[发明专利]一种用于氢氧燃料电池测试的气体循环加湿方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于氢氧燃料电池测试的气体循环加湿方法及装置。方法为设置主燃料电池、副燃料电池、氢气残余气体循环系统、氧气残余气体循环系统以及残余气体供电发热系统；根据氢气、氧气的供给比例，控制氢气残余气体循环系统、氧气残余气体循环系统、残余气体供电发热系统的气体循环。本发明将过量的氢气或氧气导入主燃料电池，重新参与反应；将过量的氢气和氧气导入副燃料电池反应，为蓄电池充电并用于加湿器中负离子水的加热，提高氢气和氧气的利用效率；并且根据目标湿度以及循环气体流量，调整供给气体中流经加湿器的湿润气体，以及绕过加湿器的干燥气体比例关系，实现气体湿度的快速准确调节。

技术领域

本发明涉及氢氧燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种用于氢氧燃料电池测试的气体循环加湿方法及装置。

背景技术

氢氧燃料电池是一种氢气和氧气在特定条件下发生电化学反应生成水和电能的连续能量转化装置，具有高效、清洁和安静的优点，是极具发展前景的汽车动力源，也是国内外高校和科研机构的研究热点。

气体流量对氢氧燃料电池的性能有显著影响。在燃料电池性能研究过程中，需要进行不同气体流量下的性能对比实验。现有的氢氧燃料电池测试系统在氢气和氧气均过量或者单一气体过量的情况下，一般将残余气体直接排入外界环境，在造成气体浪费的同时也具有一定的安全隐患。部分现有的氢氧燃料电池测试系统增加了燃料电池残余气体循环装置，但是由于没有考虑到氢气和氧气反应比例，仍然无法使残余气体充分反应。

气体湿度对氢氧燃料电池的性能也具有重要影响。在燃料电池性能研究过程中，需要进行不同气体湿度下的性能对比实验。现有的燃料电池测试系统一般使反应气体通过水蒸气进行加湿，无法实现快速而准确的湿度调节。此外，现有的具有残余气体循环装置的燃料电池测试系统一般仅将残余气体与供给气体混合后导入燃料电池参与反应，没有考虑到残余气体加湿的问题。

专利CN201610461504使用二级燃料电池消耗残余氢气和氧气，减少了气体排放。但是该设计存在以下不足：第一，氢气和氧气未必按照反应比例供应，因此可能出现单一气体过量的情况，过量的单一气体无法在二级燃料电池中发生反应；第二，残余氢气和氧气在二级燃料电池反应后，可能依然存在部分残余气体，该部分气体未能处理；第三，水气分离器布置于循环管路，无法控制流向二级燃料电池的气体的湿度，由于一级燃料电池的阴极在反应过程中会生成大量水，可能会淹没二级燃料电池的电极；第四，系统未设计专门加湿装置，一级燃料电池仅靠反应后的湿润气体和循环管路中的水气分离器控制气体湿度，气体湿度将会在循环过程中不断降低。

专利CN201610867564公开了将残余气体通过燃烧方式转化为热能，但存在以下问题：第一，燃料电池的是否需要加热与反应放热情况和外界环境温度有关，并非一直需要加热；第二，使用高温气体作为传热介质，气体比热容相对较低，使用残余气体燃烧转化的能量较易散失。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种在氢氧燃料电池测试应用中，能快速、精准调节燃料电池中的氢气、氧气湿度，同时确保氢气、氧气的合理循环利用的方法。

本发明的上述目的通过以下方法实现：

提供一种用于氢氧燃料电池测试的气体循环加湿方法，设置主燃料电池和副燃料电池，设置氢气残余气体循环系统，将主燃料电池中未反应完全的氢气与正常供给的氢气混合并加湿后，重新导入主燃料电池进行反应；

设置氧气残余气体循环系统，将主燃料电池中未反应完全的氧气与正常供给的氧气混合并加湿后，重新导入主燃料电池进行反应；

设置残余气体供电发热系统将主燃料电池中未反应完全的氢气和氧气加湿后，导入副燃料电池进行反应，副燃料电池为气体加湿器中去离子水的加热提供电能；