[发明专利]一种燃料电池阳极系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术，特别是一种燃料电池阳极系统。

背景技术

为保护环境，减少城市中的大气污染，以PEMFC（质子交换膜燃料电池）为动力的装置受到越来越多的关注，当PEMFC以纯氢为燃料时，它能达到真正的“零”排放。目前PEMFC在交通、通讯等领域均有一定的应用。为提高燃料电池组寿命，燃料电池阳极采用回流（尾气循环）的方式，即尾排湿氢气与反应干氢气进行混合进入燃料电池电堆，这样做有以下优点：①有助于反应气增湿；②增大氢气进堆计量比，改进电池组内各节单池间的气体分配；③易排放电化学反应产生的液态水。目前回流主要采用机械式回流（气源压力作动力，利用尾气循环）和电动回流两种方式。但机械式回流方式以气源压力作动力，不降低燃料电池系统效率，但在低载段，回流比（循环的尾气量与电池组电化学反应消耗的反应气量之比）低，回流效果不明显。而电动回流方式因回流介质为氢气，氢气密度低，在高载段，满足大流量、高压头的回流，需电动回流装置功耗大，体积大，噪音大，但电动回流可满足全工况回流。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既可以实现全工况回流，又可以实现低功耗、小体积、低噪音的燃料电池阳极系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种燃料电池阳极系统，包括氢过滤器、控制阀、文丘里管回流器、分水器、电动回流泵、电磁阀和背压阀，所述的氢过滤器经控制阀连接到文丘里管回流器，所述的文丘里管回流器的喷射端与电堆模块连接；所述的分水器的入口端与电堆模块连接、分水器的出口端与电动回流泵连接、分水器的存水端与电磁阀连接；所述的电动回流泵分别与文丘里管回流器的抽吸口端和背压阀连接；

所述的文丘里管回流器和电动回流泵的输出功率和回流比均按照回流比与电堆输出功率曲线选取，且保证在相同电堆输出功率情况下，工作点回流比不小于需求回流比；具体选取步骤如下：

A、文丘里管回流器的输出功率及回流比按电堆满负荷输出功率Pe₂及电堆满负荷输出时的回流比需求值Re₂进行选取；

B、选定文丘里管回流器后，从电堆满负荷输出功率Pe₂开始，按照功率P由大至小核对回流比R值，直到回流比R小于或等于需求回流比，并定义回流比R小于或等于需求回流比的电堆输出功率为电堆回流临界输出功率Pe₁，对应的回流比需求值为电堆回流临界输出时的回流比需求值Re₁；再按照电堆回流临界输出功率Pe₁及电堆回流临界输出时的回流比需求值Re₁选取电动回流泵的输出功率及回流比。

本发明所述的电堆回流临界输出功率Pe₁小于或等于电堆满负荷输出功率Pe₂的30%。

本发明所述的控制阀是质量流量控制器或压力控制器或开度可控的阀门。

本发明的工作原理如下：外界氢气源经氢过滤器进入控制阀，后进入文丘里管回流器喷射端，后进入电堆模块，发生电化学反应后，尾排氢气进入分水器进行分水处理，分水后氢气进电动回流泵，分成两个支路，一支路回到文丘里管回流器抽吸口端，另一支路进入背压阀；分水器存水端与电磁阀相连，通过电磁阀进行脉冲排放。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明将文丘里管回流器、电堆模块、分水器和电动回流泵按串联方式的连接，在电堆输出功率未达到文丘里管开始回流时的电堆输出功率值，由电动回流泵来进行回流；当达到文丘里管开始回流时的电堆输出功率值，由电动回流泵和文丘里管回流器共同实现回流，这样做即实现了全工况回流，在使用过程中，电动回流泵一直处于工作状态，不需要按功率切换控制，控制简单；

2、在现有技术相比，所选用电动回流泵输出功率必须满足满负荷Pe₂时使用要求，而本发明的电动回流泵仅是为了弥补文丘里管回流器在电堆输出功率≤Pe₁段的回流量不足，通常Pe₁≤30%Pe₂，因此只需选择小规格的回流泵即可，功耗低、体积小、低噪音；

3、本发明通过尾排氢气端背压阀的使用，可以控制电堆在稳态压力下工作，低、中、高压力均可；

4、本发明分水器存水端与电磁阀相连，电磁阀除起到排水控制阀的作用外，还起到电堆压力超压排放及安全压力保护的作用。

附图说明

本发明共有附图6张，其中：

图1是机械回流式的燃料电池阳极系统组成示意图。