CN1606186A - 燃料电池堆模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明的燃料电池堆模拟器包括空气流场,向该空气流场提供空气,并在加热所提供空气并降低所提供空气的压力之后,将所提供空气的剩余气体排到外面;燃料流场,向该燃料流场提供可燃气体,并在加热所提供的可燃气体并降低所提供的可燃气体的压力之后,将所提供的可燃气体的剩余气体排到外面;冷却液流场,向这个流场提供冷却液,并在加热所提供冷却液并降低该冷却液的压力之后,将所提供冷却液排到外面;水份提供区,用于向燃料电池堆模拟器提供水份;空气消耗区,与空气提供区连接,并获得具有减小的压力的热空气的一部分;以及可燃气体消耗区,与可燃气体提供区相连,并获得具有减小的压力的热可燃气体的一部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统,尤其涉及一种燃料电池堆模拟器,在测定BOP(补偿设备(Balance of Plant)),比如送风机、冷却液泵、散热器、蓄电池、离子脱离器、质量流量计和多个传感器的特性时,可以代替燃料电池堆。
背景技术
图1示出了传统燃料电池系统的结构。
当图1中的燃料电池系统应用到实验室中时,这个燃料电池系统称作“实验模型”。
当这个燃料电池堆或这个燃料电池系统的BOP(补偿设备)得到发展时,为了测定或检验燃料电池系统的特性,可以采用并运行这个实验模型。
如图1所示,传统的燃料电池系统具有空气流场、可燃气体流场和冷却液流场。
空气流场具有用于过滤导出空气的空气过滤器101、用于向导入空气施加预定压力的空气泵102以及用于压缩从燃料电池堆106流出空气的空气蓄压器108。
提供到空气流场的空气流过空气过滤器101到空气泵102,并输入到燃料电池堆106中,这样没有经过电化学反应的剩余空气通过空气蓄压器108排出。
提供到可燃气体流场的可燃气体输入到燃料电池堆106中,这样没有经过电化学反应的剩余可燃气体通过可燃气体蓄压器109排出。
这时,冷却液流过冷却液流场,经过了冷却液池107、散热器103、冷却液泵105和离子脱离器104,这样燃料电池堆106通过与冷却液的热交换而得到了冷却。
当对应用在实验室中的实验模型进行测定时,各种运行条件应用到实验模型上,包括流场中的流体压力和温度条件,这样BOP,其适用于这个实验模型,得到测定并确定出BOP的最优规格。
然而,当最新改进的BOP应用到这个实验模型上时,BOP的性能依然没有得到保证,这样燃料电池堆可能会损坏。于是当这个燃料电池堆损坏时,应该用新的燃料电池堆将其替换,这样可能会引起负效用,进而限制了在实验模型上应用多种工作条件。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题,并因此提供一种燃料电池堆模拟器,其具有非限制性的优点,即提供一种燃料电池堆模拟器,其可以在燃料电池系统的BOP得到测定的情况下,用一个燃料电池堆来代替该燃料电池堆模拟器。
根据本发明的一个示意性燃料电池堆模拟器包括空气流场,向这个空气流场提供空气,并在加热所提供空气并降低所提供空气的压力之后,将所提供空气的剩余气体排到外面;燃料流场,向该燃料流场提供可燃气体,并在加热所提供的可燃气体并降低所提供的可燃气体的压力之后,将所提供的可燃气体的剩余气体排到外面;冷却液流场,向这个冷却液流场提供冷却液,在加热所提供的冷却液并降低该冷却液的压力之后,将所提供的冷却液排到外面;水份提供区,用于向燃料电池堆模拟器提供水份;空气消耗区,与空气提供区连接,并获得具有减小的压力的热空气的一部分;以及可燃气体消耗区,与可燃气体提供区相连,并获得具有减小的压力的热可燃气体的一部分。
更优的是,每个空气流场、燃料流场和冷却液流场包括用于降低流过其中的流体的压力的控制阀,和用于加热流过其中的流体的加热器。
