CN116914200A - 一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***及测试方法，涉及分离引射器测试技术领域，测试***包括气源模块、前测试单元、后测试单元、电堆模拟***和储水箱，气源模块用于给待测试的分离引射器供气；通入分离引射器的气体先经过前测试单元的检测；后测试单元用于对从分离引射器出来的气体进行检测，电堆模拟***用于模拟电堆，电堆模拟***用于接收来自分离引射器的气体并模拟气体进入电堆后的压降、湿度、温度以及消耗量的变化，电堆模拟***的气体出口连通分离引射器的二次气流进口；电堆模拟***的气体出口上游管道上设置有加湿器；储水箱和分离引射器的排水口连通。本发明提供的方案能够拓宽测试工况范围。

Description

一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***及测试方法
技术领域
本发明涉及分离引射器性能测试技术领域，特别是涉及一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***及测试方法。
背景技术
近年来，全球范围内能源危机与环境污染问题日益严重，世界各国大力发展新能源领域，其中氢能作为一种清洁能源，因其能量密度高，反应产物无污染，储量丰富等优势受到广泛关注，质子交换膜燃料电池更是在汽车领域得到大力发展。燃料电池发动机氢气循环***中主要零部件有引射器、气水分离器、加湿器等，其中引射器对提高氢气利用率，提高燃料电池发动机***效率具有重要作用，气水分离器能够将电堆中反应产生的水从气体中分离出来，保证电堆内部的水分平衡。分离引射器对引射器和气水分离器进行一体化设计，可以达到节约空间，实现大功率范围氢气引射循环和水汽分离的功能。
现有技术中存在多种燃料电池分离引射器或引射器测试***，然而每个***均存在缺陷，例如专利文献CN115342863A公开了一种燃料电池分离引射器测试***及测试方法，但其只针对了电堆出***有未饱和水分的气体这一工况，测试工况不够全面，且其测试过程中更换实验气体后，对于流量计没有明确要求，更换流量计会导致成本增加，测试过程复杂。专利文献CN110838591A公开了一种燃料电池引射器测试***及测试方法，但其模拟电堆出口的引射流体没有经过气水分离器分离水分，会对引射器性能及测试造成影响，没有考虑到水分对引射器引射系数的影响。
基于此，急需一种新型的方案来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***及测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，拓宽了测试工况范围。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***，包括：
气源模块，所述气源模块用于给待测试的分离引射器供气；
前测试单元，通入分离引射器的气体先经过所述前测试单元的检测；
后测试单元，所述后测试单元用于对从所述分离引射器出来的气体进行检测，根据所述后测试单元和所述前测试单元检测的数据来计算引射系数；
电堆模拟***，所述电堆模拟***用于模拟电堆，所述电堆模拟***用于接收来自所述分离引射器的气体并模拟气体进入电堆后的压降、湿度、温度以及消耗量的变化，所述电堆模拟***的气体出口连通分离引射器的二次气流进口；所述电堆模拟***的气体出口上游管道上设置有加湿器，所述加湿器用于调节排出气体的水蒸气饱和度；
储水箱，所述储水箱和所述分离引射器的排水口连通；根据所述加湿器的加水量以及所述储水箱内的储水量计算气水分离效率。
优选的，所述气源模块包括高压氢气瓶、高压氮气瓶和第一三通阀，所述第一三通阀的三端分别与所述高压氢气瓶、所述高压氮气瓶和所述前测试单元连通；所述燃料电池发动机分离引射器性能测试***中所采用的流量计为在线可调式流量计。
优选的，所述储水箱还能够和所述加湿器连通。
优选的，所述电堆模拟***还包括氢气回收单元和微调阀，所述微调阀和所述电堆模拟***的循环管路连通，所述氢气回收单元与所述微调阀连通。
优选的，所述前测试单元沿着气体流动的方向依次包括第一减压阀、电磁比例阀、第一温度传感器、第一质量流量计、止回阀和第一压力传感器。
