[發明專利]一種燃料電池發動機的陽極氣體供應裝置及方法

在審

• 申請號: 202010187552.3
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111370734A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 李凱;殷聰;堯松;王仁康;鄭宏;鄒見效
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04119;H01M8/04225;H01M8/04228;H01M8/04302;H01M8/04303;H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/04746
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明公開了一種燃料電池發動機的陽極氣體供應裝置及方法，通過氫氣入口調壓支路、氣體入堆支路、空氣吹掃支路、氣體循環支路、氣體出堆支路和氣體尾排支路實現電堆的開機吹掃、氫氣循環、尾氣排放和關機吹掃，從而為燃料電池的正常運行提供足夠的氫氣流量、壓力和內部適宜濕度，這樣在不需要循環泵頻繁變載時實現燃料電池發動機高效率穩定運行，確保良好的發電特性，具有氫氣利用率高、尾氣排效果強等特點。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，更為具體地講，涉及一種燃料電池發動機的陽極氣體供應裝置及方法。

背景技術

近年來，隨著新能源技術的發展，質子交換膜燃料電池發電技術由于其能量密度高、零排放、可再生等優點備受矚目，質子交換膜燃料電池分為水循環冷卻和空氣冷卻型兩種，其中，水冷型燃料電池具有能量密度高，使用壽命長等特點，因此燃料電池在固定式發電裝置、新能源汽車等領域應用前景廣闊。

燃料電池發動機由陽極側氫氣和陰極側氧氣通過發生電化學反應產生電能，其中陽極側氫氣供應模塊負責為燃料電池陽極提供反應所需的氫氣，為使燃料電池發動機具有良好的輸出特性，運行過程中需要提供足夠的氫氣流量、壓力和適宜的濕度。現有技術中常見的關于燃料電池發動機陽極側氫氣供應裝置，大多通過進氣側閥門控制進氣流量和進氣壓力，通過出氣口閥門控制尾氣排放，通過串聯在進氣和排氣口中間的氫氣循環泵來實現氫氣的循環利用。現有技術中關于燃料電池發動機陽極氣體供應裝置只考慮了燃料電池發動機工作過程中正常的氫氣循環和尾氣排放，不但不能較好的控制燃料電池內部水氣平衡，而且還需要氫氣循環泵頻繁變載，使得控制復雜且容易導致其壽命衰減。因此尋求一種優化的燃料電池發動機的陽極氣體供應裝置，更有利于為燃料電池的正常運行提供足夠的氫氣流量、壓力和保持燃料電池內部適宜的濕度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種燃料電池發動機的陽極氣體供應裝置及方法，在燃料電池發動機正常運行時，提供足夠的氫氣流量、壓力和內部適宜濕度，還能確保燃料電池具有良好的發電特性并提高氫氣的利用率。

為實現上述發明目的，本發明一種燃料電池發動機的陽極氣體供應裝置，其特征在于，包括：氫氣入口調壓支路、氣體入堆支路、空氣吹掃支路、氣體循環支路、氣體出堆支路和氣體尾排支路；

所述氫氣入口調壓支路包括第一電磁閥和調壓裝置；第一電磁閥的輸入端連接氫氣供應管道，輸出端連接調壓裝置，氫氣通過氫氣供應管道輸入至第一電磁閥；調壓裝置由比例閥構成，通過控制比例閥的閥門開度來限制進氣端壓力和流量，調壓裝置輸出端連接氣體入堆支路，同時連接空氣吹掃支路輸出端和氣體循環支路輸出端。

所述氣體入堆支路上安裝有氣體溫度和壓力采集傳感器，主要為流進燃料電池發動機電堆的氫氣提供通道，并實時監測進堆氣體的壓力和溫度，作為反饋值來控制氫氣入口調壓支路的電磁閥和調壓裝置；所述氣體入堆支路輸入端和氫氣入口調壓支路輸出端、空氣吹掃支路輸出端和氣體循環支路輸出端連接，輸出端和發動機燃料電池堆氫氣進氣口直接連接；

所述空氣吹掃支路由第四電磁閥構成，負責空氣吹掃支路的氣流通斷，其輸入端直接和空氣供應管道相連接，輸出端和氫氣入口調壓支路的輸出端、氣體循環支路輸出端和氣體入堆支路的輸入端連接；

所述氣體循環支路由第二電磁閥構成，連接氣體出堆支路和氣體入堆支路，將出堆尾氣導流至入堆口，實現氫氣的循環利用；其輸入端和氣體出堆支路輸出端及氣體尾排支路輸入端相連接，輸出端和氫氣入口調壓支路的輸出端、空氣吹掃支路輸出端和氣體入堆支路的輸入端連接；

所述氣體出堆支路由氣體循環泵組成，其輸出端連接氣體循環支路輸入端和氣體尾排支路輸入端，其輸入端直接和發動機電堆陽極出氣口相接；正常工作模式下，利用循環泵將出口未反應完全的氫氣泵回入口，同時利用滲透到陽極的水為氫氣來加濕，增加電堆陽極側的壓力梯度，促進陽極側液態水的排出；