CN115632140A - 质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，属于燃料电池技术领域，包括空气供应加湿系统、氢气供应系统及废气‑液回流系统，空气流经空气供应加湿系统的压气机压缩并加湿后进入燃料电池组的阴极；氢气经氢气供应系统加湿后进入燃料电池组的阳极，燃料电池组阴极排放的废气和废液经废气‑液回流系统气液分离后，分离出的液态水经空气加湿模块供给压气机；燃料电池组自带散热系统。本发明采用湿压缩技术有效减小压气机的压缩功，在实现对燃料电池阴极废气能量回收的同时，利用废液对压气机的空气加湿并进行湿压缩，以降低空气压缩功、提高离心压气机运行效率，减少空压机的寄生功耗，进而提升燃料电池系统效率和能量利用率。

Description

质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

由于质子交换膜燃料电池工作过程中的运行温度一般为75℃-80℃。燃料电池在该温度区间工作下质子交换膜内部水分大量蒸发，会导致燃料电池内部电阻显著增加。当燃料电池质子交换膜长时间处于干燥状态时，会发生不可逆的降解，大大降低了燃料电池质子交换膜的寿命。另外，在质子交换膜燃料电池系统中离心空压机的功耗占比较高，导致燃料电池的输出降低。

鉴于以上原因，需要根据燃料电池不同的工作条件，对燃料电池阴极进气加湿可使质子交换膜燃料保持在目标湿度。目前，对于质子交换膜燃料电池阴极排放产物的处理，大都是直接以废气和废水的形式排掉，废气和废水并没有得到回收利用，排放的废气和废水如果不加以处理就会对周围环境造成污染。因此，急需研发一种既能够降低空压机的功耗、又能够回收阴极排放产物的技术方案，来提升质子交换膜燃料电池的输出特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，旨在解决现有技术中质子交换膜燃料电池阴极排放产物排放导致环境污染、空压机功耗较高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，包括用以向燃料电池组加湿的空气供应加湿系统、用以向燃料电池组供应氢气的氢气供应系统及用以回收燃料电池组排放废气和废液的废气-液回流系统，空气流经空气供应加湿系统的压气机压缩并加湿后进入燃料电池组的阴极；氢气经氢气供应系统加湿后进入燃料电池组的阳极，所述燃料电池组阴极排放的废气和废液经废气-液回流系统气液分离后，分离出的液态水经空气加湿模块供给压气机；所述燃料电池组还设有散热系统。

优选的，所述空气供应加湿系统包括沿着空气管路流向依次布置的空气过滤器、压气机、中冷器及空气加湿器，通过空气管路输送的空气经过滤器过滤后进入压气机压缩，再经中冷器降温、加湿器加湿后进入燃料电池组的阴极。

优选的，所述压气机为离心压气机，所述空气过滤器与离心压气机之间设有空气流量计和第一湿度表，所述中冷器与空气加湿器之间设有第二湿度表，用以计量空气流量及空气流经离心压气机和中冷器前后的湿度。

优选的，所述氢气供应系统包括沿着氢气管路流向依次布置的压力调节阀、氢气流量计及氢气加湿器，储氢罐内的氢气经调压及加湿后进入燃料电池组的阳极，所述氢气流量计用以计量氢气流量。

优选的，所述废气-液回流系统包括背压阀、气液分离器、涡轮机、换热器及与空气加湿模块相连的冷却除液分离器，所述氢气管路贯穿换热器加热氢气；所述燃料电池组阴极排放的废气和废液经背压阀调压后，进入气液分离器将气体与液态水分离开，分离出的废气经涡轮机回收实现对离心压气机的功率补偿，废气经涡轮机增压后进入换热器；所述气液分离器分离出的液态水与涡轮机的排气混合形成气水混合液，气水混合液经换热器降温后进入冷却除液分离器再次进行气液分离，所述冷却除液分离器分离出的液态水经空气加湿模块雾化后进入离心压气机。

优选的，电机及涡轮机均与离心压气机相连，用以驱动离心压气机；所述涡轮机及离心压气机的出口管路上均设有温度表和压力表，所述涡轮机的出口管路上还设有湿度表和废气流量计。

