CN114628731B - 一种燃料电池系统气体进料装置及其控制方法 - Google Patents

一种燃料电池系统气体进料装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统气体进料装置及其控制方法，属于燃料电池系统控制技术领域，能够解决传统燃料电池系统中空气压缩机功耗较高，体积较大，从而导致样机很难小型化的问题。所述装置包括：空气压缩机，与自热重整反应器通过送气管道连接，用于输出压缩空气；流量检测件，设置在送气管道内，用于检测送气管道的压缩空气流量；第一测压件，设置在送气管道靠近自热重整反应器的一端，用于检测自热重整反应器的入口端压强；控制器，与空气压缩机连接，用于根据检测到的压缩空气流量和入口端压强调节空气压缩机的转速。本发明用于燃料电池系统气体进料控制。

Description

一种燃料电池系统气体进料装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统气体进料装置及其控制方法，属于燃料电池系统控制技术领域。
背景技术
近来，采用在线制氢技术手段的燃料电池系统受到广泛关注。针对采用部分氧化重整与自热重整碳氢燃料制氢的系统，对O/C比(即空气中含氧摩尔流率与燃料中含碳摩尔流率的比值)的控制要求严格，若O/C过高，反应放热剧烈，反应器温度过高，容易发生危险；若O/C过低，容易产生积碳，降低系统使用寿命。对于传统燃料电池系统，由于重整反应较为平稳，所以反应器中压力波动小；一般采用高压气体压缩机与质量流量控制计组合，即可对空气进料进行准确的控制。但是高压气体压缩机功耗较高，且体积较大，从而导致空气进料部件占用样机体积较大，样机很难小型化。
发明内容
本发明提供了一种燃料电池系统气体进料装置及其控制方法，能够解决传统燃料电池系统中空气压缩机功耗较高，体积较大，从而导致样机很难小型化的问题。
一方面，本发明提供了一种燃料电池系统气体进料装置，所述装置包括：空气压缩机，与自热重整反应器通过送气管道连接，用于输出压缩空气；流量检测件，设置在所述送气管道内，用于检测所述送气管道的压缩空气流量；第一测压件，设置在所述送气管道靠近所述自热重整反应器的一端，用于检测所述自热重整反应器的入口端压强；控制器，与所述空气压缩机连接，用于根据检测到的所述压缩空气流量和所述入口端压强调节所述空气压缩机的转速。
可选的，所述装置还包括第二测压件，所述第二测压件设置在所述送气管道靠近所述空气压缩机的一端，用于检测所述空气压缩机的出口端压强；所述控制器具体用于：根据检测到的所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
可选的，所述控制器具体用于：当所述入口端压强与所述出口端压强的压差的绝对值大于或等于预设阈值时，根据检测到的所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
可选的，所述空气压缩机的最大压力小于或等于100kPa。
可选的，所述流量检测件为流量传感器。
可选的，所述第一测压件和所述第二测压件均为压力传感器。
另一方面，本发明提供一种应用于上述任一种所述的燃料电池系统气体进料装置的控制方法，所述方法包括：获取所述送气管道的压缩空气流量和所述自热重整反应器的入口端压强；根据所述压缩空气流量和所述入口端压强调节所述空气压缩机的转速。
可选的，所述方法还包括：获取所述空气压缩机的出口端压强；所述根据所述压缩空气流量和所述入口端压强调节所述空气压缩机的转速，具体为：根据所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
可选的，所述根据所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速，具体为：当所述入口端压强与所述出口端压强的压差的绝对值大于或等于预设阈值时，根据检测到的所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明提供的燃料电池系统气体进料装置，通过设置低压头的空气压缩机，以及在压缩空气的送气管道上设置第一测压件和流量检测件，根据检测到的压缩空气流量和自热重整反应器的入口端压强实时调节空气压缩机的转速，这样可以对进入自热重整反应器中压缩空气的气体质量流量精确评估，并及时准确的调整低压头空气压缩机，从而提高燃料电池系统安全性与稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的燃料电池系统气体进料装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的燃料电池系统气体进料装置的控制方法流程图。
部件和附图标记列表：
11、空气压缩机；12、自热重整反应器；13、流量检测件；14、第一测压件；15、第二测压件。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明实施例提供了一种燃料电池系统气体进料装置，如图1所示，所述装置包括：空气压缩机11，与自热重整反应器12通过送气管道连接，用于输出压缩空气；流量检测件13，设置在送气管道内，用于检测送气管道的压缩空气流量；第一测压件14，设置在送气管道靠近自热重整反应器12的一端，用于检测自热重整反应器12的入口端压强；控制器，与空气压缩机11连接，用于根据检测到的压缩空气流量和入口端压强调节空气压缩机11的转速。
在实际应用中，流量检测件13可以为流量传感器；第一测压件14可以为压力传感器。
在本发明实施例中，空气压缩机11为低压头的空压机，空气压缩机11的最大压力小于或等于100kPa。
本发明提供的燃料电池系统气体进料装置，通过设置低压头的空气压缩机11，以及在压缩空气的送气管道上设置第一测压件14和流量检测件13，根据检测到的压缩空气流量和自热重整反应器12的入口端压强实时调节空气压缩机11的转速，这样可以对进入自热重整反应器12中压缩空气的气体质量流量精确评估，并及时准确的调整低压头空气压缩机11，从而提高燃料电池系统安全性与稳定性。
进一步的，所述装置还包括第二测压件15，第二测压件15设置在送气管道靠近空气压缩机11的一端，用于检测空气压缩机11的出口端压强；控制器具体用于：根据检测到的压缩空气流量、以及入口端压强与出口端压强的压差调节空气压缩机11的转速。其中，第二测压件15可以为压力传感器。
本发明采用低压头的空气压缩机11加两处压力传感器加流量传感器的方式完成。自热重整反应器12中压强发生变化时，可以通过读取两个压力传感器压强差结合流量传感器读数，对进入自热重整反应器12中气体质量流量精确评估，从而调整低压头的空气压缩机11达到准确控制效果。
在本发明实施例中，控制器具体用于：当入口端压强与出口端压强的压差的绝对值大于或等于预设阈值时，根据检测到的压缩空气流量、以及入口端压强与出口端压强的压差调节空气压缩机11的转速。
其中，预设阈值为预先设置的值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。
