本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)，包括氫過(guò)濾器、控制閥、文丘里管回流器、分水器、電動(dòng)回流泵、電磁閥和背壓閥，所述的氫過(guò)濾器經(jīng)文丘里管回流器與電堆模塊連接；所述電堆模塊經(jīng)分水器與電動(dòng)回流泵連接，所述的電動(dòng)回流泵分別與文丘里管回流器的抽吸口端和背壓閥連接。所述的文丘里管回流器和電動(dòng)回流泵的輸出功率和回流比均按照回流比與電堆輸出功率曲線(xiàn)選取。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)在電堆輸出功率未達(dá)到文丘里管開(kāi)始回流時(shí)的電堆輸出功率值，由電動(dòng)回流泵來(lái)進(jìn)行回流；當(dāng)達(dá)到文丘里管開(kāi)始回流時(shí)的電堆輸出功率值，由電動(dòng)回流泵和文丘里管回流器共同實(shí)現(xiàn)回流，這樣做即實(shí)現(xiàn)了全工況回流，在使用過(guò)程中，不需要按功率切換控制，控制簡(jiǎn)單。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種燃料電池技術(shù)，特別是一種燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
為保護(hù)環(huán)境，減少城市中的大氣污染，以PEMFC (質(zhì)子交換膜燃料電池)為動(dòng)力的裝置受到越來(lái)越多的關(guān)注，當(dāng)PEMFC以純氫為燃料時(shí)，它能達(dá)到真正的“零”排放。目前PEMFC在交通、通訊等領(lǐng)域均有一定的應(yīng)用。為提高燃料電池組壽命，燃料電池陽(yáng)極采用回流(尾氣循環(huán))的方式，即尾排濕氫氣與反應(yīng)干氫氣進(jìn)行混合進(jìn)入燃料電池電堆，這樣做有以下優(yōu)點(diǎn)①有助于反應(yīng)氣增濕增大氫氣進(jìn)堆計(jì)量比，改進(jìn)電池組內(nèi)各節(jié)單池間的氣體分配；③易排放電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的液態(tài)水。目前回流主要采用機(jī)械式回流(氣源壓力作動(dòng)力，利用尾氣循環(huán))和電動(dòng)回流兩種方式。但機(jī)械式回流方式以氣源壓力作動(dòng)力，不降低燃料電池系 統(tǒng)效率，但在低載段，回流比(循環(huán)的尾氣量與電池組電化學(xué)反應(yīng)消耗的反應(yīng)氣量之比)低，回流效果不明顯。而電動(dòng)回流方式因回流介質(zhì)為氫氣，氫氣密度低，在高載段，滿(mǎn)足大流量、高壓頭的回流，需電動(dòng)回流裝置功耗大，體積大，噪音大，但電動(dòng)回流可滿(mǎn)足全工況回流。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)要設(shè)計(jì)一種既可以實(shí)現(xiàn)全工況回流，又可以實(shí)現(xiàn)低功耗、小體積、低噪音的燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案如下一種燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)，包括氫過(guò)濾器、控制閥、文丘里管回流器、分水器、電動(dòng)回流泵、電磁閥和背壓閥，所述的氫過(guò)濾器經(jīng)控制閥連接到文丘里管回流器，所述的文丘里管回流器的噴射端與電堆模塊連接；所述的分水器的入口端與電堆模塊連接、分水器的出口端與電動(dòng)回流泵連接、分水器的存水端與電磁閥連接；所述的電動(dòng)回流泵分別與文丘里管回流器的抽吸口端和背壓閥連接；所述的文丘里管回流器和電動(dòng)回流泵的輸出功率和回流比均按照回流比與電堆輸出功率曲線(xiàn)選取，且保證在相同電堆輸出功率情況下，工作點(diǎn)回流比不小于需求回流比；具體選取步驟如下A、文丘里管回流器的輸出功率及回流比按電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率Pe2及電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出時(shí)的回流比需求值Re2進(jìn)行選??；B、選定文丘里管回流器后，從電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率Pe2開(kāi)始，按照功率P由大至小核對(duì)回流比R值，直到回流比R小于或等于需求回流比，并定義回流比R小于或等于需求回流比的電堆輸出功率為電堆回流臨界輸出功率Pe1，對(duì)應(yīng)的回流比需求值為電堆回流臨界輸出時(shí)的回流比需求值Re1 ;再按照電堆回流臨界輸出功率Pe1及電堆回流臨界輸出時(shí)的回流比需求值Re1選取電動(dòng)回流泵的輸出功率及回流比。