优选的，所述氢气管路上还设有喷射器，所述喷射器的进口端与氢气管路上的压力调节阀出口相连，所述喷射器的出口端与氢气流量计的进口相连，所述燃料电池组的阳极排出的多余氢气与喷射器的喉管相连，利用喷射器能够将多余的氢气混合到氢气管路中。

优选的，所述空气加湿模块包括储水箱、补液循环泵、雾化水流量调节单元及雾化水供给泵，所述冷却除液分离器的出液口与雾化水流量调节单元相连；所述补液循环泵设置于储水箱的出水口与雾化水流量调节单元进水口之间的管路上，所述雾化水供给泵设置于雾化水流量调节单元与离心压气机之间的管路上，所述补液循环泵及雾化水供给泵的出水口分别设有第一电动调节阀和第二电动调节阀；所述雾化水供给泵的出水管路末端设有雾化喷头，用以向离心压气机内喷射雾化的去离子水。

优选的，通过空气加湿模块控制离心压气机湿压缩过程中的目标注射比β，通过目标注射比β的初步设定，利用公式(1)至公式(4)推算出燃料电池组阴极废液回收量m_tot，l与目标注射比β之间的关系：

P_v＝P_satRH_t，out (1)

P_v——水蒸气分压，

P_sat——燃料电池组运行温度T下的饱和蒸汽压，单位为Pa；

RH_t,out——涡轮机出口处相对湿度；

y_v——冷却除液分离器在气液冷却分离过程水蒸气比重，

α——冷却除液分离器控制系数，

M_v——水蒸气摩尔质量，

P_t,out——涡轮机出口处压力，

M_a——空气摩尔质量，

m_tot，l＝m_l+m_t，tot，y_v (3)

m_tot,l——废液回收量，

m_l——气液分离器下游管路液态水质量流量，

m_inj＝m_tot，l-βm_dp (4)

m_inj——目标注射水量，

β——目标注射比，

m_dp——离心压气机设计点质量流量；

所述目标注射比范围为0.5％-2％，根据目标注射比推算出目标注射水量与废液回收量的关系来控制雾化水供给泵出口电动调节阀的开度，进而控制离心压气机注液量大小。

优选的，所述雾化水供给泵的出水管路分两路，两路出水管路的末端分别设置第一雾化喷头和第二雾化喷头；所述第一雾化喷头和第二雾化喷头分别设置于离心压气机的机罩壳子午流道方向5％与50％轮缘位置，用以对离心压气机二次湿压缩；所述第一雾化喷头和第二雾化喷头分别由两个子喷头组成，并按对称方式布置在机罩壳中心四周。

所述第一雾化喷头和第二雾化喷头的进口端分别设有第一流量调节阀和第二流量调节阀，两个流量调节阀的阀门开度由初步设定的气液比系数f1和气液比系数f2进行调控；通过气液比系数f1与f2评估离心压气机工作效率。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过空气供应加湿系统的压气机向燃料电池组加湿、利用氢气供应系统向燃料电池组供应氢气，以及利用废气-液回流系统回收燃料电池组排放废气和废液，分离出的液态水经空气加湿模块供给压气机，采用湿压缩技术有效减小压气机的压缩功。本发明能够在实现对燃料电池阴极废气能量回收的同时，利用废液对压气机不同位置的空气加湿并进行湿压缩，以降低空气压缩功、提高离心压气机运行效率，减少空压机的寄生功耗，进而提升燃料电池系统效率和能量利用率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例提供的一种质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中空气加湿模块的结构示意图；