更优的是,每个空气流场、燃料流场和冷却液流场还包括温度传感器和压力传感器,分别设置在其入口和出口处。
更优的是,每个控制阀是基于压力传感器测出的压力而进行控制的。
更优的是,每个加热器是基于温度传感器测出的温度而进行控制的。
更优的是,每个空气消耗区和可燃气体消耗区具有检测流率的质量流量计,和获得一部分流过其中流体的泵。
更优的是,泵是基于质量流量计测出的流率而进行控制的。
更优的是,水份提供区具有导引水的泵、检测引入水的流率的质量流量计、加热引入水的加热器和将加热的水作为水份注入空气流场的注入器。
更优的是,水份提供区的泵基于水份提供区的质量流量计测出的流率而进行控制。
附图说明
包含在说明书中并作为说明书一部分的附图,示出了本发明的一个实施例,并和说明一起用来解释了本发明的原理。
图1是传统燃料电池系统的框图;
图2示出了燃料电池堆模拟器的结构。
具体实施方式
图2是根据本发明实施例的燃料电池堆模拟器的结构。
如图1所示,燃料电池堆模拟器主要具有空气流场10、可燃气体流场20和冷却液流场30。
在空气流场10的入口处,设置有检测所供空气湿度的湿度传感器11、检测所供空气温度的温度传感器12和检测所供空气压力的压力传感器13。
在空气流场10的出口处,设置有检测排出空气湿度的湿度传感器16、检测排出空气温度的温度传感器17和检测排出空气压力的压力传感器18。
同时,在可燃气体流场20的入口处,设置有检测所供可燃气体湿度的湿度传感器21、检测所供可燃气体温度的温度传感器22和检测所供可燃气体压力的压力传感器23。
在可燃气体流场20的出口处,设置有检测排出可燃气体湿度的湿度传感器26、检测排出可燃气体温度的温度传感器27和检测排出可燃气体压力的压力传感器28。
另外,在冷却液流场30的入口处,设置有检测所供冷却液温度的温度传感器32和检测所供冷却液压力的压力传感器33。
在冷却液流场30的出口处,设置有检测排出冷却液温度的温度传感器37和检测排出冷却液压力的压力传感器38。
在燃料电池堆中,当流体,比如空气、可燃气体,和冷却液在流场流动时,每种流体的压力降低了。因此,为了模拟压力的降低,在每个流场10、20、30上都采用一个控制阀14、24、34。
另外,当在燃料电池堆中的空气和可燃气体之间发生电化学反应时,产生反应热,这样从燃料电池中排出的空气、排出的可燃气体和排出的冷却液的温度升高了。
为了模拟在电化学反应期间产生的热,每个流场10、20、30都采用一个加热器15、25、35,这样在电化学反应期间产生的热利用加热器15、25、35产生的热可以得到模拟。
每个控制阀14、24、34基于各自流场10、20、30的入口和出口处的压力而进行控制,这样模拟器100的每个流场10、20、30中的压力降低程度可以通过调整控制阀14、24、34确定。
每个加热器15、25、35基于各自流场10、20、30的入口和出口处的温度而进行控制,这样模拟器100的每个流场10、20、30中产生的热量可以通过调整加热器15、25、35确定。
同时,在燃料电池堆中,所供空气和所供可燃气体在电化学反应过程中消耗掉了,这样剩在燃料电池堆中的剩余空气和剩余可燃气体排出到了燃料电池堆的外面。为了模拟电化学反应期间空气和可燃气体的消耗,将空气消耗区40与空气流场10连接,可燃气体消耗区50与可燃气体流场20连接。
空气消耗区40具有用于测定获得的空气的流率的质量流量计41,和用于获得空气流场10中一部分空气流体的泵42。
泵42是基于质量流量计41测出的流率而进行控制的,这样可以对获得的空气量进行适当地调整。
类似的,可燃气体消耗区50具有用于测定获得的可燃气体流率的质量流量计51,和用于获得空气流场20中一部分空气流体的泵52。
泵52是基于质量流量计51测出的流率而进行控制的,这样可以对获得的可燃气体量进行适当地调整。
获得的空气量和获得的可燃气体量是基于燃料电池堆中可燃气体和空气之间的电化学反应的化学反应式而确定的。
