CN117832542A - 一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统，包括燃料电池系统、氢源温度传感器、氢源压力传感器、主管道手阀、主管道氢气过滤器、主管道进氢电磁阀、泄压电磁阀、泄压机械阀、泄压阻火器、氮气吹扫单向阀、氢气流量计和管道氢压传感器，氢源温度传感器、氢源压力传感器、主管道手阀、主管道氢气过滤器、主管道进氢电磁阀和管道氢压传感器依次串联连接；通过将燃料电池电站总的氢气流量测量转为内部子系统的分别测量，继而进行累计求和，可以反馈燃料电池电站总的氢气流量；该方法可以将大流量氢气流量计转为一般流量的氢气流量计，降低采购和更换备件的成本，提升燃料电池电站的使用便捷性。

Description

一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统氢气流量测试技术领域，具体为一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统。

背景技术

随着氢燃料电池行业的快速发展，氢能在发电供能方面已陆续进入建设试点的阶段；固定式发电已经成为了燃料电池企业瞄准的除车用以外的重要应用领域。

固定式燃料电池电站由燃料电池发电单元、控制系统、供氢系统、变电系统、储能电池（选装）、热管理系统组成；影响固定式燃料电池电站发展的因素主要有耐久性、成本、氢气源的供应和发电经济性；其中发电经济性中重要的一个参数就是单位输出功率下的氢气使用量，即效率；用户在使用固定式燃料电池电站时希望能实时得到其准确的效率值，所以氢气流量信号需要进行采集。

当固定式燃料电池电站的功率往MW级发展时，往往燃料电池电站内有几套或者十几套燃料电池系统，大流量氢气流量计成为一个重要的测量仪器，需要安装在燃料电池电站内，实时反馈燃料电池电站总的氢气流量；而大流量氢气流量计不仅价格昂贵、体积较大（布置时对前后端管路长度也有要求），而且当出现故障时，更换难度和周期也较长；当燃料电池电站应用在低压氢气源的情况下，此时主管道还将进一步加大，选择适合大口径的氢气流量计非常少，流量计占用体积也非常大。

如何降低测量氢气流量的成本、缩小布置氢气流量计的空间、提高备件的更换速率和经济性，成为一个必须要考虑的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统，通过将燃料电池电站总的氢气流量测量转为内部子系统的分别测量，继而进行累计求和，可以反馈燃料电池电站总的氢气流量；该方法可以将大流量氢气流量计转为一般流量的氢气流量计，降低采购和更换备件的成本，减少布置体积和更换难度，提升燃料电池电站的使用便捷性，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统，包括：

燃料电池电站等待启动命令后，通入氢气源，氢源温度传感器和氢源压力传感器对氢气源温度和压力进行监测，当满足要求时，打开主管道手阀，燃料电池电站运行时主管道手阀一直打开；

燃料电池电站在打开主管道手阀后，再次确认氢气源的温度和压力，满足条件后，打开主管道进氢电磁阀，管道氢压传感器监测管道内氢气压力，通过管道氢压传感器判断此时管道氢气压力是否满足要求，等待燃料电池电站功率请求，根据燃料电池电站功率请求，开启相应燃料电池系统前端的燃料电池系统进氢电磁阀，启动氢气流量测量程序；

打开燃料电池系统Ⅰ的测量电磁阀Ⅰ，使氢气进入氢气流量计，用于测量燃料电池系统Ⅰ，关闭燃料电池系统Ⅰ的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅰ，此时燃料电池系统Ⅰ消耗的氢气全部流经氢气流量计，并进行测试；

燃料电池系统Ⅰ的氢气流量测试结束后，打开燃料电池系统Ⅰ的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅰ；

关闭燃料电池系统Ⅰ的测量电磁阀Ⅰ，打开燃料电池系统Ⅱ的测量电磁阀Ⅱ，此时氢气流量计中氢气进入燃料电池系统Ⅱ，关闭燃料电池系统Ⅱ的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅱ，此时燃料电池系统Ⅱ消耗的氢气全部流经氢气流量计，并进行测试；

燃料电池系统Ⅱ的氢气流量测试结束后，打开燃料电池系统Ⅱ的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅱ；

依次对所有运行的燃料电池系统氢气流量进行测量，对该阶段运行的燃料电池系统流量测量值进行叠加求和，输出氢气总流量值，即为燃料电池电站该功率输出阶段总的耗氢量。

进一步的，当燃料电池电站关闭时，主管道手阀在最后燃料电池电站下电后关闭，保证氢气源不进入燃料电池电站，该主管道手阀安装在固定式燃料电池电站的外侧，在外侧可切断氢气进入燃料电池电站。

