi)徑相匹配的防靜電網(wǎng)14與該稀釋裝置主體16 兩端的內(nèi)壁相連，且距離空氣入口端和空氣出口端最多l(xiāng)cm的地方。防靜電網(wǎng)14可以消 除空氣在高速流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的靜電，能過濾空氣中的雜質(zhì)，保證稀釋裝置內(nèi)的清潔。該氫氣 管路15與所述氫氣入口相連通，并通過電磁閥與排放的氫氣管相連。風(fēng)扇13安裝在稀釋 裝置主體空氣入口端處，而且風(fēng)扇的直徑必須大于稀釋裝置主體的空氣入口端直徑，以免 氫氣從入口泄漏。在燃料電池行駛過程中，將快速排出Purge氫氣，因此風(fēng)扇的排量至少 要達(dá)到400m3/h，而且具有防水防爆功能。光電接收器11安裝在風(fēng)扇電機(jī)中心軸上，而光 電接近開關(guān)12安裝在風(fēng)扇外殼上面并與風(fēng)扇故障檢測器19相連。其中，光電接近開關(guān)的 頻率響應(yīng)至少要達(dá)到50Hz。多塊半圓形擋板17安裝在稀釋裝置主體內(nèi)，第一塊擋板21安裝在距離空氣入口 15 25cm的地方，而且擋板高度不能超過稀釋裝置直徑的二分之一。如果第一塊擋板的高 度過高，會(huì)降低空氣的流速，因此達(dá)不到降低Purge濃度的目的。最后一塊擋板24安裝 在距離混合氣體出口 15 25cm的地方，而且擋板高度不能超過稀釋裝置直徑的二分之一。 如果最后一塊擋板過高，就無法排出聚集在擋板周圍的混合氣體。在第一塊擋板和最后一 塊擋板之間，均勻地安裝3~5塊擋板22、 23，而這些擋板的高度應(yīng)達(dá)到稀釋裝置主體直徑 的1/2 2/3，而且相鄰擋板交叉安裝在稀釋裝置主體內(nèi)壁處，(本實(shí)施例中相鄰擋板呈正交 排列，如圖2所示)。氫氣管路5安裝在距離空氣入口 5、0cm處，并通過電磁閥18與排 放的氫氣管相連，這樣排放的氫氣能很快就被空氣稀釋，但是距離入口不能過近，以免氫 氣從入口泄漏，該電磁閥采用二位三通電磁閥，稀釋裝置工作時(shí)，開啟電磁閥，使Purge 氫氣進(jìn)入稀釋裝置主體內(nèi)，如果風(fēng)扇發(fā)生故障，風(fēng)扇故障檢測器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，將 Purege氫氣直接排出大氣內(nèi)。風(fēng)扇故障檢測器的實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖3所示，由單片機(jī)31、 DC-DC模塊32、繼電器33、 脈沖整流電路34組成。其中，單片機(jī)分別與DC-DC模塊和脈沖整流電路相連，繼電器連 接在單片機(jī)與DC-DC模塊之間。本實(shí)施例的單片機(jī)31采用摩托羅拉系列8位單片機(jī)，DC-DC 模塊32采用YIHONGTAI公司產(chǎn)品(DC-DC24V-5V),繼電器采用歐姆龍兩觸點(diǎn)繼電器。沖 整流電路34由電阻R1、 R2和電容C組成。由于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，接近開關(guān)輸出的脈沖 信號(hào)頻率也不穩(wěn)定，而且該脈沖信號(hào)并非完整的矩形波，因此通過脈沖整流電路4把光電 接近開關(guān)輸出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波，然后輸入給單片機(jī)。燃料電池客車提供24V直流 電源，而單片機(jī)只能承受5V電壓，因此通過DC-DC模塊把24V電壓轉(zhuǎn)換成5V。單片機(jī)接 受接近開關(guān)脈沖信號(hào)高電平信號(hào)時(shí)，將輸出穩(wěn)定的低電平，因此繼電器不工作，而電磁閥 與繼電器的常閉點(diǎn)串聯(lián)，因此會(huì)啟動(dòng)電磁閥，使氫氣進(jìn)入稀釋裝置主體內(nèi)。如果脈沖信號(hào) 至少中斷l(xiāng)s，單片機(jī)會(huì)輸出高電平，斷開繼電器的常閉點(diǎn)，因此會(huì)關(guān)閉電磁閥，把氫氣直 接排出大氣內(nèi)。本發(fā)明的具體工作過程如圖4所示，啟動(dòng)汽車時(shí)，稀釋裝置的風(fēng)扇和接近開關(guān)開始 工作。此時(shí)，風(fēng)扇故障檢測器將檢測接近開關(guān)的脈沖信號(hào)，如果風(fēng)扇故障檢測器檢測到脈 沖信號(hào)高電平，單片機(jī)會(huì)發(fā)出低電平，啟動(dòng)旁路電磁閥，使Purge氫氣進(jìn)入稀釋裝置主體 內(nèi)。如果風(fēng)扇發(fā)生故障，單片機(jī)將輸出高電平吸合繼電器線圈，并關(guān)閉旁路電磁閥，否則 繼續(xù)向稀釋裝置排出Purge氫氣。本實(shí)施例的稀釋裝置通過風(fēng)扇吹入的空氣和擋板把Purge濃度降低到4%以下排出。
