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燃料电池研发与测试之质量流量控制

2022年4月18日 Bronkhorst

助力充满活力的未来

燃料电池在能源转型助力活力未来的过程中扮演着重要角色。其使氢从可再生能源转化回电力成为可能。由于燃料电池在测试过程中高度依赖流体参数,质量流量控制器是燃料电池研发和测试中的关键因素。

本文将介绍质量流量控制如何助力此项研发,重点是低密度气体的热式旁路技术。

燃料电池

燃料电池的发展

新的燃料电池设计受很多参数影响。为了正确测试,需要尽可能准确地了解气体参数的性质和数量。

燃料电池测试机构、大学和燃料电池测试设备制造商在使用Bronkhorst流量控制和测量技术时这些基本知识很有帮助。

为什么质量流量测量和控制很重要?

我们从基础知识开始讲起,例如,在各种类型的燃料电池中,PEM型燃料电池(聚合物电解质膜)基于执行电化学过程。因此,只能在接收以下液体时提供电流:

  • 阳极需要最佳增湿氢气供给
  • 阴极需要最佳增湿氧气或空气供给

建议采用优化“化学计量比”,这是燃料电池效率的关键因素。

染料电池测试之质量流量控制
燃料电池 燃料电池效率取决于增湿氢气和空气的成分和数量、流速、压力条件和跨膜的压差。最佳性能点还受外部因素的影响,例如所需的电气负载以及环境和流体温度。

另一个影响因素是燃料电池本身设计及其附加参数,例如膜厚度、电解质类型、活性电极表面积和气体扩散层的有效性。

燃料电池测试之质量流量控制

下图示例测试装置中Bronkhorst质量流量控制仪表应用。流量计和压力仪表负责主要液体、气体和压力测量和控制相关任务。从中可见流体依赖性和相互作用。

燃料电池测试之质量流量控制

使用质量流量控制的理由

测试结果和精度一样好

所有流体控制和测量的相关性总是同时相互作用。对单燃料电池和燃料电池堆来说,这些都会对功能测试和压力测试产生重大影响。燃料电池或燃料处理系统的许多测试目标都会受到影响,例如在确定性能指标和特征时(根据IEC 62882系列或其它标准),输入供给控制精度会对系统不确定性产生巨大影响。

“大”流量质量流量控制器;用于测试和高功率或商业用途 控制燃料电池相关流量、压力和密度条件的优良选择是基于热式旁路质量流量测量技术的仪表。该原理质量流量控制器可实现高灵活性、高精度和高重复性的流体控制,包括:
  • 集成快速(直接阀)PID 控制的可靠控制
  • 基于质量的即时测量(非体积和基于P+T的质量转换)
  • 更高的射流控制和测量系统精度
  • 对H2/N2/H2O 、 O2/H2O 和其他气体进行更灵活的混合和比例进料控制
  • 独立的阳极和阴极流速和压力控制
  • 更好地支持负荷变化、耐久性循环、极化、吹扫等的切换。

从单电池到大型装置(大流量)

Bronkhorst可提供仪表支持单电池组以及高达几百千瓦的设置。其产品(如IN-FLOW ‘大流量’ F-117DI 系列)用于需要大负载动态或高耐用性的测试、高功率使用或商业用途。

Bronkhorst质量流量测控仪表适用于OEM应用、实验室和工业环境。

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