[发明专利]一种氢燃料电池尾气水分回收装置及水含量测量方法

说明书

本发明提供了一种氢燃料电池尾气水分回收装置及水含量测量方法，包括：氢燃料电池反应测试平台、与氢燃料电池反应测试平台的氢气进口连接的氢气供应单元、与氢燃料电池反应测试平台的空气进口连接的空气供应单元、与氢燃料电池反应测试平台的尾气出口连接的尾气水分过滤装置、与尾气水分过滤装置连接的用于回收水分的尾气水分回收装置、与尾气水分过滤装置连接的用于接收不凝气体的尾气输出装置。本发明所述的氢燃料电池尾气水分回收装置及水含量测量方法能够准确及时、安全可靠的回收氢燃料电池尾气中的水分，实现氢燃料电池排水量的测量，进而实现氢燃料电池中水含量的测量，确保准确及时的掌握氢燃料电池中的水含量。

技术领域

本发明属于氢燃料电池测试领域，尤其是涉及一种氢燃料电池尾气水分回收装置及水含量测量方法。

背景技术

水作为氢燃料电池电化学反应的重要产物之一，水管理技术对于实现氢燃料电池的最大性能和耐久性而言至关重要。一方面，质子交换膜的离聚物相需要水来保证良好的质子导电性。质子通过磺酸键的离解在离聚物水合部分移动，而干燥离聚物相中的磺酸键不能离解，质子不能迁移，质子导电性下降，低质子导电性将阻碍质子进入催化剂表面，减少催化层的实际催化活性中心数量，增加活化极化率。此外，膜干燥也可能导致膜的不可逆降解，使整个氢燃料电池系统欧姆电阻显著增加。大量试验证明，完全水合的膜可以达到比干膜高300倍的导电率。因此，保正膜的高含水量是确保高质子导电性的基础。另一方面，流场通道或电极孔隙中存在和积聚的液态水必须通过蒸发、水蒸气扩散或毛细传输等方式从催化层移出，否则过量的水会堵塞气体扩散层和催化层的流道或孔道，降低催化层的催化剂活性，这种现象被称为“水淹”，是限制氢燃料电池性能的重要因素之一。通常，高电流密度会导致产水率大于除水率，易引起电极水淹。在某些操作条件下，低电流密度也可能发生水淹，如低温、高气体相对湿度以及低气体流速，此时的水蒸气将迅速饱和，液态水在通道中易发生水淹。水淹的程度和影响很大程度取决于膜电极的特性和操作条件，后者主要为气体流量/温度较低或者液态水没有及时从通道中排出。一旦通道发生水淹，由于水的饱和度减小，将导致通道中的排水减少，电极排水减少。一般来说，短期水淹是可逆的，但是由于液态水输送缓慢，当电流密度发生变化时，往往需要30min后才能重新达到稳定状态。而燃料电池在过量液态水下长期运行可能引起膜电极机械降解，导致燃料和氧化剂局部缺乏，使得燃料电池性能严重下降。综上所述，氢燃料电池的水含量要在干燥和水淹之间保持平衡，以防止性能下降。因此，水管理技术的研究对于氢燃料电池技术发展而言具有十分重要的研究意义，准确且及时的掌握氢燃料电池中的水含量,对得到更好的水管理策略极其重要。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种氢燃料电池尾气水分回收装置，可安全可靠，准确及时的回收氢燃料电池尾气中的水分，实现氢燃料电池排水量的测量，进而实现氢燃料电池中水含量的测量。同时提供一种氢燃料电池水含量测量方法，以解决现有技术中氢燃料电池水含量不能安全可靠、准确及时测量的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氢燃料电池尾气水分回收装置，包括：氢燃料电池反应测试平台、与所述氢燃料电池反应测试平台的氢气进口连接的氢气供应单元、与所述氢燃料电池反应测试平台的空气进口连接的空气供应单元、与所述氢燃料电池反应测试平台的尾气出口连接的尾气水分过滤装置、与所述尾气水分过滤装置连接的用于回收水分的尾气水分回收装置、与所述尾气水分过滤装置连接的用于接收不凝气体的尾气输出装置。

氢燃料电池反应测试平台可用于测试燃料电池进出口气体温度、湿度、压力、体积流量等参数及进行性能测试。

尾气水分过滤装置可采用温差冷凝的方式将尾气中的水蒸气以液态水的形式分离出来，再由尾气水分回收装置对液态水进行回收。

进一步的，所述氢气供应单元包括顺次连接的氢气储存装置、减压阀、氢气流量计，所述氢气流量计通过设有氢气开关阀门的管路与所述氢燃料电池反应测试平台的氢气进口连接。