CN113346108A - 一种发电站用燃料电池空气系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发电站用燃料电池空气系统及控制方法，发电站用燃料电池空气系统包括空气过滤器、空气存储设备和多个燃料电池模组；所述空气过滤器的进气口用于通入空气，所述空气过滤器的出气口与空气存储设备的进气口连通，多个所述燃料电池模组相并联，一端通过主管道与所述空气存储设备的出气口连通，另一端与排气管连通；各所述燃料电池模组包括依次通过分管道连接的空气流量计、比例阀和燃料电池模块，所述空气流量计位于所述比例阀和所述空气存储设备之间。本发明提出的技术方案的有益效果是：根据各流量计和分压力传感器的数据，控制各比例阀的开度，使进入各燃料电池模块的空气压力相等，使燃料电池系统空气路流体分配均匀。

Description

一种发电站用燃料电池空气系统及控制方法
技术领域
本发明涉及发电站技术领域，尤其涉及一种发电站用燃料电池空气系统及控制方法。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，我们对环境的改善需求也越来越迫切，传统的石油和煤炭对环境造成的危害与日俱增，新能源的替代迫在眉睫。氢能具有热值高、无污染和来源丰富的优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。从全球范围来看，世界主要发达国家从资源、环保等角度出发，都高度重视氢能技术和产业的发展氢能是最具发展前景的新能源之一，世界主要国家和能源企业加快氢能产业布局。
燃料电池发电站是燃料电池的一个重要应用方向，燃料电池发电站需要增加容量来满足大功率电力输出，发电站的功率一般都较大，如100MW，但是目前燃料电池系统的额定一般为100kW，使得并联燃料电池系统空气路流体分配不均匀。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种发电站用燃料电池空气系统及控制方法。
本发明的实施例提供一种发电站用燃料电池空气系统，包括空气过滤器、空气存储设备和多个燃料电池模组；
所述空气过滤器的进气口用于通入空气，所述空气过滤器的出气口与空气存储设备的进气口连通，多个所述燃料电池模组相并联，一端通过主管道与所述空气存储设备的出气口连通，另一端与排气管连通；
各所述燃料电池模组包括依次通过分管道连接的空气流量计、比例阀和燃料电池模块，所述空气流量计位于所述比例阀和所述空气存储设备之间。
进一步地，所述比例阀和所述燃料电池模块之间的分管道上设有分压力传感器，所述分压力传感器用于检测所述分管道的压力。
进一步地，所述主管道上设有主压力传感器，所述主压力传感器用于检测所述主管道上的压力。
进一步地，所述主压力传感器位于所述空气流量计和所述空气存储设备之间的所述主管道上。
进一步地，所述空气过滤器和所述空气存储设备之间连接有空压机。
进一步地，各所述分管道上连接有背压阀，所述背压阀位于所述燃料电池模块和所述排气管之间。
进一步地，所述排气管上设有消声器。
进一步地，所述燃料电池模块为单堆或多堆。
本发明的实施例还提供一种控制方法，利用上述发电站用燃料电池空气系统，包括以下步骤：
通过控制各比例阀的开度，控制进入各燃料电池模块的空气压力，各燃料电池模块的空气压力可由分压力传感器测得，根据各流量计和分压力传感器的数据，控制各比例阀的开度，使进入各燃料电池模块的空气压力相等，使燃料电池系统空气路流体分配均匀。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过控制各比例阀的开度，控制进入各燃料电池模块的空气压力，各燃料电池模块的空气压力可由分压力传感器测得，根据各流量计和分压力传感器的数据，控制各比例阀的开度，使进入各燃料电池模块的空气压力相等，使燃料电池系统空气路流体分配均匀。
附图说明
图1是本发明提供的发电站用燃料电池空气系统一实施例的结构示意图。
图中：空气过滤器1、空压机2、空气存储设备3、消声器4、主压力传感器5、主管道6、分管道7、排气管8、流量计Ei、比例阀C-i、分压力传感器P-i、燃料电池模块PACKi、背压阀D-i。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1，本发明的实施例提供一种发电站用燃料电池空气系统，包括空气过滤器1、空压机2、空气存储设备3、多个燃料电池模组和消声器4。
所述空气过滤器1的进气口用于通入空气，所述空气过滤器1的出气口与空气存储设备3的进气口连通，所述空气过滤器1和所述空气存储设备3之间连接有空压机2，过滤后的空气加压后存储在空气存储设备3中稳定压力。
多个所述燃料电池模组相并联，一端通过主管道6与所述空气存储设备3的出气口连通，另一端与排气管8连通，所述排气管8上设有消声器4，可以减小气体排出时的噪音。
各所述燃料电池模组包括依次通过分管道7连接的空气流量计Ei(i为燃料电池模组的数量)、比例阀C-i(i为燃料电池模组的数量)和燃料电池模块PACKi(i为燃料电池模组的数量)，所述燃料电池模块PACKi可以为单堆或多堆，所述空气流量计Ei位于所述比例阀C-i和所述空气存储设备3之间。所述比例阀C-i和所述燃料电池模块PACKi之间的分管道7上设有分压力传感器P-i，所述分压力传感器P-i用于检测所述分管道7的压力，通过控制比例阀C-i的开度可控制进入各分管道7的空气流量。