优选的，所述后测试单元沿着气体流动的方向依次包括第二压力传感器、第二温度传感器和第二质量流量计。
优选的，所述电堆模拟***包括PTC加热器、第三温度传感器、第二减压阀、第三压力传感器、第二三通阀、所述加湿器、湿度传感器和氢气回收单元；所述PTC加热器、所述第三温度传感器、所述微调阀、所述第二减压阀、所述第三压力传感器、所述第二三通阀、所述加湿器和湿度传感器沿着气体循环的流动方向依次设置。
本发明还提供了一种燃料电池发动机分离引射器性能测试方法，利用如上所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***进行测试，包括：采用加湿器来调节气体的水蒸气饱和度以模拟不同工况下的电堆排气，根据所述后测试单元和所述前测试单元检测的数据来计算引射系数；根据所述加湿器的加水量以及所述储水箱内的储水量计算气水分离效率。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、本发明提供的燃料电池发动机分离引射器性能测试***能够同时检测引射系数和分离效率。
2、电堆模拟***的气体出口上游管道上设置有加湿器，加湿器用于调节排出气体的湿度或过饱和气体携带的液态水流量，以此实现对多种工况下分离引射器的性能进行测试。
3、本发明使用的流量计可以在线调整以适应测量不同的气体，切换气体后不需要更换流量计，可以降低实验成本，简化实验流程。
4、本发明充分模拟了燃料电池发动机氢气循环***各种因素对测试结果的影响，如湿度对引射系数影响等，同时可以实现水分和气体的循环利用，测试装置简单，流程简便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一提供的燃料电池发动机分离引射器性能测试***的结构示意图；
图2为实施例二提供的燃料电池发动机分离引射器性能测试方法的流程示意图；
图中：1-高压氢气瓶；2-高压氮气瓶；3-第一三通阀；4-第一减压阀；5-电磁比例阀；6-第一温度传感器；7-第一质量流量计；8-止回阀；9-第一压力传感器；10-分离引射器；11-第二压力传感器；12-第二温度传感器；13-第二质量流量计；14-PTC加热器；15-第三温度传感器；16-第二减压阀；17-第三压力传感器；18-第二三通阀；19-第三质量流量计；20-微调阀；21-氢气回收装置；22-第三三通阀；23-排气口；24-加湿器；25-湿度传感器；26-第四压力传感器；27-手动阀；28-储水箱；29-液位传感器；30-循环水泵；31-气源模块；32-前测试单元；33-后测试单元；34-电堆模拟***；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***及测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，拓宽了测试工况范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***，如图1所示，包括气源模块31、前测试单元32、后测试单元33、电堆模拟***34和储水箱28。
其中，气源模块31用于给待测试的分离引射器10供气。
前测试单元32沿着气体流动的方向依次包括第一减压阀4、电磁比例阀5、第一温度传感器6、第一质量流量计7、止回阀8和第一压力传感器9，从气源模块31出来的气体先经过前测试单元32的检测后再通入分离引射器10的气体。
后测试单元33沿着气体流动的方向依次包括第二压力传感器11、第二温度传感器12和第二质量流量计13，后测试单元33用于对从分离引射器10出来的气体进行检测，根据后测试单元33和前测试单元32检测的数据来计算引射系数。
电堆模拟***34包括PTC加热器14、第三温度传感器15、第二减压阀16、第三压力传感器17、第二三通阀18、加湿器24、湿度传感器25和微调阀20，PTC加热器14、第三温度传感器15、第二减压阀16、第三压力传感器17、第二三通阀18、加湿器24和湿度传感器25，沿着气体循环的流动方向依次设置，电堆模拟***34用于模拟电堆，电堆模拟***34用于接收来自分离引射器10的气体并模拟气体进入电堆后的压降、湿度、温度以及消耗量的变化，电堆模拟***34的气体出口连通分离引射器10的二次气流进口；二次气流进口与气水分离组件连通，电堆模拟***34的气体出口上游管道上设置有加湿器24，加湿器24用于调节排出气体的水蒸气饱和度；微调阀20和电堆模拟***34的循环管路连通，电堆模拟***34能够精准的模拟气体进入电堆后的压降、湿度、温度的变化，且可以根据调节微调阀20开度精确控制进入模拟电堆气体的消耗量，通过加湿器24可以模拟电堆出口气体的湿度或过饱和气体携带的液态水流量。
