[發明專利]一種質子交換膜燃料電池陽極脈沖排水系統及其工作方法

有效

• 申請號: 201010565900.2
• 申請日: 2010-11-29
• 公開（公告）號: CN102035001A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 王仁芳;侯中軍;于長云;戚朋
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種質子交換膜燃料電池陽極脈沖排水系統，包括氫氣儲罐(1)、一級減壓閥(2)、二級減壓閥(3)、進氣電磁閥(8)和燃料電池電堆(9)，其特征在于：該系統還包括尾排電磁閥(10)和輔助電磁閥(7)；氫氣來源于氫氣儲罐(1)，經一級減壓閥(2)進入二級減壓閥(3)和輔助電磁閥(7)，所述的輔助電磁閥(7)與二級減壓閥(3)并聯；氫氣經二級減壓閥(3)和輔助電磁閥(7)后合并進入進氣電磁閥(8)，再進入燃料電池電堆(9)，最后進入尾排電磁閥(10)，將尾氣排放至外界。

2.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池陽極脈沖排水系統，其特征在于：所述的二級減壓閥(3)可以更換為流量控制器(4)或壓力控制器(5)或位置開度可調閥(6)。

3.一種質子交換膜燃料電池陽極脈沖排水系統的工作方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、燃料氫氣由氫氣儲罐(1)提供，經一級減壓閥(2)減壓，再進入二級減壓閥(3)減壓至燃料電池系統所需壓力，輔助電磁閥(7)與二級減壓閥(3)并聯使用，氫氣同時進入輔助電磁閥(7)與二級減壓閥(3)，為燃料電池電堆供氣；

B、燃料氫氣同時通過并聯的輔助電磁閥(7)與二級減壓閥(3)后，再經進氣電磁閥(8)進入電堆(9)，最后通過尾排電磁閥(10)進行排放；尾排電磁閥(10)的排放采用脈沖排放方式，在脈沖排放瞬間，反應氣在流場內流動線速度達到一定值，依靠反應氣吹掃出電堆反應生成水。

4.根據權利要求3所述的一種質子交換膜燃料電池陽極脈沖排水系統的工作方法，其特征在于：所述的反應氣在流場內流動線速度達到一定值是指反應氣在流場內流動線速度大于或等于5m/s。

5.根據權利要求3所述的一種質子交換膜燃料電池陽極脈沖排水系統的工作方法，其特征在于：所述的尾排電磁閥(10)進行脈沖排放時，與輔助電磁閥(7)采用與尾排電磁閥(10)同步同脈沖排放周期的控制方法，實行同流量控制；即尾排電磁閥(10)與輔助電磁閥(7)的開關周期相同、控制占空比相同。

6.根據權利要求5所述的一種質子交換膜燃料電池陽極脈沖排水系統的工作方法，其特征在于：所述的尾排電磁閥(10)與輔助電磁閥(7)通過采用流量系數Cv值匹配的方法，實現流量同步控制；

所述的流量系數Cv值是尾排電磁閥(10)與輔助電磁閥(7)的重要參數，它反映調節閥的能力或容量，通過已知尾排電磁閥(10)的流量系數Cv值，確定輔助電磁閥(7)的流量系數Cv值，具體步驟如下：

B1、參照流量系數Cv值理論計算式，初步確定輔助電磁閥(7)流量系數Cv值參考值理論計算值Cthv；

B2、根據試驗條件，理論計算得出輔助電磁閥(7)的流量系數Cv值Cthv，選取流量系數Cv值接近Cthv但不小于Cthv的輔助電磁閥(7)進行試驗修正；

B3、將尾排電磁閥(10)與輔助電磁閥(7)進行連接：試驗中為對電堆(9)進行保護，當電堆(9)壓力達到電堆保護極限壓力時，尾排電磁閥(10)常開，關閉輔助電磁閥(7)，電堆降載；在測試過程中，如壓力傳感器(11)顯示值呈上升狀態，表明輔助電磁閥(7)的Cthv理論計算值偏大，采用不同孔徑的孔板對其進行修正，直至壓力傳感器(11)顯示值恒定；如壓力傳感器(11)顯示值呈下降狀態，表明輔助電磁閥(7)的Cthv理論計算值偏小，此時微調一級減壓閥(2)，使其開度緩慢增大，直至壓力傳感器(11)顯示值恒定，記錄一級減壓閥(2)出口壓力，重新計算流量系數Cv值；重復上述步驟，直至壓力傳感器(11)顯示值恒定。