一种固定式燃料电池电站氢气流量测试供氢系统，包括燃料电池系统、氢源温度传感器、氢源压力传感器、主管道手阀、主管道氢气过滤器、主管道进氢电磁阀、泄压电磁阀、泄压机械阀、泄压阻火器、氮气吹扫单向阀、氢气流量计和管道氢压传感器，氢源温度传感器、氢源压力传感器、主管道手阀、主管道氢气过滤器、主管道进氢电磁阀和管道氢压传感器依次串联连接，燃料电池系统设置为多套，每套燃料电池系统的前端装有测量电磁阀和燃料电池系统进氢电磁阀，该燃料电池系统并联设置，燃料电池系统通过燃料电池系统进氢电磁阀与管道氢压传感器串联连接，燃料电池系统通过测量电磁阀和氢气流量计与主管道进氢电磁阀串联连接，测量电磁阀和氢气流量计所在管路与管道氢压传感器和燃料电池系统进氢电磁阀所在管路并联设置。

进一步，主管道氢气过滤器的进口连接有氮气吹扫单向阀。

进一步，主管道进氢电磁阀出口串联有泄压电磁阀和泄压阻火器，主管道进氢电磁阀出口通过泄压机械阀与泄压阻火器进口连接，泄压机械阀与泄压电磁阀并联设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过将燃料电池电站总的氢气流量测量转为内部子系统的分别测量，继而进行累计求和，可以反馈燃料电池电站总的氢气流量；该方法可以将大流量氢气流量计转为一般流量的氢气流量计，降低采购和更换备件的成本，减少布置体积和更换难度，提升燃料电池电站的使用便捷性；设计的氢气供氢系统，具有安全测量氢气源压力、温度，具有电子泄压和机械泄压功能，同时满足氮气吹扫要求的功能；燃料电池电站氢气流量的测量通过电磁阀的切换，具有智能性和便捷性。

附图说明

图1为本发明供氢系统架构示意图；

图2为本发明氢气流量测试方法逻辑图。

图中：1氢源温度传感器、2氢源压力传感器、3主管道手阀、4主管道氢气过滤器、5主管道进氢电磁阀、6泄压电磁阀、7泄压机械阀、8泄压阻火器、9氮气吹扫单向阀、10氢气流量计、11管道氢压传感器、12测量电磁阀Ⅰ、13燃料电池系统进氢电磁阀Ⅰ、14测量电磁阀Ⅱ、15燃料电池系统进氢电磁阀Ⅱ、16测量电磁阀N、17燃料电池系统进氢电磁阀N、18燃料电池系统Ⅰ、19燃料电池系统Ⅱ、20燃料电池系统N。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统，包括燃料电池系统、氢源温度传感器1、氢源压力传感器2、主管道手阀3、主管道氢气过滤器4、主管道进氢电磁阀5、泄压电磁阀6、泄压机械阀7、泄压阻火器8、氮气吹扫单向阀9、氢气流量计10和管道氢压传感器11，氢源温度传感器1、氢源压力传感器2、主管道手阀3、主管道氢气过滤器4、主管道进氢电磁阀5和管道氢压传感器11依次串联连接，燃料电池系统设置为多套，每套燃料电池系统的前端装有测量电磁阀和燃料电池系统进氢电磁阀，该燃料电池系统并联设置，燃料电池系统通过燃料电池系统进氢电磁阀与管道氢压传感器11串联连接，燃料电池系统通过测量电磁阀和氢气流量计10与主管道进氢电磁阀5串联连接，测量电磁阀和氢气流量计10所在管路与管道氢压传感器11和燃料电池系统进氢电磁阀所在管路并联设置，氢气流量计10装在氢气测试管道中，选用满足燃料电池电站内单套燃料电池系统用氢流量范围的流量计。

主管道氢气过滤器4的进口连接有氮气吹扫单向阀9，当需要维修供氢系统或者吹扫燃料电池系统时，可以使用氮气，通过氮气吹扫单向阀9将氮气通入系统中。

主管道进氢电磁阀5出口串联有泄压电磁阀6和泄压阻火器8，主管道进氢电磁阀5出口通过泄压机械阀7与泄压阻火器8进口连接，泄压机械阀7与泄压电磁阀6并联设置。

在该实施例中，燃料电池电站等待启动命令后，需要通入氢气源，氢源温度传感器1和氢源压力传感器2会对氢气源温度和压力进行监测，该燃料电池系统运行过程中，如果氢源压力传感器2失效，当压力超高时，泄压机械阀7也能在压力超标时，进行泄压；如果满足要求，可认为打开主管道手阀3，当燃料电池电站运行时主管道手阀3一直打开，当燃料电池电站关闭时，主管道手阀3可在最后燃料电池电站下电后关闭，保证气源不进入燃料电池电站，该主管道手阀3安装在固定式燃料电池电站的外侧，在外侧可切断氢气进入燃料电池电站。

