[发明专利]测定燃料电池气液分离器分离效率的装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种测定燃料电池气液分离器分离效率的装置及其控制方法，装置包括加湿系统、供气系统、气液混合系统、气液分离系统；所述气液混合系统包括气液混合腔室以及密封镶嵌于气液混合腔室顶部的多孔碳板，所述多孔碳板上下相对的两个板面分别设有入口端和出口端，所述多孔碳板的入口端与加湿系统的出口连通且出口端与气液混合腔室内部空间连通，所述气液混合腔室设有干气体进口与供气系统的出口连通，所述气液混合腔室还设有湿气体出口与气液分离系统连。本发明通过对供气系统和加湿系统的控制，使气液混合腔室内出口的气体温度、湿度、压力、气体流量对真实工况进行全方位模拟，实现接近真实工况下气液分离器分离效率的测试。

技术领域

本发明涉及燃料电池，具体地指一种测定燃料电池气液分离器分离效率的装置及其控制方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种新型高能量密度、高能量转化率、环保型的电源装置，通过氢气与氧气发生氧化还原反应后生成水并发电，其具有工作温度低、启动速度快、工作效率高和操作方便等优点。因此，质子交换膜燃料电池在新能源汽车领域具有相当可观的市场前景。

质子交换膜燃料电池反应会在阴极侧生成大量的水，同时会有部分液态水和气态水渗透到阳极侧，目前燃料电池系统均采用阳极氢气循环装置，以提升氢气利用率。如果阳极出口的液态水不及时分离，会造成电堆阳极水淹，导致输出功率下降，当环境温度过低时，电堆内部极易因结冰造成膜不可逆的损伤。因此需要在电堆阳极出口设置气液分离器，以实现阳极反应后气体中过量水的分离。而评价气液分离器分离液态水能力最重要的指标就是分离效率。

公开号为CN112113752A的中国发明专利公开了一种燃料电池气液分离器测试系统和方法，氢气瓶用以模拟燃料电池中的氢气，喷雾加湿器为氢气中加入水分，加热箱用以提高氢气和水分的温度，从而模拟气液分离器工作环境，测试其分离效率。该专利的缺陷为：1.喷雾加湿器喷出的水粒径一般是几十微米(μm)，而实际从质子膜阴极经压力透过至阳极的液态水粒径一般是纳米(nm)级别，而水粒径越大越容易分离，故该专利的测试方法得到的结果一般比实际效率高20％以上，失真严重；2.氢气经喷雾加湿器加湿再经加热箱加热，就直接进入气液分离器，整个装置中都无法进行湿度监测和调节，因此根本无法保障进入气液分离器的湿氢气湿度与实际阳极出口湿度一致。

因此，需要开发出一种结构简单、操作方便、可模拟燃料电池阳极出口气液分离器真实工作环境的测定燃料电池气液分离器分离效率的装置及其控制方法。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、可模拟燃料电池阳极出口气液分离器真实工作环境的测定燃料电池气液分离器分离效率的装置及其控制方法。

本发明的技术方案为：一种测定燃料电池气液分离器分离效率的装置，其特征在于，包括用于提供热水的加湿系统、用于提供加热氮气的供气系统、用于将热水渗透后再与加热氮气混合的气液混合系统、用于测定分离效率的气液分离系统以及控制器，所述加湿系统、供气系统、气液混合系统、气液分离系统均与控制器信号连接；

所述气液混合系统包括气液混合腔室以及密封镶嵌于气液混合腔室顶部的多孔碳板，所述多孔碳板上下相对的两个板面分别设有入口端和出口端，所述多孔碳板的入口端与加湿系统的出口连通且出口端与气液混合腔室内部空间连通，所述气液混合腔室设有干气体进口与供气系统的出口连通，所述气液混合腔室还设有湿气体出口与气液分离系统的入口连通；

所述气液分离系统包括沿气体方向依次连接的第三开关阀、气液分离器，所述气液分离器的出液口设有第一储液箱，所述气液分离器的出气口设有背压阀，所述背压阀出口设有第二储液箱。本发明中的多孔碳板又称多孔石墨板，其平均孔径一般为100nm-500nm，为市售产品。