另外,燃料电池堆模拟器100具有一个向其提供水份的水份提供区60。这个水份提供区在加热器15的后面与空气流场10连接。
在燃料电池堆中,在可燃气体和空气之间进行电化学反应期间产生水。
因此,水份提供区60与空气流场10相连,这样燃料电池堆中电化学反应期间产生的水可以代替从水份提供区60注入到空气流场10中的水份。
水份提供区60具有用于从外面导引并输送水的泵61,检测所供水流率的质量流量计62、将导入的水加热到与空气流场10中的空气相同温度的加热器63,和将水作为水份注入到空气流场10的注入器64。
泵61基于质量流量计62测出的水流率而进行控制,这样用于注入的导引过来的水量可以得到适当地调整。根据燃料电池堆模拟器,当测定燃料电池系统的BOP性能时,可以不需要燃料电池堆,这样就不可能使燃料电池堆遭到损坏。
因此,测试人员可以应用为运行燃料电池系统而需要的各种条件,这样可以轻松地确定最优的条件。
另外,燃料电池堆模拟器没有薄膜,这样无需考虑要基于薄膜的种类而进行确定的压力限制,并且同一类型的燃料电池堆模拟器可以考虑忽略流体压力。
另外,虽然燃料电池堆是在适当条件下运行的,但是燃料电池堆具有一个到损坏之前的预定使用寿命。然而,燃料电池堆模拟器可以运行而不会损坏,并且可保证一个相对长的使用寿命。
Claims (9)
1.一种燃料电池堆模拟器系统,其特征在于包括:
空气流场,向这个流场提供空气,并在加热所提供空气并降低所提供空气的压力之后,将所提供空气的剩余气体排到外面;
燃料流场,向该燃料流场提供可燃气体,并在加热所提供的可燃气体并降低所提供的可燃气体的压力之后,将所提供的可燃气体的剩余气体排到外面;
冷却液流场,向这个流场提供冷却液,并在加热所提供冷却液并降低该冷却液的压力之后,将所提供冷却液排到外面;
水份提供区,用于向燃料电池堆模拟器提供水份;
空气消耗区,与空气提供区连接,并获得具有减小的压力的热空气的一部分;以及
可燃气体消耗区,与可燃气体提供区相连,并获得具有减小的压力的热可燃气体的一部分。
2.如权利要求1所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,每个空气流场、燃料流场和冷却液流场都包括用于降低流过其中的流体的压力的控制阀,和用于加热流过其中的流体的加热器。
3.如权利要求2所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,每个空气流场、燃料流场和冷却液流场都具有设置在其入口和出口处的温度传感器和压力传感器。
4.如权利要求3所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,每个控制阀是基于压力传感器测出的压力而进行控制的。
5.如权利要求3所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,每个加热器是基于温度传感器测出的温度而进行控制的。
6.如权利要求3所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,每个空气消耗区和可燃气体消耗区具有检测流率的质量流量计,和获得一部分流过其中的流体的泵。
7.如权利要求6所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,该泵是基于质量流量计测出的流率而进行控制的。
8.如权利要求6所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,水份提供区具有用于导引水的泵、检测引入水的流率的质量流量计、加热引入水的加热器和将加热的水以水份的形式注入空气流场的注入器。
9.如权利要求8所述的燃料电池堆模拟器,其特征在于,水份提供区的泵基于水份提供区的质量流量计测出的流率而进行控制。
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