[发明专利]一种用于燃料电池阴极处理的透氧膜装置及其控制方法

说明书

本发明提供了一种用于燃料电池阴极处理的透氧膜装置及其控制方法，装置包括空气入口、空气室、氧气出口、透氧膜组、尾气室、尾气出口、环状PTC加热器组，控制方法包括对第一层直至第N层透氧膜加热至T2℃，判断所制氧气量是否满足燃料电池发动机工况需求，透氧膜保持加热状态；利用透氧膜组的形式提高透氧装置内的体表面积；利用进气室与尾排室将空气、氧气和尾气隔离，以提高氧气纯度；利用PTC加热组提高透氧膜组的温度一致性。可以高效布置大面积的透氧膜；可以调节不同工况点下透氧膜工作面积；利用透氧膜组可调控不同工况点下参与反应的透氧膜数量。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池阴极处理的透氧膜装置及其控制方法。

背景技术

氧气是燃料电池的重要反应原料，现有燃料电池系统技术仅利用环境空气作为原料，并不对其进行任何成分处理，由于自然环境中的空气氧含量太低，限制了电堆的发电功率。因此，通过使用透氧膜对空气进行处理后制备纯氧这一技术路线成为今后燃料电池系统发展的重要方向。但由于目前透氧膜处理空气的效率依旧较低，处理燃料电池发动机正常工作氧气量所需的透氧膜面积较大，如何布置大面积的透氧膜成为推进透氧技术大规模应用的重要步骤。此外，如何更好的分离空气、氧气以及尾气也是目前透氧技术在实际应用中需要解决的问题之一。

氧气浓度的提高可以提高电堆性能；现有单层或多层透氧膜制氧的结构设计没有将高温透氧膜技术与燃料电池发动机相结合，没有较大面积透氧膜的高效布置方案；大面积透氧膜时温度分布不均匀。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于燃料电池阴极处理的透氧膜装置及其控制方法，

第一方面，装置包括空气入口、空气室、氧气出口、透氧膜组、尾气室、尾气出口、PTC加热器组，所述空气室与尾气室具有密封结构，中间设置有透氧膜组连接，设置有PTC加热器组，空气室设置有空气入口，尾气室设置有尾气出口。

具体的，所述透氧膜组设置有透氧膜管。

具体的，所述PTC加热器组具有环状结构，设置在所述透氧膜组的内部和外部，可以设置多层环状结构，分布在分层排布的透氧膜管的层与层中间。

具体的，所述PTC加热器组设置有三层环状结构，所述三层环状结构之间设置有透氧膜管。

具体的，所述氧气出口设置在装置中部。

第二方面，一种用于燃料电池阴极处理的透氧膜装置的控制方法，所述控制方法用于控制以上所述的一种用于燃料电池阴极处理的透氧膜装置，包括以下步骤：

S01燃料电池发动机启动；

S02透氧膜装置启动；

S03所有PTC加热器加热升温至T1℃，对所有透氧膜进行活化；

S04对第一层透氧膜加热至T2℃，判断所制氧气量是否满足燃料电池发动机工况需求，是，对透氧膜保持加热状态，否，对第二层透氧膜加热至T2℃，直至第N层透氧膜加热至T2℃，判断满足燃料电池发动机工况需求后，透氧膜保持加热状态；

S05透氧膜装置停止加热；

S06燃料电池发动机停机。

具体的，所述步骤S04中T1℃设置为400-600℃。

优选的，所述步骤S04中T1℃设置为500℃。

具体的，所述步骤S04中T2℃设置为800-900℃。

优选的，所述步骤S04中T2℃设置为850℃。