参考图1所示，当自热重整反应器12中压力变化较大(Δ>+20kPa或者Δ<-20kPa)由于第一测压件14先感受到压强变化，当自热重整反应器12压强变大时(Δ<-20kPa)，可根据第一测压件14与第二测压件15某一时刻差值结合此时刻流量检测件13检测的流量值，增大低压头的空气压缩机11控制开度(即增大转速)，从而快速补足空气进料流量。反之，当自热重整反应器12压强变小时(Δ>+20kPa)，根据第一测压件14与第二测压件15某一时刻差值结合此时刻流量检测件13检测的流量值，降低低压头的空气压缩机11控制开度(即减小转速)，从而快速降低空气过量进料流量。
本发明另一实施例提供一种应用于上述任一种所述的燃料电池系统气体进料装置的控制方法，如图2所示，所述方法包括：
步骤21、获取送气管道的压缩空气流量和自热重整反应器12的入口端压强。
步骤22、根据压缩空气流量和入口端压强调节空气压缩机11的转速。
进一步的，所述方法还包括：
获取空气压缩机11的出口端压强；
根据压缩空气流量和入口端压强调节空气压缩机11的转速，具体为：根据压缩空气流量、以及入口端压强与出口端压强的压差调节空气压缩机11的转速。
进一步的，根据压缩空气流量、以及入口端压强与出口端压强的压差调节空气压缩机11的转速，具体为：
当入口端压强与出口端压强的压差的绝对值大于或等于预设阈值时，根据检测到的压缩空气流量、以及入口端压强与出口端压强的压差调节空气压缩机11的转速。
上述控制方法中各步骤的具体描述可以参考装置侧对每个部件的描述，在此不再赘述，上述控制方法可以实现与装置侧同样的功能。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统气体进料装置，其特征在于，所述装置包括：
空气压缩机，与自热重整反应器通过送气管道连接，用于输出压缩空气；
流量检测件，设置在所述送气管道内，用于检测所述送气管道的压缩空气流量；
第一测压件，设置在所述送气管道靠近所述自热重整反应器的一端，用于检测所述自热重整反应器的入口端压强；
控制器，与所述空气压缩机连接，用于根据检测到的所述压缩空气流量和所述入口端压强调节所述空气压缩机的转速；
所述空气压缩机的最大压力小于或等于100kPa。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二测压件，所述第二测压件设置在所述送气管道靠近所述空气压缩机的一端，用于检测所述空气压缩机的出口端压强；
所述控制器具体用于：根据检测到的所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器具体用于：
当所述入口端压强与所述出口端压强的压差的绝对值大于或等于预设阈值时，根据检测到的所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流量检测件为流量传感器。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一测压件和所述第二测压件均为压力传感器。
6.一种应用于权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统气体进料装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述送气管道的压缩空气流量和所述自热重整反应器的入口端压强；
根据所述压缩空气流量和所述入口端压强调节所述空气压缩机的转速。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述空气压缩机的出口端压强；
所述根据所述压缩空气流量和所述入口端压强调节所述空气压缩机的转速，具体为：
根据所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速，具体为：
当所述入口端压强与所述出口端压强的压差的绝对值大于或等于预设阈值时，根据检测到的所述压缩空气流量、以及所述入口端压强与所述出口端压强的压差调节所述空气压缩机的转速。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62150662A (ja) * 1985-12-24 1987-07-04 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 常圧型燃料電池発電プラント
JPH02281569A (ja) * 1989-04-21 1990-11-19 Hitachi Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池発電プラント
JPH07142075A (ja) * 1993-11-15 1995-06-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電プラントの差圧制御装置
JPH07245117A (ja) * 1994-03-02 1995-09-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池発電設備
JP2004247117A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電プラントの差圧制御装置
CN1533621A (zh) * 2002-02-22 2004-09-29 日产自动车株式会社 燃料电池系统
CN103236555A (zh) * 2012-11-05 2013-08-07 华中科技大学 一种固体氧化物燃料电池系统及热电协同控制方法
CN108400358A (zh) * 2018-03-16 2018-08-14 新地能源工程技术有限公司 固体氧化物燃料电池焦炉气发电工艺及装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62150662A (ja) * 1985-12-24 1987-07-04 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 常圧型燃料電池発電プラント
JPH02281569A (ja) * 1989-04-21 1990-11-19 Hitachi Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池発電プラント
JPH07142075A (ja) * 1993-11-15 1995-06-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電プラントの差圧制御装置
JPH07245117A (ja) * 1994-03-02 1995-09-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池発電設備
CN1533621A (zh) * 2002-02-22 2004-09-29 日产自动车株式会社 燃料电池系统
JP2004247117A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電プラントの差圧制御装置
CN103236555A (zh) * 2012-11-05 2013-08-07 华中科技大学 一种固体氧化物燃料电池系统及热电协同控制方法
CN108400358A (zh) * 2018-03-16 2018-08-14 新地能源工程技术有限公司 固体氧化物燃料电池焦炉气发电工艺及装置

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