储水箱28和分离引射器10的排水口连通；根据加湿器24的加水量以及储水箱28内的储水量计算气水分离效率。优选的，储水箱28内设置液位传感器29，液位传感器29检测储水箱28内液位变化，传输至上位机计算分离效率。
本实施例提供的燃料电池发动机分离引射器性能测试***能够同时检测引射系数和分离效率。且电堆模拟***34中的加湿器24用于调节排出气体的湿度，以此实现对多种工况下分离引射器的性能进行测试。
电堆模拟***34的气体出口与分离引射器10的二次气流进口之间还设置有手动阀27。
于一些实施例中，加湿器24为超声波加湿器，配套设置有液位传感器29，定时传输储水箱28中的液态水水位高度。
于一些实施例中，气源模块31包括高压氢气瓶1、高压氮气瓶2和第一三通阀3，高压氢气瓶1、高压氮气瓶2上均设置有安全阀，第一三通阀3的三端分别与高压氢气瓶1、高压氮气瓶2和前测试单元32连通；燃料电池发动机分离引射器性能测试***中所采用的流量计为在线可调式流量计，流量计可为质量流量计或体积流量计。
具体可采用美国ALICATScientific公司生产的20系列标准型气体质量流量计。
本实施例使用的流量计可以在线调整以适应测量不同的气体，更换气体后不需要更换流量计，可以降低实验成本，简化实验流程。
于一些实施例中，储水箱28还能够和加湿器24连通，进而实现水分的循环利用。
于一些实施例中，电堆模拟***34还包括氢气回收单元，氢气回收单元与微调阀20连通并用于回收氢气，具体的微调阀20于一个分支管路上并通过第二三通阀18与电堆模拟***34的循环管路连通。
于一些实施例中，还包括上位机，上位机控制整个工作过程顺畅运行。
实施过程是，关闭手动阀27，通入高压气体测试管道密封性，然后打开手动阀27，控制第一三通阀3，选择气源类型，高压气体经过第一减压阀4达到设定压力，通过电磁比例阀5对流量进行控制，控制第一减压阀4，直到第一压力传感器9示数达到所需值。经过第一温度传感器6、第一质量流量计7和第一压力传感器9对分离引射器10的工作流体温度、压力和流量进行测试。经过分离引射器10，混合流体经过第二温度传感器12、第二压力传感器11和第二质量流量计13进入电堆模拟***34，在电堆模拟***34中经过PTC加热器、第二减压阀16、第三压力传感器17、第二三通阀18和第三三通阀22，第三三通阀22连接至氢气回收装置21和排气口23，第二三通阀18和第三三通阀22之间连接有微调阀20和第三质量流量计19，第二三通阀18另一端连接至加湿器24，加湿器24后连接有湿度传感器25，用于模拟电堆出口湿度的变化。根据上位机计算出不同功率电堆消耗气体量，通过第三质量流量计19示数和微调阀20开度控制气体排出量，模拟真实气体进入电堆后的消耗量。模拟电堆出口连接至分离引射器10分离入口二者之间连接有第四压力传感器26，经气水分离组件后进入引射流体入口，分离出的水分从出水口进入储水箱28，液位传感器29检测储水箱28内液位变化，传输至上位机计算分离效率，储水箱28与加湿器24相连，实现水分的循环利用。
实施例二
本实施例提供了一种燃料电池发动机分离引射器性能测试方法，如图2所示，利用实施例一所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***进行测试，包括：采用加湿器24来调节气体的水蒸气饱和度以模拟不同工况下的电堆排气，根据后测试单元33和前测试单元32检测的数据来计算引射系数；根据加湿器24的加水量以及储水箱28内的储水量计算气水分离效率。