图3是本发明中雾化水流量调节单元的调控原理图；

图4是本发明实施例中子喷头在离心压气机的机罩壳内的布置示意图；

图5是本发明实施例中离心压气机加湿流程示意图；

图中：1-过滤器，2-空气流量计，3-第一湿度表，4-离心压气机，5-中冷器，6-第二湿度表，7-空气加湿器，8-散热器，9-冷却水循环泵，10-燃料电池组，11-背压阀，12-气液分离器，13-涡轮机，14-换热器，15-冷却除液分离器，16-空气加湿模块，161-储水箱，162-液位计，163-补液循环泵，164-第一电动调节阀，165-雾化水流量调节单元；17-雾化水供给泵，18-第二电动调节阀，19-储氢罐，20-压力调节阀，21-喷射器，22-氢气流量计，23-氢气加湿器，24-电机，25-第一流量调节阀，26-第二流量调节阀；27-子喷头，28-机罩壳。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见1，本发明提供的一种质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，包括用以向燃料电池组10加湿的空气供应加湿系统、用以向燃料电池组10供应氢气的氢气供应系统及用以回收燃料电池组10排放废气和废液的废气-液回流系统，空气流经空气供应加湿系统的压气机压缩并加湿后进入燃料电池组10的阴极；氢气经氢气供应系统加湿后进入燃料电池组10的阳极，所述燃料电池组10阴极排放的废气和废液经废气-液回流系统气液分离后，分离出的液态水经空气加湿模块16供给压气机；所述燃料电池组10还设有散热系统，散热系统包括冷却水循环泵9、散热器8及连接燃料电池组10上下端的循环管路，所述冷却水循环泵9和散热器8均设置于循环管路上。利用空气供应加湿系统的压气机及氢气供应系统向燃料电池组加湿及补充氢气，同时利用废气-液回流系统可将燃料电池组排出的废气废液进行回收后并气液分离，再经空气加湿模块输送至压气机，可以降低空气压缩功，提高压气机运行效率，减少压气机的寄生功耗，在实现对燃料电池阴极废气能量回收的同时，提升燃料电池系统效率和能量利用率，使系统输出特性得到显著提升。

在本发明的应该具体实施例中，如图1所示，所述空气供应加湿系统包括沿着空气管路流向依次布置的空气过滤器1、压气机、中冷器5及空气加湿器7，通过空气管路输送的空气经过滤器1过滤后进入压气机压缩，再经中冷器5降温、加湿器7加湿后进入燃料电池组10的阴极。其中，所述压气机为离心压气机4，所述空气过滤器1与离心压气机4之间设有空气流量计2和第一湿度表3，所述中冷器5与空气加湿器7之间设有第二湿度表6，用以计量空气流量及空气流经离心压气机4和中冷器5前后的湿度。

具体制作时，所述氢气供应系统包括沿着氢气管路流向依次布置的压力调节阀20、氢气流量计22及氢气加湿器23，储氢罐19内的氢气经调压及加湿后进入燃料电池组10的阳极，所述氢气流量计22用以计量氢气流量。

作为一种优选结构，所述废气-液回流系统包括背压阀11、气液分离器12、涡轮机13、换热器14及与空气加湿模块16相连的冷却除液分离器15，所述氢气管路贯穿换热器14加热氢气；所述燃料电池组10阴极排放的废气和废液经背压阀11调压后，进入气液分离器12将气体与液态水分离开，分离出的废气经涡轮机13回收实现对离心压气机4的功率补偿，废气经涡轮机13增压后进入换热器14；所述气液分离器12分离出的液态水与涡轮机13的排气混合形成气水混合液，气水混合液经换热器14降温后进入冷却除液分离器15再次进行气液分离，所述冷却除液分离器15分离出的液态水经空气加湿模块16雾化后进入离心压气机4。具体制作时，冷却除液分离器采用在现有气液分离器外部包裹通有冷却介质的夹层，起到冷器降温的作用。

进一步优化上述技术方案，如图1所示，电机24及涡轮机13均与离心压气机4相连，用以驱动离心压气机4。利用电机与涡轮机共同驱动离心压气机进行湿空气压缩，利用涡轮回收废气能量后，可减少电机的输入功。所述涡轮机13及离心压气机4的出口管路上均设有温度表和压力表，所述涡轮机13的出口管路上还设有湿度表和废气流量计，方便计量离心压气机出口的温度和压力、以及涡轮机出口的气流湿度、压力和流量。

