[發(fā)明專利]一種氫燃料電池尾氣水分回收裝置及水含量測量方法

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• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112151837A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙鑫;郝冬;張妍懿;陳光;王曉兵;楊沄芃;郭帥帥;楊艷楠
• 申請（專利權(quán)）人: 中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司;中國汽車技術(shù)研究中心有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04291;H01M8/04492;G01R31/36;G01R31/378
• 代理公司: 天津企興智財知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12226
• 代理人: 趙佳

1.一種氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：包括：氫燃料電池反應(yīng)測試平臺(1)、與所述氫燃料電池反應(yīng)測試平臺(1)的氫氣進口連接的氫氣供應(yīng)單元、與所述氫燃料電池反應(yīng)測試平臺的空氣進口連接的空氣供應(yīng)單元、與所述氫燃料電池反應(yīng)測試平臺(1)的尾氣出口連接的尾氣水分過濾裝置、與所述尾氣水分過濾裝置連接的用于回收水分的尾氣水分回收裝置、與所述尾氣水分過濾裝置連接的用于接收不凝氣體的尾氣輸出裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：所述氫氣供應(yīng)單元包括順次連接的氫氣儲存裝置(2)、減壓閥(3)、氫氣流量計(4)，所述氫氣流量計(4)通過設(shè)有氫氣開關(guān)閥門(5)的管路與所述氫燃料電池反應(yīng)測試平臺(1)的氫氣進口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：所述空氣供應(yīng)單元包括順次連接的空氣濾清器(6)和空氣流量計(7)，所述空氣濾清器(6)通過設(shè)有空氣開關(guān)閥門(8)的管路與所述氫氣燃料電池反應(yīng)測試平臺(1)的空氣進口連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：所述尾氣水分過濾裝置包括空氣水分過濾裝置(9)和氫氣水分過濾裝置(10)；所述空氣水分過濾裝置(9)與所述氫燃料電池反應(yīng)測試平臺(1)的空氣尾氣出口連接；所述氫氣水分過濾裝置(10)與所述氫燃料電池反應(yīng)測試平臺(1)的氫氣尾氣出口連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：所述尾氣水分回收裝置包括與所述空氣水分過濾裝置(9)連接的空氣水分回收裝置(11)以及與所述氫氣水分過濾裝置(10)連接的氫氣水分回收裝置(12)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：所述尾氣輸出裝置包括與所述氫氣水分過濾裝置(10)連接的氫氣排出裝置(13)以及與所述空氣水分過濾裝置(9)連接的空氣排出管。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：還包括控制裝置(14)和電源裝置(15)；所述控制裝置(14)與所述氫氣供應(yīng)單元和所述空氣供應(yīng)單元連接，所述控制裝置(14)控制所述氫氣流量計(4)和所述空氣流量計(7)達到設(shè)定流量要求；所述空氣流量計(7)、所述氫氣流量計(4)和所述控制裝置(14)均與所述電源裝置(15)連接，所述電源裝置(15)為所述空氣流量計(7)、所述氫氣流量計(4)和所述控制裝置(14)供電。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：所述控制裝置(14)為PLC單片機。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置，其特征在于：所述空氣水分過濾裝置(9)和所述氫氣水分過濾裝置(10)均為濾芯式氣液分離器。

10.一種利用權(quán)利要求1所述的氫燃料電池尾氣水分回收裝置的氫燃料電池水含量測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)測量氫燃料電池尾氣回收水質(zhì)量m_ex，water：將氫氣和空氣導(dǎo)入氫燃料電池反應(yīng)測試平臺，反應(yīng)后，利用尾氣水分過濾裝置分離出尾氣中的水分，并利用尾氣水分回收裝置進行回收，測量回收水的質(zhì)量，即為氫燃料電池尾氣回收水質(zhì)量m_ex，water；

(2)計算氫燃料電池入口反應(yīng)氣體攜帶水分質(zhì)m_in，water：

a.測量氫燃料電池反應(yīng)測試平臺入口氫氣相對濕度入口空氣相對濕度入口氫氣壓力入口空氣壓力p_air，入口氫氣溫度入口空氣溫度T_air，入口氫氣體積流量入口空氣體積流量入口氫氣密度入口空氣密度ρ_air，運行時間t；

b.由入口氫氣溫度入口空氣溫度T_air，獲得對應(yīng)的飽和水蒸氣壓力分別為p_s(T_air)；

c.計算入口氫氣含濕量以及入口空氣含濕量d_air：

d.計算入口氫氣中水的質(zhì)量和入口空氣中水的質(zhì)量m_{in，air，water}：

e.計算氫燃料電池入口反應(yīng)氣體攜帶水分質(zhì)量m_in，water：

(3)根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)方程，計算反應(yīng)生成水的質(zhì)量m_g，water：

其中，為實際反應(yīng)氫氣質(zhì)量流量；

(4)基于氫燃料電池水平衡關(guān)系，計算氫燃料電池水含量m_st，water：

m_st，water＝m_in，water+m_g，water-m_ex，water。