[发明专利]一种甲醇燃料电池系统及控制其水热平衡运行的方法

权利要求书

1.一种甲醇燃料电池系统，其特征在于：包括电堆、阴极管理模块和阳极管理模块；所述阴极管理模块与电堆阴极出口相连接，依次包括第一散热模块、第一气液分离器和空气流量计；所述阳极管理模块包括可注入蒸馏水和甲醇燃料的第二气液分离器，还包括第二散热模块，所述第二气液分离器包括储液腔和分离腔，储液腔通过循环液泵与电堆阳极入口相连，电堆阳极出口与第二散热模块和分离腔依次相连通；所述第一气液分离器下端通过管路和补给泵与第二气液分离器的储液腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于：所述第一气液分离器包括液位计和带有隔板的气液分离腔。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于：所述第一散热模块和第二散热模块都包括一个散热器和一个散热风扇，风扇功率可调。

4.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于：所述第二气液分离器的分离腔中设有液位计，储液腔下端设有燃料入口，与甲醇桶、过滤器和甲醇计量泵通过管路连接。

5.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料电池系统，其特征在于：第一散热模块进口和出口处分别设置一温度传感器，第二散热器出口处设置一温度传感器。

6.一种控制权利要求1～5任一权利要求所述的系统水热平衡运行方法，其特征在于，包括如下步骤：确认各流量参数、组分及散热量的计算、以及系统运行水热平衡的调节，具体步骤如下：

S1：测量环境温度为T0(K)，测量电堆阴极出口温度T1(K)，测量阴极冷却后温度T2(K)，测量阳极冷对后温度T3，用流量计测量尾排气体流量q_p(L/min)，测量单位时间内第一气液分离器中得到的液体体积，即为流量q_w(ml/min)；

S2：组分及散热量的计算方法如下：

(1)空气质量流量：其中，

P_T2：T2温度下水的饱和蒸汽压力，Pa；

atm:环境压力,Pa；

(2)冷凝水量：其中，

P_T1：T1温度下水的饱和蒸汽压，Pa；

(3)冷却水量：m_Cool＝q_w*ρ_w-m_Cen，其中，

ρ_w：水的密度

(4)散热量的计算方法

a)空气冷却散热量计算方法：

Q_Air＝m_Air*C_Air*(T1-T2)

C_Air：空气的比热容

b)冷凝水散热量计算公式：

Q_Cen≈m_Cen*HT2

HT2：温度为T2时水的冷凝潜热

c)冷却水散热量计算方法：

Q_Cool＝m_Cool*Cw*(T1-T2)

C_w：水的比热容

d)总散热量计算方法：

Q_All＝Q_Air+Q_Cen+Q_Cool

S3：通过控制补给泵保证甲醇溶液的液位稳定；通过控制第二散热模块的散热风扇来控制T3，保证系统高温状态下处于恒定的温度运行；通过控制第一散热模块的散热风扇来控制T2，保证系统高温状态下满足水平衡要求。

7.根据权利要求6所述的一种水热平衡运行方法，其特征在于：通过调整风扇电压或风扇转速来控制散热功率，其中第一散热器风扇功率为Fan1＝f(T0，T1，T2，q_p，q_w)，第一散热器风扇功率为Fan2＝f(T0，T1，T3)。