[發(fā)明專利]一種用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的空側(cè)富氧循環(huán)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310183225.4
• 申請日: 2023-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN116404199A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海濤;方川;趙興旺;劉然;李飛強(qiáng);司宗正
• 申請（專利權(quán)）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04089
• 分類號(hào): H01M8/04089;H01M8/0606
• 代理公司: 北京共騰律師事務(wù)所 16031
• 代理人: 張靜

本發(fā)明提供了一種用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的空側(cè)富氧循環(huán)裝置，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)未能有效利用陰極氧化劑的問題。該裝置包括空氣循環(huán)支路、控制器以及并聯(lián)的空壓機(jī)供氣支路、氧氣儲(chǔ)罐供氣支路。空壓機(jī)供氣支路上設(shè)有空壓機(jī)。氧氣儲(chǔ)罐供氣支路上依次設(shè)有氧氣儲(chǔ)罐、減壓器、陰極引射器。空氣循環(huán)支路上依次設(shè)有尾排背壓閥、分水器、電磁閥V1。分水器的濕氣入口經(jīng)尾排背壓閥接電堆的空氣尾氣出口，其干氣出口一路接陰極引射器的引流入口，另一路接電磁閥V1。控制器用于根據(jù)入堆空氣氧濃度實(shí)時(shí)調(diào)整空壓機(jī)、電磁閥V1的運(yùn)行狀態(tài)，以使入堆空氣氧濃度始終維持在設(shè)定范圍內(nèi)。該裝置可有效降低富氧式固定發(fā)電的成本，且環(huán)境保護(hù)性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的空側(cè)富氧循環(huán)裝置。

背景技術(shù)

在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，氫氣在陽極催化劑作用下產(chǎn)生電子和質(zhì)子，質(zhì)子透過質(zhì)子膜在陰極和氧氣結(jié)合生成水和電子。其中，陰極側(cè)通入的高純氧氣經(jīng)反應(yīng)后在出堆處仍具有較高濃度的氧氣含量，直接排放浪費(fèi)了高質(zhì)量的陰極氧化劑。

現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)中，通過在陽極側(cè)增加循環(huán)泵或引射器等實(shí)現(xiàn)陽極側(cè)氣體循環(huán)再利用，提高燃料氫氣的使用效率，而在陰極側(cè)主要依賴空壓機(jī)，寄生功耗高，且效率低，目前，尚無富氧情況下的循化回收方案，使得富氧式固定發(fā)電的成本高且不環(huán)保。

專利CN115275275A的陰極循環(huán)技術(shù)是用于停機(jī)吹掃，采用低含氧量尾氣吹掃堆內(nèi)剩余水，除水同時(shí)避免堆內(nèi)氧含量升高，但并不能夠提高陰極氧化劑的利用率。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的空側(cè)富氧循環(huán)裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)未能有效利用陰極氧化劑的問題。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的空側(cè)富氧循環(huán)裝置，包括空壓機(jī)供氣支路、氧氣儲(chǔ)罐供氣支路、空氣循環(huán)支路，以及控制器；

空壓機(jī)供氣支路上設(shè)有空壓機(jī)；

氧氣儲(chǔ)罐供氣支路上依次設(shè)有氧氣儲(chǔ)罐、減壓器、陰極引射器；空壓機(jī)供氣支路與氧氣儲(chǔ)罐供氣支路并聯(lián)后接電堆的空氣進(jìn)口；

空氣循環(huán)支路上依次設(shè)有尾排背壓閥、分水器、電磁閥V1；電堆的空氣尾氣出口經(jīng)尾排背壓閥接分水器的濕氣入口；分水器的干氣出口一路接陰極引射器的引流入口，另一路接電磁閥V1以向外部環(huán)境排氣；

控制器，用于根據(jù)定時(shí)獲取的入堆空氣氧濃度調(diào)整空壓機(jī)、電磁閥V1的運(yùn)行狀態(tài)，以使入堆空氣氧濃度始終維持在設(shè)定范圍內(nèi)。

上述技術(shù)方案的有益效果如下：在電堆的陰極側(cè)采用引射器，將陰極側(cè)出堆后的富氧尾氣進(jìn)行循環(huán)回收利用，根據(jù)監(jiān)測的入堆空氣氧濃度，通過調(diào)整空壓機(jī)、電磁閥V1的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)富氧回流比，從而在提高陰極氧化劑的利用率的同時(shí)，降低燃料電池輔件功耗。該裝置可有效降低富氧式固定發(fā)電的成本，且環(huán)境保護(hù)性好，市場前景廣闊。

基于上述裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧氣儲(chǔ)罐供氣支路上還設(shè)有陰極主比例閥和陰極Bypass比例閥；其中，

氧氣儲(chǔ)罐的輸出端經(jīng)減壓器后一路經(jīng)陰極主比例閥接陰極引射器的射流入口，另一路經(jīng)陰極Bypass比例閥接陰極引射器的匯流出口；

控制器，還用于在需求的陰極電堆發(fā)電量低于設(shè)定的電量閾值時(shí)，開啟陰極主比例閥，關(guān)閉陰極Bypass比例閥，需求的陰極電堆發(fā)電量高于設(shè)定的電量閾值時(shí)，開啟陰極Bypass比例閥、陰極主比例閥。

進(jìn)一步，該空側(cè)富氧循環(huán)裝置還包括中冷器、增濕器；其中，

陰極引射器的匯流輸出、空壓機(jī)的輸出、陰極Bypass比例閥的輸出三者并聯(lián)后依次經(jīng)中冷器、增濕器的干側(cè)支路通入電堆的空氣入口。