[发明专利]一种甲醇燃料电池的排气阀角度的控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及角度控制系统及其控制方法技术领域，具体涉及一种甲醇燃料电池的排气阀角度的控制系统及其控制方法。控制系统包括：控制器、步进装置、电堆反应废气出口和氧传数据采集装置；所述控制器通过氧传数据采集装置得到的数据进行控制步进装置的位移；所述步进装置与所述电堆反应废气出口相接触；所述排气阀角度的不同影响所述电堆反应废气出口中尾气排放的氧气含量值E，所述尾气排放的氧气含量值E通过所述氧传数据采集装置进行采集。控制方法为将所述氧气含量值E控制在本发明提供的控制系统可以通过氧传感器中氧气含量值E的数据采用控制器进行控制步进装置，从而控制甲醇燃料电池尾气的阀门角度。

技术领域

本发明涉及角度控制系统及其控制方法技术领域，具体涉及一种甲醇燃料电池的排气阀角度的控制系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此甲醇燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。

燃料电池用途广泛，既可应用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。早期燃料电池发展焦点集中在军事空间等专业应用以及千瓦级以上分散式发电上。电动车领域成为燃料电池应用的主要方向，市场已有多种采用燃料电池发电的自动车出现。另外，透过小型化的技术将燃料电池运用于一般消费型电子产品也是应用发展方向之一，在技术的进步下，未来小型化的燃料电池将可用以取代现有的锂电池或镍氢电池等高价值产品，作为用于笔记本电脑、无线电电话、录像机、照相机等携带型电子产品的电源。近20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。在所有燃料电池中，碱性燃料电池(AFC)发展速度最快，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水；质子交换膜燃料电池(PEMFC)已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用；磷酸燃料电池(PAFC)作为中型电源应用进入了商业化阶段，是民用燃料电池的首选；熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)也已完成工业试验阶段；起步较晚的固态氧化物燃料电池(SOFC)作为发电领域最有应用前景的燃料电池，是未来大规模清洁发电站的优选对象。

现代种类繁多的电池中，虽然仍以氢气为主要燃料，但电池系统可以从碳氢化合物或醇类燃料中萃取出氢元素来利用。此外如垃圾掩埋场、废水处理场中厌氧微生物分解产生的沼气也是燃料的一大来源。利用自然界的太阳能及风力等可再生能源提供的电力，可用来将水电解产生氢气，再供给至燃料电池，如此亦可将「水」看成是未经转化的燃料，实现完全零排放的能源系统。只要不停地供给燃料给电池，它就可不断地产生电力。

由于燃料电池的原理系经由化学能直接转换为电能，而非产生大量废气与废热的燃烧作用，现今利用碳氢燃料的发电系统电能的转换效率可达40～50％；直接使用氢气的系统效率更可超过50％；发电设施若与燃气涡轮机并用，则整体效率可超过60％；若再将电池排放的废热加以回收利用，则燃料能量的利用率可超过85％。用于车辆的燃料电池其能量转换率约为传统内燃机的3倍以上，内燃引擎的热效率约在10～20％之内。

在现有技术中，碳氢燃料无法直接利用：除甲醇外，其它的碳氢化合物燃料均需经过转化器、一氧化碳氧化器处理产生纯氢气后，方可供现今的燃料电池利用。

甲醇重整制氢燃料电池，是质子交换膜燃料电池的一种。其技术原理是采用蒸汽重整法将甲醇与水中携带的氢转换为H₂，H₂中的化学能经化学方式转换为电能。所谓蒸汽重整法是将甲醇燃料与水蒸气混合后进入重整器，在适当温度和催化剂的作用下发生重整反应产生氢气。然而，在现有技术中，甲醇燃料电池尾气排放不易控制，且容易出现燃烧不完全的情况。