CN102956906A - 一种燃料电池阴极*** - Google Patents

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侯中军
王仁芳
戚朋
徐丽双
秦连庆
荣瑞
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Abstract

本发明公开了一种燃料电池阴极***，包括空气滤清器、空气流量计、空气压缩机、增湿器、燃料电池电堆、分水器和节气门，所述的空气滤清器通过管路依次空气流量计、空气压缩机和增湿器，所述的增湿器通过双向管路与燃料电池电堆连接，所述的增湿器还通过管路分别与节气门和分水器连接，所述的分水器的出口端通过管路与空气压缩机连接。由于本发明将阴极侧尾气回流至空气压缩机入口处，有效提高增湿，有助于反应后气体均匀增湿，改进了电池组各单节电池间气体分配，在怠速和低载条件下，可减小反应所需新鲜空气量，这样提高氧的利用率并解决了怠速低载条件下单节电压高的问题，流程简单，易于实现。

Description

一种燃料电池阴极***
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池阴极***。
背景技术
为保护环境，减少城市中的大气污染，以PEMFC（质子交换膜燃料电池）为动力的装置受到越来越多的关注，当PEMFC以纯氢为燃料时，它能达到真正的的“零”排放。目前PEMFC在交通、通讯等领域均有一定的应用。在燃料电池工作过程中，怠速及低载几乎在每个工况内都占有一定的时间比例，而怠速及低载状态对燃料电池本身的寿命又有很大的影响，因此优化怠速及低载下燃料电池工作状态就显得尤为重要了。在怠速低载条件下，又有三大问题需要解决：1、增湿问题；2、气体分配问题；3、怠速及低载单节电压高问题。现有技术在增湿方面为了弥补怠速增湿不足，在氢气侧引入了氢气回流装置；气体分配方面，怠速低载条件下，提高进气化学计量比，增大参与反应气体的流量；而针对怠速及低载条件下，单节电压高的问题，采用附加元件增加怠速及低载下的功耗，以提升燃料电池工作电流，从而降低燃料电池单节工作电压。
已有技术没有对怠速及低载三个问题的解决进行兼顾，阳极侧引入氢气回流装置，有效的解决了增湿问题，并没有改善阴极侧的气体分配问题；为解决气体分配问题，在怠速低载条件下，提高进气化学计量比的同时增大了参与反应气体的流量，提升了增湿问题解决的难度；而在解决单节电压高的的同时，提升了燃料电池***的辅助功耗，增加了燃料的消耗，降低了燃料的经济性。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能解决增湿问题，又能兼顾解决气体分配问题和怠速及低载单节电压高问题的燃料电池阴极***。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种燃料电池阴极***，包括空气滤清器、空气流量计、空气压缩机、增湿器、燃料电池电堆、分水器和节气门，所述的空气滤清器通过管路依次空气流量计、空气压缩机和增湿器，所述的增湿器通过双向管路与燃料电池电堆连接，所述的增湿器还通过管路分别与节气门和分水器连接，所述的分水器的出口端通过管路与空气压缩机连接。
本发明所述的节气门采用旋拧阀或位置开度可调阀。
本发明的工作原理如下：外界空气经空气滤清器、空气流量计进入空气压缩机，经空气压缩机加压后进入增湿器，空气经增湿器增湿后进入燃料电池电堆，增湿后的空气经燃料电池电堆反应后，再次进入增湿器，在增湿器内与反应后空气进行湿、焓转换，反应后空气从增湿器出来后，分成两个支路，其中一支路通过节气门排入环境中，另一支路经过分水器后回流至空气压缩机入口处。工作时，节气门关联空气流量计进行调节，直至新鲜空气进气量（空气流量计表示数）满足一定的化学计量比。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明将阴极侧尾气回流至空气压缩机入口处，因阴极侧尾气携带大量反应生成水，所以回流至空气压缩机入口处，可以有效提高增湿，有助于反应后气体均匀增湿；
2、由于本发明将阴极侧尾气回流至空气压缩机入口处，除反应所需新鲜空气外，进堆反应后气体还增加了回流部分气体量，因此改进了电池组各单节电池间气体分配；
3、由于本发明将阴极侧尾气回流至空气压缩机入口处，除反应所需新鲜空气外，进堆反应气体还增加了回流部分气体量，因此在怠速和低载条件下，可减小反应所需新鲜空气量，这样提高氧的利用率并解决了怠速低载条件下单节电压高的问题；
4、由于本发明将阴极侧尾气回流至空气压缩机入口处，流程简单，易于实现。
附图说明
本发明共有附图7张，其中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是现有技术入堆空气湿度随时间变化曲线。
图3是现有技术燃料电池电堆单节电压随时间变化曲线。
图4是现有技术燃料电池电堆巡检电压示意图（两节一检）。
图5是本发明入堆空气湿度随时间变化曲线。
图6是本发明燃料电池电堆单节电压随时间变化曲线。
图7是本发明燃料电池电堆巡检电压示意图（两节一检）。
图中：1、空气滤清器；2、流量计；3、空气压缩机；4、增湿器；5、燃料电池电堆；6、分水器；7、节气门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种燃料电池阴极***，包括空气滤清器1、空气流量计2、空气压缩机3、增湿器4、燃料电池电堆5、分水器6和节气门7，所述的空气滤清器1通过管路依次空气流量计2、空气压缩机3和增湿器4，所述的增湿器4通过双向管路与燃料电池电堆5连接，所述的增湿器4还通过管路分别与节气门7和分水器6连接，所述的分水器6的出口端通过管路与空气压缩机3连接。
本发明所述的节气门7采用旋拧阀或位置开度可调阀。
下面通过本发明的实施例与现有技术的对比例对本发明的有益效果进行说明。
现有技术的对比例：阴极侧流程如附图1所示，燃料电池电堆5为110节燃料电池堆。开启节气门7，截断分水器6所在支路，燃料电池运行电流6A，空气进气化学计量比7，氧浓度21%。维持稳定运行30min，记录空气湿度如图2的曲线所示，燃料电池电堆5平均单节电压如图3所示，燃料电池电堆5各节巡检电压如图4所示。
本发明的实施例：如图1所示，开启分水器6所在支路，逐渐关闭节气门7，直至新鲜空气进气量（流量计2示数）满足1.2的化学计量比。记录燃料电池运行电流6A，维持稳定运行30min，记录空气湿度如图5的曲线所示，燃料电池电堆5平均单节电压如图6所示，燃料电池电堆5各节巡检电压如图7所示。
从本发明的实施例和现有技术的对比例可以看出，本发明所采用燃料电池阴极***，同时可以兼顾低载怠速三大问题，有效提高阴极侧增湿，降低了单节电压，在分配上虽不及原流程，但仍能满足使用要求。

Claims (2)

1.一种燃料电池阴极***，其特征在于：包括空气滤清器（1）、空气流量计（2）、空气压缩机（3）、增湿器（4）、燃料电池电堆（5）、分水器（6）和节气门（7），所述的空气滤清器（1）通过管路依次空气流量计（2）、空气压缩机（3）和增湿器（4），所述的增湿器（4）通过双向管路与燃料电池电堆（5）连接，所述的增湿器（4）还通过管路分别与节气门（7）和分水器（6）连接，所述的分水器（6）的出口端通过管路与空气压缩机（3）连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池阴极***，其特征在于：所述的节气门（7）采用旋拧阀或位置开度可调阀。
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