作为一种优选方案，如图1所示，所述氢气管路上还设有喷射器21，所述喷射器21的进口端与氢气管路上的压力调节阀20出口相连，所述喷射器21的出口端与氢气流量计22的进口相连，所述燃料电池组10的阳极排出的多余氢气与喷射器21的喉管相连，利用喷射器21能够将多余的氢气混合到氢气管路中。利用喷射器可回收利用燃料电池组的多余氢气，减少氢气消耗量。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，所述空气加湿模块16包括储水箱161、补液循环泵163、雾化水流量调节单元165及雾化水供给泵17，所述冷却除液分离器15的出液口与雾化水流量调节单元165相连；所述补液循环泵163设置于储水箱161的出水口与雾化水流量调节单元165进水口之间的管路上，所述雾化水供给泵17设置于雾化水流量调节单元165与离心压气机4之间的管路上，所述补液循环泵163及雾化水供给泵17的出水口分别设有第一电动调节阀164和第二电动调节阀18；所述雾化水供给泵17的出水管路末端设有雾化喷头，用以向离心压气机4内喷射雾化的去离子水。其中，储水箱上还设有液位计162，方便监控储水箱内部去离子水的液位高低。利用上述结构的空气加湿模块可将冷却除液分离器分离出的液态水协同储水箱内的去离子水经雾化水供给泵输送至离心压气机内，借助雾化喷头雾化后对离心压气机补充湿空气。

利用雾化水供给泵17用以对离心压气机注射水量供给与雾化程度的调控，利用雾化水流量调节单元对离心压气机4的补充液进行调控，如图3所示。雾化水流量调节单元165的上端入口与冷却除液分离器15出口管路A相连、下端出口连接储水箱161、右端进口连接第一电动调节阀164出口管路B、左端出口连接雾化水供给泵的进口。图3表示回收废液与补充的液态水(去离子水)流动关系示意图，图中黑色箭头代表回收的废液流向、白色箭头代表需要补液的液态水流向。通过第一电动调节阀164及冷却除液分离器15的出口阀来调控回收废液与补充的去离子水的流量。

在本发明的一个具体实施例中，所述雾化水供给泵的出水管路分两路，两路出水管路的末端分别设置第一雾化喷头和第二雾化喷头；所述第一雾化喷头和第二雾化喷头分别设置于离心压气机的子午流道方向5％与50％轮缘位置，用以对离心压气机二次湿压缩；如图4所示，所述第一雾化喷头和第二雾化喷头分别由两个子喷头27组成，并按对称方式布置在机罩壳28中心的四周。

通过空气加湿模块16控制离心压气机4湿压缩过程中的目标注射比β，通过目标注射比β的初步设定，利用公式(1)至公式(4)推算出燃料电池组阴极废液回收量m_tot，l与目标注射比β之间的关系：

P_v＝P_satRH_t，out (1)

P_v——水蒸气分压，

P_sat——燃料电池组运行温度T下的饱和蒸汽压，单位为Pa；

RH_t,out——涡轮机出口处相对湿度；

y_v——冷却除液分离器在气液冷却分离过程水蒸气比重，

α——冷却除液分离器控制系数，

M_v——水蒸气摩尔质量，

P_t,out——涡轮机出口处压力，

M_a——空气摩尔质量，

m_tot，l＝m_l+m_t，toty_v (3)

m_tot,l——废液回收量，

m_l——气液分离器下游管路液态水质量流量，

m_inj＝m_tot，l-βm_dp (4)

m_inj——目标注射水量，

β——目标注射比，

m_dp——离心压气机设计点质量流量；

所述目标注射比范围为0.5％-2％，根据目标注射比推算出目标注射水量与废液回收量的关系来控制雾化水供给泵出口电动调节阀的开度，进而控制离心压气机注液量大小。具体实施过程如下：

当离心压气机进气流量小于离心压气机设计时的设计工况点流量时，所述目标注射比设定为定值2％，离心压气机进气流量大于设计点流量时，所述目标注射比以线性递减方式进行调整，当离心压气机进气流量超过设计点流量8％时，目标注射比设定为最小值0.5％。具体实施流程如图5所示。