燃料电池电站在打开主管道手阀3后，再次确认氢气源的温度和压力，满足条件后，打开主管道进氢电磁阀5；管道氢压传感器11监测管道内氢气压力，同时与氢源压力传感器2进行对比，可判断主管道氢气过滤器4是否有堵塞情况。

泄压电磁阀6可以根据管道氢压传感器11的压力值，通过燃料电池电站控制器进行控制，是否打开，泄压机械阀7在主管道氢气压力超出机械泄压阀值时自动打开，用于泄压，在泄压电磁阀6和泄压机械阀7后端装有泄压阻火器8。

在燃料电池电站未接收氢气流量测量请求时，氢气流量计10内氢气不流动；在燃料电池电站未接收氢气流量测量请求时，根据燃料电池电站的输出功率需求，打开相应需要启动燃料电池系统的燃料电池系统进氢电磁阀。

在管道氢压传感器11的压力值偏高或者偏低时，燃料电池系统可以选择停机，停机结束后其前端的燃料电池系统进氢电磁阀可以选择关闭，防止氢压偏高和偏低对燃料电池系统造成损伤。

燃料电池电站运行时，接收到氢气流量测量请求后，进入流量测量程序，逐步对运行的燃料电池系统进行流量的分别测量。

针对单套燃料电池系统的氢气流量测量，需要先打开其相应的测量电磁阀，使氢气可以经过氢气流量计10，然后关闭燃料电池系统相应的进氢电磁阀，使氢气完全流经氢气流量计10，从测量电磁阀进入燃料电池系统，依次对所有运行的燃料电池系统进行流量测试，最后进行累计求和。

该流量测试方法通过电磁阀的切换，进行每套燃料电池系统氢气测量，时间较短。

参照图1，燃料电池系统包括，燃料电池系统Ⅰ18、燃料电池系统Ⅱ19、燃料电池系统N20，与燃料电池系统配套的燃料电池系统进氢电磁阀和测量电磁阀包括，燃料电池系统进氢电磁阀Ⅰ13、燃料电池系统进氢电磁阀Ⅱ15、燃料电池系统进氢电磁阀N17、测量电磁阀Ⅰ12、测量电磁阀Ⅱ14和测量电磁阀N16，参照图2，给出了固定式燃料电池电站氢气流量测试方法，包括以下具体步骤。

S1、燃料电池电站上电启动；

S2、外部氢气源进入；

S3、通过氢源温度传感器1和氢源压力传感器2监测氢气源温度和压力；

S4、打开主管道手阀3；

S5、判断氢气源温度和压力是否满足要求；

S6、开启主管道进氢电磁阀5；

S7、通过管道氢压传感器11判断此时管道氢气压力是否满足要求；

S8、等待燃料电池电站功率请求；

S9、根据燃料电池电站功率请求，开启相应燃料电池系统前端的进氢电磁阀；

S10、启动燃料电池系统，并响应燃料电池电站功率请求；

S11、接收外部氢气流量测量请求；

S12、启动氢气流量测量程序；

S13、打开燃料电池系统Ⅰ测量电池阀12，使氢气进入氢气流量计10，用于测量燃料电池系统Ⅰ；

S14、关闭燃料电池系统Ⅰ的进氢电磁阀，此时燃料电池系统Ⅰ消耗的氢气全部流经氢气流量计10，并进行测试；

S15、燃料电池系统Ⅰ的氢气流量测试结束后，打开燃料电池系统Ⅰ的进氢电磁阀；

S16、关闭燃料电池系统Ⅰ的测量电磁阀，打开燃料电池系统Ⅱ的测量电磁阀，此时氢气流量计11中氢气进入燃料电池系统Ⅱ；

S17、关闭燃料电池系统Ⅱ的进氢电磁阀，此时燃料电池系统Ⅱ消耗的氢气全部流经氢气流量计10，并进行测试；

S18、燃料电池系统Ⅱ的氢气流量测试结束后，打开燃料电池系统Ⅱ的进氢电磁阀；

S19、依次对所有运行的燃料电池系统氢气流量进行测量；

S20、对该阶段运行的燃料电池系统流量测量值进行叠加求和；

S21、输出氢气总流量值。

本发明针对的固定式燃料电池电站氢气流量测试方法及供氢系统，选用满足单套燃料电池系统的流量计并辅助电磁阀的切换，在成本、安装体积、更换备件的成本和难度方面，较选用主管道进行氢气测量的流量计方案，具有竞争力；设计的氢气供氢系统，具有安全测量氢气源压力、温度，具有电子泄压和机械泄压功能，同时满足氮气吹扫要求的功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (5)