具体的测试方法如下：确定实验气体，本方案先使用氮气作为初始实验气体，调节第一三通阀3，固定比例阀开度，调节第一减压阀4，直到第一压力传感器9读数达到8bar，根据模拟电堆压降调节第二减压阀16直到第三压力传感器17读数达到所需值，计算此工况下所需气体消耗量，根据第三质量流量计19调节微调阀20，使排出气体量等于电堆气体消耗量。根据不同电堆功率进气口氢气流量要求，控制比例阀开度进行不同电堆功率下测试，采集各流量传感器、压力传感器、湿度传感器25、温度传感器数据，记录第一质量流量计7、第二质量流量计13测出的单位时间内流量，记为Q1、Q2。第一压力传感器9、第二压力传感器11压力值，记为P1、P2。加湿器24单位时间内加湿水量，记为M，液位传感器29测量储水箱28单位时间液位变化，记为ht。分离效率＝S×ht×ρ/M,其中S为储水箱28底面积，ρ为水的密度。引射系数
＝Q2/Q1-1，引射压降为ΔP＝P2-P1,根据上述方法可以计算出分离引射器10的气水分离效率和引射系数两项性能。切换实验气体为氢气，在线调整流量计进行测试。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种燃料电池发动机分离引射器性能测试***，其特征在于：包括：
气源模块，所述气源模块用于给待测试的分离引射器供气；
前测试单元，通入分离引射器的气体先经过所述前测试单元的检测；
后测试单元，所述后测试单元用于对从所述分离引射器出来的气体进行检测，根据所述后测试单元和所述前测试单元检测的数据来计算引射系数；
电堆模拟***，所述电堆模拟***用于模拟电堆，所述电堆模拟***用于接收来自所述分离引射器的气体并模拟气体进入电堆后的压降、湿度、温度以及消耗量的变化，所述电堆模拟***的气体出口连通分离引射器的二次气流进口；所述电堆模拟***的气体出口上游管道上设置有加湿器，所述加湿器用于调节排出气体的水蒸气饱和度；
储水箱，所述储水箱和所述分离引射器的排水口连通；根据所述加湿器的加水量以及所述储水箱内的储水量计算气水分离效率。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***，其特征在于：所述气源模块包括高压氢气瓶、高压氮气瓶和第一三通阀，所述第一三通阀的三端分别与所述高压氢气瓶、所述高压氮气瓶和所述前测试单元连通；所述燃料电池发动机分离引射器性能测试***中所采用的流量计为在线可调式流量计。
3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***，其特征在于：所述储水箱还能够和所述加湿器连通。
4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***，其特征在于：所述电堆模拟***还包括氢气回收单元和微调阀，所述微调阀和所述电堆模拟***的循环管路连通，所述微调阀用于模拟实际电堆的气体消耗量，所述氢气回收单元与所述微调阀连通。
5.根据权利要求1所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***，其特征在于：所述前测试单元沿着气体流动的方向依次包括第一减压阀、电磁比例阀、第一温度传感器、第一质量流量计、止回阀和第一压力传感器。
6.根据权利要求1所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***，其特征在于：所述后测试单元沿着气体流动的方向依次包括第二压力传感器、第二温度传感器和第二质量流量计。
7.根据权利要求4所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***，其特征在于：所述电堆模拟***包括PTC加热器、第三温度传感器、第二减压阀、第三压力传感器、第二三通阀、所述加湿器、所述微调阀、湿度传感器和氢气回收单元；所述PTC加热器、所述第三温度传感器、所述第二减压阀、所述第三压力传感器、所述第二三通阀、所述加湿器和湿度传感器沿着气体循环的流动方向依次设置。
8.一种燃料电池发动机分离引射器性能测试方法，其特征在于：利用权利要求1～7任意一项所述的燃料电池发动机分离引射器性能测试***进行测试，包括：采用加湿器来调节气体的水蒸气饱和度以模拟不同工况下的排气，根据所述后测试单元和所述前测试单元检测的数据来计算引射系数；根据所述加湿器的加水量以及所述储水箱内的储水量计算气水分离效率。
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