所述第一雾化喷头和第二雾化喷头的进口端分别设有第一流量调节阀25和第二流量调节阀26，两个流量调节阀的阀门开度由初步设定的气液比系数f1和气液比系数f2进行调控；通过气液比系数f1与f2评估离心压气机工作效率。此处，气液比系数是针对雾化喷头上游的流量调节阀而言，具体为单位质量空气中所含的雾化水的质量。根据不同工况下空气质量流量，第一雾化喷头和第二雾化喷头所针对的雾化位置1和雾化位置2分配不同的雾化量，f1与f2根据实验中注液量需求得到，属于现有技术，在此不再赘述。

具体实施时，离心压气机4上游管路、下游管路与沿子午流道长度50％处的轮缘位置处分别设置压力表、温度表，离心压气机4下游管路设置空气流量计，压力表与温度表用以测量离心压气机4进出口工质压力与温度，空气流量计用以测量离心压气机排气流量，推算离心压气机实际工作效率如下：

ηw——离心压气机实际工作效率，

f1，f2——气液比系数，

Wa——离心压气机压缩空气的功耗，

Wv1，Wv2——离心压气机压缩水蒸气的功耗，Wv1为雾化位置1处注入雾化水时，压气机对其做功大小；Wv2为雾化位置2处注入雾化水时，压气机对其做功大小；

ω——离心压气机转速，

Mt——离心压气机扭矩，

m——离心压气机工作点质量流量；

其中，离心压气机压缩空气的功耗及压缩水蒸气时的功耗计算如下：

Ra——空气气体常数，

Rv——水蒸气气体常数，

T1——离心压气机进口测点温度，

P1——离心压气机进口测点压力，

P2——离心压气机出口测点压力，

Pm——离心压气机雾化位置2处测点压力；

将离心压气机在其设计工况点处的注射比设定为2％，离心压气机效率提升约2.5％；当离心压气机工作点流量大小超过离心压气机设计点流量8％时，目标注射比β设定为最小值0.5％；根据实际需求以及离心压气机实际运行工况，目标注射比在0.5％～2％范围内变动；所述气液比系数f1与f2直接与雾化位置1与雾化位置2上游管路流量调节阀阀门开度关联，f1与f2的调控范围为0.5％≤f1+f2≤2％。

进一步优化上述技术方案，可利用监控设备对各个流量计进行监控，监测到的液态水量通过信号处理设备将信号传输至控制单元，并通过执行机构调控雾化水供给泵的功率大小，进而实现系统的自动化控制。

综上所述，本发明在实现对燃料电池阴极废气能量回收的同时，利用回收的废液对质子交换膜燃料电池系统的离心压气机不同位置的空气加湿并进行湿压缩，来降低空气压缩功、提高离心压气机运行效率，减少离心压气机的寄生功耗，进而提升燃料电池系统效率和能量利用率。

在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (10)

1.一种质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：包括用以向燃料电池组加湿的空气供应加湿系统、用以向燃料电池组供应氢气的氢气供应系统及用以回收燃料电池组排放废气和废液的废气-液回流系统，空气流经空气供应加湿系统的压气机压缩并加湿后进入燃料电池组的阴极；氢气经氢气供应系统加湿后进入燃料电池组的阳极，所述燃料电池组阴极排放的废气和废液经废气-液回流系统气液分离后，分离出的液态水经空气加湿模块供给压气机；所述燃料电池组还设有散热系统。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：所述空气供应加湿系统包括沿着空气管路流向依次布置的空气过滤器、压气机、中冷器及空气加湿器，通过空气管路输送的空气经过滤器过滤后进入压气机压缩，再经中冷器降温、加湿器加湿后进入燃料电池组的阴极。

3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：所述压气机为离心压气机，所述空气过滤器与离心压气机之间设有空气流量计和第一湿度表，所述中冷器与空气加湿器之间设有第二湿度表，用以计量空气流量及空气流经离心压气机和中冷器前后的湿度。