本專(zhuān)利技術(shù)所述的電堆回流臨界輸出功率Pe1小于或等于電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率Pe2的30%。本專(zhuān)利技術(shù)所述的控制閥是質(zhì)量流量控制器或壓力控制器或開(kāi)度可控的閥門(mén)。本專(zhuān)利技術(shù)的工作原理如下外界氫氣源經(jīng)氫過(guò)濾器進(jìn)入控制閥，后進(jìn)入文丘里管回流器噴射端，后進(jìn)入電堆模塊，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后，尾排氫氣進(jìn)入分水器進(jìn)行分水處理，分水后氫氣進(jìn)電動(dòng)回流泵，分成兩個(gè)支路，一支路回到文丘里管回流器抽吸口端，另一支路進(jìn)入背壓閥；分水器存水端與電磁閥相連，通過(guò)電磁閥進(jìn)行脈沖排放。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下有益效果I、本專(zhuān)利技術(shù)將文丘里管回流器、電堆模塊、分水器和電動(dòng)回流泵按串聯(lián)方式的連接，在電堆輸出功率未達(dá)到文丘里管開(kāi)始回流時(shí)的電堆輸出功率值，由電動(dòng)回流泵來(lái)進(jìn)行回流；當(dāng)達(dá)到文丘里管開(kāi)始回流時(shí)的電堆輸出功率值，由電動(dòng)回流泵和文丘里管回流器共同實(shí)現(xiàn)回流，這樣做即實(shí)現(xiàn)了全工況回流，在使用過(guò)程中，電動(dòng)回流泵一直處于工作狀態(tài)，不需要按功率切換控制，控制間單；2、在現(xiàn)有技術(shù)相比，所選用電動(dòng)回流泵輸出功率必須滿(mǎn)足滿(mǎn)負(fù)荷Pe2時(shí)使用要求，而本專(zhuān)利技術(shù)的電動(dòng)回流泵僅是為了彌補(bǔ)文丘里管回流器在電堆輸出功率< Pe1段的回流量不 足，通常Pe1 ( 30%Pe2，因此只需選擇小規(guī)格的回流泵即可，功耗低、體積小、低噪音；3、本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)尾排氫氣端背壓閥的使用，可以控制電堆在穩(wěn)態(tài)壓力下工作，低、中、高壓力均可；4、本專(zhuān)利技術(shù)分水器存水端與電磁閥相連，電磁閥除起到排水控制閥的作用外，還起到電堆壓力超壓排放及安全壓力保護(hù)的作用。附圖說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)共有附圖6張，其中圖I是機(jī)械回流式的燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)組成示意圖。圖2是文丘里管回流器回流比與功率曲線(xiàn)圖。圖3是電動(dòng)回流式的燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)組成示意圖。圖4是電動(dòng)回流方式回流比與功率曲線(xiàn)圖。圖5是本專(zhuān)利技術(shù)的系統(tǒng)組成示意圖。圖6是本專(zhuān)利技術(shù)的回流比與功率曲線(xiàn)圖。圖中1、氫過(guò)濾器，2、控制閥，3、文丘里管回流器，4、分水器，5、電動(dòng)回流泵，6、電磁閥，7、背壓閥，8、電堆模塊，10、文丘里管回流器回流比與功率曲線(xiàn)，20、電動(dòng)回流泵回流比與功率曲線(xiàn)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖5-6所示，一種燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)，包括氫過(guò)濾器I、控制閥2、文丘里管回流器3、分水器4、電動(dòng)回流泵5、電磁閥6和背壓閥7，所述的氫過(guò)濾器I經(jīng)控制閥2連接到文丘里管回流器3，所述的文丘里管回流器3的噴射端與電堆模塊8連接；所述的分水器4的入口端與電堆模塊8連接、分水器4的出口端與電動(dòng)回流泵5連接、分水器4的存水端與電磁閥6連接；所述的電動(dòng)回流泵5分別與文丘里管回流器3的抽吸口端和背壓閥7連接；所述的文丘里管回流器3和電動(dòng)回流泵5的輸出功率和回流比均按照回流比與電堆輸出功率曲線(xiàn)選取，且保證在相同電堆輸出功率情況下，工作點(diǎn)回流比不小于需求回流比；具體選取步驟如下A、文丘里管回流器3的輸出功率及回流比按電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率Pe2及電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出時(shí)的回流比需求值Re2進(jìn)行選?。