[发明专利]采用H2注入压力波传播速率的阳极气体组成

权利要求书

1.燃料电池系统，包括：

至少一个燃料电池，所述燃料电池包括阳极入口和阳极出口，所述阳极入口和所述阳极出口通过阳极再循环管线连接；

为所述阳极入口提供氢气的氢气源；

用于从所述氢气源向所述阳极入口注入氢气的注入装置，所述注入装置在它注入氢气时产生可听见的注入噪声；

第一和第二声学传感器，它们位于所述阳极再循环管线中并且彼此之间间隔已知距离，所述第一和第二传感器检测所述注入噪声并提供表示所述噪声的传感器信号；以及

对来自所述第一和第二声学传感器的所述传感器信号产生响应的控制器，所述控制器经构造以基于所述控制器接收到来自第一传感器的所述传感器信号时和接收到来自第二传感器的所述传感器信号时之间的时间来确定所述阳极再循环管线中的氢气浓度。

2.权利要求1所述的系统，其中所述第一声学传感器比所述第二声学传感器距离所述注入装置近。

3.权利要求1所述的系统，其中所述第二声学传感器比所述第一声学传感器距离所述至少一个燃料电池近。

4.权利要求1所述的系统，其中所述控制器基于当所述控制器从第一传感器接收所述传感器信号和从第二传感器接收所述传感器信号的时间，采用根据下式的阳极流出气体中的声速来确定所述阳极再循环管线中的氢气浓度：

其中C_理想为理想气体中的声速(m/s)；R为摩尔气体常数(约8.3145J·mol^-1·K^-1)；γ(gamma)为绝热系数，按动力学理论对于双原子分子而言可假设为7/5或1.400；T为开尔文表示的绝对温度；M为千克每分子表示的摩尔质量，其中干燥空气的平均摩尔质量大约为0.0289kg/mol。

5.权利要求4所述的系统，其中所述控制器使用根据下式的阳极流出气体的摩尔质量来确定所述阳极再循环管线中的氢气浓度：

M_测得＝x_H2×M_H2+y_N2×M_N2+z_H2O×M_H2O

其中测得的阳极流出气体的摩尔质量M_测得为阳极子系统中氢气、氮气和水的摩尔分数和摩尔质量的乘积，其中x_H2为氢气的摩尔分数，M_H2为氢气的摩尔质量，y_N2为氮气的摩尔分数，M_N2为氮气的摩尔质量，z_H2O为水的摩尔分数，M_H2O为水的摩尔质量。

6.权利要求5所述的系统，其中所述控制器用模型化的或测得的相对湿度RH_％模型按照下式确定z_H2O来确定所述阳极再循环管线中的氢气浓度：

其中P_sat，H2O为水的分压，P_气体为阳极流出气体的分压。

7.权利要求6所述的系统，其中所述控制器根据下式确定所述阳极再循环管线中的氢气浓度：

8.确定燃料电池系统的阳极再循环管线中的氢气浓度的方法，所述燃料电池系统包括至少一个燃料电池，所述燃料电池具有通过阳极再循环管线连接的阳极入口和阳极出口，所述方法包括：

用注入装置为所述阳极入口提供新鲜氢气；

在所述阳极再循环管线中的第一位置检测来自所述注入装置的注入噪声；

在所述阳极再循环管线中距离所述第一位置已知距离的第二位置检测来自所述注入装置的所述注入噪声；以及

以在所述第一位置和第二位置检测到所述注入噪声之间的检测时间为基础，确定所述阳极再循环管线中的氢气浓度。