1.一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法，其特征在于，包括：

燃料电池电站等待启动命令后，通入氢气源，氢源温度传感器（1）和氢源压力传感器（2）对氢气源温度和压力进行监测，当满足要求时，打开主管道手阀（3），燃料电池电站运行时主管道手阀（3）一直打开；

燃料电池电站在打开主管道手阀（3）后，再次确认氢气源的温度和压力，满足条件后，打开主管道进氢电磁阀（5），管道氢压传感器（11）监测管道内氢气压力，通过管道氢压传感器（11）判断此时管道氢气压力是否满足要求，等待燃料电池电站功率请求，根据燃料电池电站功率请求，开启相应燃料电池系统前端的燃料电池系统进氢电磁阀，启动氢气流量测量程序；

打开燃料电池系统Ⅰ（18）的测量电磁阀Ⅰ（12），使氢气进入氢气流量计（10），用于测量燃料电池系统Ⅰ（18），关闭燃料电池系统Ⅰ（18）的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅰ（13），此时燃料电池系统Ⅰ（18）消耗的氢气全部流经氢气流量计（10），并进行测试；

燃料电池系统Ⅰ（18）的氢气流量测试结束后，打开燃料电池系统Ⅰ（18）的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅰ（13）；

关闭燃料电池系统Ⅰ（18）的测量电磁阀Ⅰ（12），打开燃料电池系统Ⅱ（19）的测量电磁阀Ⅱ（14），此时氢气流量计（10）中氢气进入燃料电池系统Ⅱ（19），关闭燃料电池系统Ⅱ（19）的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅱ（15），此时燃料电池系统Ⅱ（19）消耗的氢气全部流经氢气流量计（10），并进行测试；

燃料电池系统Ⅱ（19）的氢气流量测试结束后，打开燃料电池系统Ⅱ（19）的燃料电池系统进氢电磁阀Ⅱ（15）；

依次对所有运行的燃料电池系统氢气流量进行测量，对该阶段运行的燃料电池系统流量测量值进行叠加求和，输出氢气总流量值，即为燃料电池电站该功率输出阶段总的耗氢量。

2.根据权利要求1所述的一种固定式燃料电池电站氢气流量测试方法，其特征在于，当燃料电池电站关闭时，主管道手阀（3）在最后燃料电池电站下电后关闭，保证氢气源不进入燃料电池电站，该主管道手阀（3）安装在固定式燃料电池电站的外侧，在外侧可切断氢气进入燃料电池电站。

3.一种固定式燃料电池电站氢气流量测试供氢系统，其特征在于，供氢系统用于实现如权利要求1-2任一项所述的固定式燃料电池电站氢气流量测试方法，包括燃料电池系统、氢源温度传感器（1）、氢源压力传感器（2）、主管道手阀（3）、主管道氢气过滤器（4）、主管道进氢电磁阀（5）、泄压电磁阀（6）、泄压机械阀（7）、泄压阻火器（8）、氮气吹扫单向阀（9）、氢气流量计（10）和管道氢压传感器（11），氢源温度传感器（1）、氢源压力传感器（2）、主管道手阀（3）、主管道氢气过滤器（4）、主管道进氢电磁阀（5）和管道氢压传感器（11）依次串联连接，燃料电池系统设置为多套，每套燃料电池系统的前端装有测量电磁阀和燃料电池系统进氢电磁阀，该燃料电池系统并联设置，燃料电池系统通过燃料电池系统进氢电磁阀与管道氢压传感器（11）串联连接，燃料电池系统通过测量电磁阀和氢气流量计（10）与主管道进氢电磁阀（5）串联连接，测量电磁阀和氢气流量计（10）所在管路与管道氢压传感器（11）和燃料电池系统进氢电磁阀所在管路并联设置。

4.根据权利要求3所述的一种固定式燃料电池电站氢气流量测试供氢系统，其特征在于，主管道氢气过滤器（4）的进口连接有氮气吹扫单向阀（9）。

5.根据权利要求4所述的一种固定式燃料电池电站氢气流量测试供氢系统，其特征在于，主管道进氢电磁阀（5）出口串联有泄压电磁阀（6）和泄压阻火器（8），主管道进氢电磁阀（5）出口通过泄压机械阀（7）与泄压阻火器（8）进口连接，泄压机械阀（7）与泄压电磁阀（6）并联设置。