所述主管道6上设有主压力传感器5，所述主压力传感器5用于检测所述主管道6上的压力，所述主压力传感器5位于所述空气流量计Ei和所述空气存储设备3之间的所述主管道6上，可准确检测空气进入分管道7之前的压力。各所述分管道7上连接有背压阀D-i，所述背压阀D-i位于所述燃料电池模块PACKi和所述排气管8之间，结合比例阀C-i和背压阀D-i，可分别对进入各燃料电池模组的空气流量与压力独立进行控制。
燃料电池工作时，空气经过空气过滤器1，进入空压机2进行增压，然后进入空气存储设备3稳定压力，可利用主压力传感器5测量空气存储设备3的空气压力P，空气经过主压力传感器5后，分成N个空气支路(N为自然数，且N＞1)。多个燃料电池模组包含多个流量计E1、E2、E3...Ei、多个比例阀C-iC-1、C-2、C-3...C-i、多个分压力传感器P-iP-1、P-2、P-3...P-i、多个燃料电池模块PACK1、PACK2、PACK3...PACKi和多个背压阀D-1、D-2、D-3...D-i。燃料电池模组的数量最少为2个，且不限于2个，本实施例中，燃料电池模组的数量为4个。一部分空气经过流量计E1、比例阀C-1，进入燃料电池模块PACK1和背压阀D-1，最后汇流至排气管8；一部分空气经过流量计E2、比例阀C-2，进入燃料电池模块PACK2和背压阀D-2，最后汇流至排气管8；一部分空气经过流量计E3、比例阀C-3，进入燃料电池模块PACK3和背压阀D-3，最后汇流至排气管8；一部分空气经过流量计Ei、比例阀C-i，进入燃料电池模块PACKi和背压阀D-i，最后汇流至排气管8排向大气。
通过控制各比例阀C-i的开度，控制进入各燃料电池模块PACKi的空气压力，各燃料电池模块PACKi的空气压力可由分压力传感器P-i测得，根据各流量计Ei和分压力传感器P-i的数据，控制各比例阀C-i的开度，使进入各燃料电池模块PACKi的空气压力相等，分压力传感器P-i测量燃料电池模块PACKi的空气压力p，其中，P＝Np，使燃料电池系统空气路流体分配均匀。
通过控制比例阀C-i的开度K1和背压阀D-i的开度K2，然后进行解耦计算，使得可以独立控制进入PACKi的空气流量与压力，进入PACK2、PACK3、PACKi的空气流量与压力可以用相同的方法进行控制，进而使进入PACK1、PACK2、PACK3、PACKi的空气流量和压力相同。
一般地，发电站项目系统使用一个超大型空压机，同时向多个燃料电池模块供给空气，对于燃料电池系统功率变化，空气的流量需求也会相应变化，一般是通过改变空压机转速来调整空气的流量，但是空压机响应慢，使得燃料电池系统存在空气子系统动态响应过慢的问题。本发明的技术方案中，空压机和各燃料电池模块之间连接有比例阀，通过调节比例阀的开度，可代替改变空压机转速而进行流量调节，从而实现空气子系统动态的快速响应。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，包括空气过滤器、空气存储设备和多个燃料电池模组；
所述空气过滤器的进气口用于通入空气，所述空气过滤器的出气口与空气存储设备的进气口连通，多个所述燃料电池模组相并联，一端通过主管道与所述空气存储设备的出气口连通，另一端与排气管连通；
各所述燃料电池模组包括依次通过分管道连接的空气流量计、比例阀和燃料电池模块，所述空气流量计位于所述比例阀和所述空气存储设备之间。
2.如权利要求1所述的发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，所述比例阀和所述燃料电池模块之间的分管道上设有分压力传感器，所述分压力传感器用于检测所述分管道的压力。
3.如权利要求1所述的发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，所述主管道上设有主压力传感器，所述主压力传感器用于检测所述主管道上的压力。
4.如权利要求3所述的发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，所述主压力传感器位于所述空气流量计和所述空气存储设备之间的所述主管道上。
5.如权利要求1所述的发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，所述空气过滤器和所述空气存储设备之间连接有空压机。
6.如权利要求1所述的发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，各所述分管道上连接有背压阀，所述背压阀位于所述燃料电池模块和所述排气管之间。
7.如权利要求1所述的发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，所述排气管上设有消声器。
8.如权利要求1所述的发电站用燃料电池空气系统，其特征在于，所述燃料电池模块为单堆或多堆。
9.一种控制方法，其特征在于，利用如权利要求2所述的发电站用燃料电池空气系统，包括以下步骤：
通过控制各比例阀的开度，控制进入各燃料电池模块的空气压力，各燃料电池模块的空气压力可由分压力传感器测得，根据各流量计和分压力传感器的数据，控制各比例阀的开度，使进入各燃料电池模块的空气压力相等，使燃料电池系统空气路流体分配均匀。
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