籅、選定文丘里管回流器3后，從電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率P2開(kāi)始，按照功率P由大至小核對(duì)回流比R值，直到回流比R小于或等于需求回流比，并定義回流比R小于或等于需求回流比的電堆輸出功率為電堆回流臨界輸出功率Pe1，對(duì)應(yīng)的回流比需求值為電堆回流臨界輸出時(shí)的回流比需求值Re1 ;再按照電堆回流臨界輸出功率Pe1及電堆回流臨界輸出時(shí)的回流比需求值Re1選取電動(dòng)回流泵5的輸出功率及回流比。本專(zhuān)利技術(shù)所述的電堆回流臨界輸出功率Pe1小于或等于電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率Pe2的30%。本專(zhuān)利技術(shù)所述的控制閥2是質(zhì)量流量控制器或壓力控制器或開(kāi)度可控的閥門(mén)。 本專(zhuān)利技術(shù)的工作原理如下外界氫氣源經(jīng)氫過(guò)濾器I進(jìn)入控制閥2，后進(jìn)入文丘里管回流器3噴射端，后進(jìn)入電堆模塊8，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后，尾排氫氣進(jìn)入分水器4進(jìn)行分水處理，分水后氫氣進(jìn)電動(dòng)回流泵5，分成兩個(gè)支路，一支路回到文丘里管回流器3抽吸口端，另一支路進(jìn)入背壓閥7 ;分水器4存水端與電磁閥6相連，通過(guò)電磁閥6進(jìn)行脈沖排放。下面通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的分析對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。圖I所示為采用機(jī)械式回流方式的燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)流程圖，氫過(guò)濾器I經(jīng)控制閥2連接到文丘里管回流器3，所述的文丘里管回流器3的噴射端與電堆模塊8連接；所述的分水器4的入口端與電堆模塊8連接、分水器4的出口端與文丘里管回流器3的抽吸口端和電磁閥6相連接。圖2所示為機(jī)械式回流方式中文丘里管回流器3回流比與功率曲線(xiàn)。圖中，R為回流比(循環(huán)的尾氣量與電池組電化學(xué)反應(yīng)消耗的反應(yīng)氣量之比)，P為電堆輸出功率，P。為該款文丘里管開(kāi)始回流時(shí)的電堆輸出功率值(這里假設(shè)氫氣通過(guò)電堆的壓差為60mbar ;氫氣流量和電堆輸出功率之間計(jì)算按單節(jié)電壓O. Sv進(jìn)行計(jì)算)。機(jī)械式回流方式以氣源壓力作動(dòng)力，不降低燃料電池系統(tǒng)效率，但在低載段，回流比(循環(huán)的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種燃料電池陽(yáng)極系統(tǒng)，其特征在于：包括氫過(guò)濾器（1）、控制閥（2）、文丘里管回流器（3）、分水器（4）、電動(dòng)回流泵（5）、電磁閥（6）和背壓閥（7），所述的氫過(guò)濾器（1）經(jīng)控制閥（2）連接到文丘里管回流器（3），所述的文丘里管回流器（3）的噴射端與電堆模塊（8）連接；所述的分水器（4）的入口端與電堆模塊（8）連接、分水器（4）的出口端與電動(dòng)回流泵（5）連接、分水器（4）的存水端與電磁閥（6）連接；所述的電動(dòng)回流泵（5）分別與文丘里管回流器（3）的抽吸口端和背壓閥（7）連接；所述的文丘里管回流器（3）和電動(dòng)回流泵（5）的輸出功率和回流比均按照回流比與電堆輸出功率曲線(xiàn)選取，且保證在相同電堆輸出功率情況下，工作點(diǎn)回流比不小于需求回流比；具體選取步驟如下：A、文丘里管回流器（3）的輸出功率及回流比按電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率Pe2及電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出時(shí)的回流比需求值Re2進(jìn)行選?。籅、選定文丘里管回流器（3）后，從電堆滿(mǎn)負(fù)荷輸出功率Pe2開(kāi)始，按照功率P由大至小核對(duì)回流比R值，直到回流比R小于或等于需求回流比，并定義回流比R小于或等于需求回流比的電堆輸出功率為電堆回流臨界輸出功率Pe1，對(duì)應(yīng)的回流比需求值為電堆回流臨界輸出時(shí)的回流比需求值Re1；再按照電堆回流臨界輸出功率Pe1及電堆回流臨界輸出時(shí)的回流比需求值Re1選取電動(dòng)回流泵（5）的輸出功率及回流比。...
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王仁芳，李丹，榮瑞，戚朋，侯中軍，徐麗雙，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：新源動(dòng)力股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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