一种空气循环的燃料电池系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空气循环的燃料电池系统，包括：燃料电池电堆，空气子系统，氢气子系统以及控制子系统；空气子系统中空气依次经过空气滤清器、空气压缩机、加湿中冷器以及第一引射器；第一引射器两端分别设置有电堆入口阀和引射器出口；引射器出口与燃料电池电堆的空气入堆口连通；第一引射器的内壁上形成有回流管，回流管连通燃料电池电堆出口；氢气子系统包括连通设置的第二引射器和水汽分离器；第二引射器与燃料电池电堆的阳极气体入堆口连通。本发明专利技术采用引射器进行回流循环；利用引射器将燃料电池空气路出堆口的空气引设到空气入堆口，从而增加空气子系统的过量比，并且加湿进气空气湿度，提高燃料电池性能。提高燃料电池性能。提高燃料电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种空气循环的燃料电池系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种空气循环的燃料电池系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池汽车技术迅速发展，燃料电池系统作为一种发电装置，将化学能转化成电能。氢燃料电池更是作为一种清洁能源，对环境友好，而受到广泛关注。
[0003]由于燃料电池系统的空气需要增湿，才能达到合适的电堆操作条件；而且，燃料电池的质子交换膜需要维持在合适的操作湿度下方能使燃料电池保持较高的效能。现有技术中的燃料电池系统存在以下问题：在空气路中通过膜增湿对空气加湿，造价较高，系统成本较高，对燃料电池系统中的水没有循环利用；此外，现有技术中无法对阳极和阴极中未反应气体进行循环利用。因此，有必要对现有技术中的燃料电池系统进行改进，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种空气循环的燃料电池系统。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种空气循环的燃料电池系统，包括：燃料电池电堆，空气子系统，氢气子系统以及控制子系统，其特征在于，
[0006]所述空气子系统中空气依次经过空气滤清器、空气压缩机、加湿中冷器以及第一引射器；所述第一引射器两端分别设置有电堆入口阀和引射器出口；所述引射器出口与所述燃料电池电堆的空气入堆口连通；所述第一引射器的内壁上形成有回流管，所述回流管连通所述燃料电池电堆出口；所述回流管通过调节阀连通有一排放管；所述加湿中冷器与位于所述调节阀输出端的所述排放管连通；
[0007]所述氢气子系统包括连通设置的第二引射器和水汽分离器；所述第二引射器与所述燃料电池电堆的阳极气体入堆口连通，所述水汽分离器与所述燃料电池电堆的阳极气体出堆口连通；
[0008]所述控制子系统对所述燃料电池中阳极和阴极中的气体流量或浓度和质子交换膜的湿度进行实时监测。
[0009]本专利技术一个较佳实施例中，所述燃料电池电堆出口的流体包括所述燃料电池电堆中未反应的空气和水的混合物。
[0010]本专利技术一个较佳实施例中，所述燃料电池电堆出口的流体中的水来源于：所述燃料电池电堆阳极反应产生的水和由所述第一引射器加湿后的空气带入的水。
[0011]本专利技术一个较佳实施例中，所述燃料电池电堆的阳极气体出堆口的流体包括所述燃料电池电堆中未反应的阳极气体和水的混合物。
[0012]本专利技术一个较佳实施例中，所述水汽分离器与位于所述调节阀输出端的所述排放管连通。
[0013]本专利技术提供了一种空气循环的燃料电池系统的控制方法，包括以下步骤：
[0014]S1、启动燃料电池系统，待燃料电池系统进入稳定状态，控制子系统对燃料系统进行实时监测；
[0015]S2、通过第二引射器将阳极气体出堆口的流体引射至水汽分离器，经过气水分离后的未反应的阳极气体，与第二引射器输入端喷射的气体混合后，导入燃料电池电堆阳极，增加氢气子系统中阳极气体的流量和浓度；
[0016]S3、检测到燃料电池电堆阳极中阳极气体的流量增加时，空气子系统将大气环境的空气经过过滤、压缩以及冷却后，空气在经过第一引射器时与回流路中引射的部分流体混合，增加了进气空气的流量，且增加了进气空气的湿度，增加空气子系统的过量比，进而调节燃料电池电堆中质子交换膜的湿度。
[0017]本专利技术一个较佳实施例中，在所述S3中，调节阀的调节开度依据是，使得燃料电池电堆阳极和阴极中的气体浓度匹配达到燃料电池电堆适宜的操作反应条件。