權(quán)利要求
1、一種用于燃料電池客車排放的氫氣的濃度稀釋裝置，其特征在于，該裝置包括光電接收器、光電接近開關(guān)、風(fēng)扇、兩張防靜電網(wǎng)、氫氣管路、釋裝置主體、多塊擋板、電磁閥、風(fēng)扇故障檢測器；其中，所述稀釋裝置主體為兩端開口的殼體，該兩個(gè)端口分別為空氣入口端和空氣出口端，在該空氣入口端部適當(dāng)位置的殼體開有氫氣入口，所述兩張防靜電網(wǎng)與稀釋裝置主體兩端口殼體的內(nèi)壁相連接，所述多塊半圓形擋板安裝在稀釋裝置主體內(nèi)，該風(fēng)扇安裝在稀釋裝置主體入口端處，該光電接收器安裝在風(fēng)扇電機(jī)中心軸上，該光電接近開關(guān)安裝在風(fēng)扇外殼上面并與風(fēng)扇故障檢測器相連，該氫氣管路與所述氫氣入口相連通，并通過電磁閥與排放的氫氣管相連。
2、 如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述稀釋裝置主體為圓柱殼體，直徑為 15 20cm，長度為3CT50cm。
3、 如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述風(fēng)扇的的排量為400m3/h。
4、 如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述多塊擋板均為半圓形板，第一塊擋板 安裝在距離稀釋裝置主體空氣入口端15、5cm的內(nèi)壁上，最后一塊擋板安裝在距離稀釋裝 置主體空氣出口端15 25cm處，且該第一塊和最后一塊擋板高度小于等于所述稀釋裝置主 體直徑的二分之一；在第一塊擋板和最后一塊擋板之間，均勻地安裝3 5塊擋板，該中間 的各擋板的高度為稀釋裝置主體直徑的1/2 2/3;該相鄰擋板交叉安裝在稀釋裝置主體內(nèi) 壁上。
5、 如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述氫氣入口距離稀釋裝置主體空氣入口 端處5"lOcm。
6、 如權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述裝置，其特征在于，所述風(fēng)扇故障檢測器由單片 機(jī)、DC-DC模塊、繼電器、脈沖整流電路組成；其中，單片機(jī)分別與DC-DC模塊和脈沖整 流電路相連，繼電器連接在單片機(jī)與DC-DC模塊之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃料電池客車排放的氫氣的濃度稀釋裝置，屬于燃料電池客車應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括光電接收器、光電接近開關(guān)、風(fēng)扇、兩張防靜電網(wǎng)、氫氣管路、釋裝置主體、多塊擋板、電磁閥、風(fēng)扇故障檢測器組成。稀釋裝置主體為兩端開口的殼體，兩張防靜電網(wǎng)與稀釋裝置主體兩端的內(nèi)壁相連，多塊半圓形擋板安裝在稀釋裝置主體內(nèi)，該風(fēng)扇安裝在稀釋裝置主體入口處，該光電接收器安裝在風(fēng)扇電機(jī)中心軸上，該光電接近開關(guān)安裝在風(fēng)扇外殼上面并與風(fēng)扇故障檢測器相連，氫氣管路與稀釋裝置主體空氣入口端處的氫氣入口相連通，并通過電磁閥與排放的氫氣管相連。本裝置可在客車的各種工況下都能使Purge濃度降低到安全水平，而且體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠。
文檔編號(hào)B60K13/00GK101323247SQ20081011649
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者偉 姚, 姜國峰, 波 成, 哲 金 申請(qǐng)人:清華大學(xué)