4.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：所述氢气供应系统包括沿着氢气管路流向依次布置的压力调节阀、氢气流量计及氢气加湿器，储氢罐内的氢气经调压及加湿后进入燃料电池组的阳极，所述氢气流量计用以计量氢气流量。

5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：所述废气-液回流系统包括背压阀、气液分离器、涡轮机、换热器及与空气加湿模块相连的冷却除液分离器，所述氢气管路贯穿换热器加热氢气；所述燃料电池组阴极排放的废气和废液经背压阀调压后，进入气液分离器将气体与液态水分离开，分离出的废气经涡轮机回收实现对离心压气机的功率补偿，废气经涡轮机增压后进入换热器；所述气液分离器分离出的液态水与涡轮机的排气混合形成气水混合液，气水混合液经换热器降温后进入冷却除液分离器再次进行气液分离，所述冷却除液分离器分离出的液态水经空气加湿模块雾化后进入离心压气机。

6.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：电机及涡轮机均与离心压气机相连，用以驱动离心压气机；所述涡轮机及离心压气机的出口管路上均设有温度表和压力表，所述涡轮机的出口管路上还设有湿度表和废气流量计。

7.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：所述氢气管路上还设有喷射器，所述喷射器的进口端与氢气管路上的压力调节阀出口相连，所述喷射器的出口端与氢气流量计的进口相连，所述燃料电池组的阳极排出的多余氢气与喷射器的喉管相连，利用喷射器能够将多余的氢气混合到氢气管路中。

8.根据权利要求5所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：所述空气加湿模块包括储水箱、补液循环泵、雾化水流量调节单元及雾化水供给泵，所述冷却除液分离器的出液口与雾化水流量调节单元相连；所述补液循环泵设置于储水箱的出水口与雾化水流量调节单元进水口之间的管路上，所述雾化水供给泵设置于雾化水流量调节单元与离心压气机之间的管路上，所述补液循环泵及雾化水供给泵的出水口分别设有第一电动调节阀和第二电动调节阀；所述雾化水供给泵的出水管路末端设有雾化喷头，用以向离心压气机内喷射雾化的去离子水。

9.根据权利要求8所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：通过空气加湿模块控制离心压气机湿压缩过程中的目标注射比β，通过目标注射比β的初步设定，利用公式(1)至公式(4)推算出燃料电池组阴极废液回收量m_tot，l与目标注射比β之间的关系：

P_v＝P_satRH_t，out (1)

P_v——水蒸气分压，

P_sat——燃料电池组运行温度T下的饱和蒸汽压，单位为Pa；

RH_t,out——涡轮机出口处相对湿度；

y_v——冷却除液分离器在气液冷却分离过程水蒸气比重，

α——冷却除液分离器控制系数，

M_v——水蒸气摩尔质量，

P_t,out——涡轮机出口处压力，

Ma——空气摩尔质量，

m_tot，l＝m_l+m_t，toty_v (3)

mtot,l——废液回收量，

m_l——气液分离器下游管路液态水质量流量，

m_inj＝m_tot，l-βm_dp (4)

m_inj——目标注射水量，

β——目标注射比，

m_dp——离心压气机设计点质量流量；

所述目标注射比范围为0.5％-2％，根据目标注射比推算出目标注射水量与废液回收量的关系来控制雾化水供给泵出口电动调节阀的开度，进而控制离心压气机注液量大小。

10.根据权利要求8所述的质子交换膜燃料电池系统的加湿及回收装置，其特征在于：所述雾化水供给泵的出水管路分两路，两路出水管路的末端分别设置第一雾化喷头和第二雾化喷头；所述第一雾化喷头和第二雾化喷头分别设置于离心压气机的机罩壳子午流道方向5％与50％轮缘位置，用以对离心压气机二次湿压缩；所述第一雾化喷头和第二雾化喷头分别由两个子喷头组成，并按对称方式布置在机罩壳中心四周；

所述第一雾化喷头和第二雾化喷头的进口端分别设有第一流量调节阀和第二流量调节阀，两个流量调节阀的阀门开度由初步设定的气液比系数f1和气液比系数f2进行调控；通过气液比系数f1与f2评估离心压气机工作效率。

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