[0018]本专利技术一个较佳实施例中，在所述S3中，所述空气出堆口中部分流体通过回流管回流至所述第一引射器中，所述空气出堆口中另一部分流体通过调节阀输出至排水管排放。
[0019]本专利技术一个较佳实施例中，所述第一引射器和所述第二引射器的输入端和输出端尺寸均为38～100mm。
[0020]本专利技术一个较佳实施例中，所述第二引射器的回流管的尺寸为10～50mm。
[0021]本专利技术解决了
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术具备以下有益效果：
[0022](1)本专利技术中在空气子系统和氢气子系统中均采用引射器进行回流循环；其中，第一引射器在引射阳极中未反应气体和水，在分离水后，未反应气体循环利用至氢气子系统中，增加了阳极气体的流量，减少了处理未反应气体的成本，同时增加燃料电池的性能；第二引射器直接引射了阴极中未反应气体和水，增加了进气空气的流量，增加空气子系统的过量比。
[0023](2)本专利技术中第二引射器将燃料电池空气路出堆口的空气引射到空气入堆口，还能增加进气空气的湿度，进而调节燃料电池电堆中质子交换膜的湿度，进一步提高燃料电池系统的性能。
[0024](3)本专利技术通过氢气子系统和空气子系统中气体流量或浓度的控制，且两者协同控制，保证燃料电池系统中阳极气体和空气的配比满足燃料电池保持较高效能，实现智能控制燃料电池系统。
[0025](4)本专利技术对现有技术中的引射器做出改进，分别加大引射本体进出口的结构尺寸，缩小回流入口尺寸，使得回流管能够容易地吸取流体，使得该引射器适用于燃料电池系统的空气子系统和氢气子系统中，并满足空气子系统和氢气子系统的引射要求，提升引射器引射液态的功能。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图；
[0027]图1是本专利技术的优选实施例的空气循环的燃料电池系统的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术的优选实施例的第一引射器或第二引射器的结构示意图；
[0029]图中：1、燃料电池电堆；2、空气子系统；21、空气滤清器；22、空气压缩机；23、加湿中冷器；24、第一引射器；241、引射器本体；242、电堆入口阀；243、回流管；244、混合室；245、扩压室；25、调节阀；26、排放管；3、氢气子系统；31、第二引射器；32、水汽分离器；4、散热子系统。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0032]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气循环的燃料电池系统，包括：燃料电池电堆，空气子系统，氢气子系统以及控制子系统，其特征在于，所述空气子系统中空气依次经过空气滤清器、空气压缩机、加湿中冷器以及第一引射器；所述第一引射器两端分别设置有电堆入口阀和引射器出口；所述引射器出口与所述燃料电池电堆的空气入堆口连通；所述第一引射器的内壁上形成有回流管，所述回流管连通所述燃料电池电堆出口；所述回流管通过调节阀连通有一排放管；所述加湿中冷器与位于所述调节阀输出端的所述排放管连通；所述氢气子系统包括连通设置的第二引射器和水汽分离器；所述第二引射器与所述燃料电池电堆的阳极气体入堆口连通，所述水汽分离器与所述燃料电池电堆的阳极气体出堆口连通；所述控制子系统对所述燃料电池中阳极和阴极中的气体流量或浓度和质子交换膜的湿度进行实时监测。2.根据权利要求1所述的一种空气循环的燃料电池系统，其特征在于：所述燃料电池电堆出口的流体包括所述燃料电池电堆中未反应的空气和水的混合物。3.根据权利要求2所述的一种空气循环的燃料电池系统，其特征在于：所述燃料电池电堆出口的流体中的水来源于：所述燃料电池电堆阳极反应产生的水和由所述第一引射器加湿后的空气带入的水。4.根据权利要求1所述的一种空气循环的燃料电池系统，其特征在于：所述燃料电池电堆的阳极气体出堆口的流体包括所述燃料电池电堆中未反应的阳极气体和水的混合物。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一焱，赵书飞，庞深，
申请(专利权)人：苏州氢澜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：