CN209783927U - 一种燃料电池膜加湿器测试*** - Google Patents

一种燃料电池膜加湿器测试*** Download PDF

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马天才
赵桦粮
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Abstract

本实用新型涉及一种燃料电池膜加湿器测试***，包括待测加湿器，该待测加湿器上具有干空气入口、干空气出口、湿空气入口和湿空气出口，测试***包括流量控制模块、温度控制模块、湿度控制模块、两个压力控制模块和四个传感器模块，其中，流量控制模块、温度控制模块和干空气入口依次连接，干空气出口连接湿度控制模块的入口，湿空气入口连接湿度控制模块的出口，两个压力控制模块分别设置在湿空气入口和湿度控制模块之间以及湿空气出口处，四个传感器模块分别设置在干空气入口、干空气出口、湿空气入口和湿空气出口处。与现有技术相比，本实用新型符合燃料电池中膜加湿器的实际运行状态，测试平台部件较少，结构简单，易于操作。

Description

一种燃料电池膜加湿器测试***
技术领域
本实用新型涉及燃料电池零部件测试领域，尤其是涉及一种燃料电池膜加湿器测试***。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种把氢气中的化学能转换成电能的能量转化装置，由于其对环境友好、能量转换效率高、噪音低等特点，在新能源领域备受关注。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其膜内的含水量直接影响了膜性能的好坏，最终也会影响电池的性能。所以目前在质子交换膜燃料电池运行时，都会使用加湿器对进入的空气进行加湿。同时为了简化***，燃料电池本身还会使用空气***进行自加湿：使用电堆空气出口侧的湿空气加湿电堆进口空气。
为了提高电堆的性能，就必须为电堆提供合适湿度的空气，因此质子交换膜燃料电池***中加湿器的设计和测试至关重要。在现有技术中，对加湿器进行测试时，是将通过待测加湿器的干空气和湿空气分开供给，这样测试需要两个气体供源和各自的控制***，结构笨重复杂，并且没有考虑燃料电池本身的自加湿，不符合加湿器的实际工作条件，由此测试结果指导的加湿器设计和选择难以获得最优结果。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池膜加湿器测试***。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种燃料电池膜加湿器测试***，包括待测加湿器，该待测加湿器上具有干空气入口、干空气出口、湿空气入口和湿空气出口，测试***包括流量控制模块、温度控制模块、湿度控制模块、两个压力控制模块和四个传感器模块，其中，所述流量控制模块、温度控制模块和干空气入口依次连接，所述干空气出口连接湿度控制模块的入口，所述湿空气入口连接湿度控制模块的出口，所述两个压力控制模块分别设置在湿空气入口和湿度控制模块之间以及湿空气出口处，所述四个传感器模块分别设置在干空气入口、干空气出口、湿空气入口和湿空气出口处；上述各模块和待测加湿器之间均通过管道连接。
进一步地，所述的湿度控制模块包括湿膜加湿器，以及依次通过水管连接的调节阀、水散热器、水加热器和水泵，所述湿膜加湿器内设有空气通道和水通道，所述水通道的两端分别通过水管连接水泵和水散热器，所述空气通道的两端为湿度控制模块的入口和出口。
进一步地，所述的水通道两端均设有内温度传感器和内压力传感器。
进一步地，所述水泵的出口处设有水流量计。
进一步地，所述的流量控制模块为空气压缩机。
进一步地，所述的流量控制模块的出口处设有空气流量计。
进一步地，所述的温度控制模块为加热器。
进一步地，所述的压力控制模块为气动调节阀、电动调节阀或手动调节阀。
进一步地，所述的传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型设计了湿度控制模块，通过将待测加湿器的干空气出口通过湿度控制模块连接待测加湿器的湿空气入口，用于模仿燃料电池的空气加湿作用，同时通过压力控制模块对待测加热器的湿空气入口和湿空气出口进行压力控制，整体模拟了工作状态下燃料电池的内部加湿特性对加湿器的影响，使得测试过程符合加湿器在工作中的实际工况条件，测试结果更为精确，能够最终指导加湿器的优化设计。
2、本实用新型***结构简单、成本低，只需要一个气体的供源即可进行测试，不需要设置现有测试***中锅炉等大型设备，组装灵活便捷。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图标记：1、流量控制模块，2、温度控制模块，3、待测加湿器，31、干空气入口，32、干空气出口，33、湿空气入口，34、湿空气出口，4、湿度控制模块，41、湿膜加湿器，42、调节阀，43、水散热器，44、水加热器，45、水泵，46、水流量计、47、内温度传感器，48、内压力传感器，5、压力控制模块，6、传感器模块，61、温度传感器，62、压力传感器，63、湿度传感器，7、空气流量计。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池膜加湿器测试***，包括流量控制模块1、温度控制模块2、湿度控制模块4、两个压力控制模块5和四个传感器模块6。该待测加湿器3上具有干空气入口31、干空气出口32、湿空气入口33和湿空气出口34。
其中，流量控制模块1、温度控制模块2和干空气入口31依次连接，为待测加湿器3提供一定流量和温度的气体。干空气出口32连接湿度控制模块4的入口，湿空气入口33连接湿度控制模块4的出口，即将湿度控制模块4设置在待测加湿器3的干空气出口32与湿空气入口33之间，为待测加湿器3提供一定湿度的湿空气，用于加湿器内的加湿。两个压力控制模块5分别设置在湿空气入口33和湿度控制模块4之间，以及湿空气出口34处，分别控制待测加湿器3干空气和湿空气侧的压力。四个传感器模块6分别设置在干空气入口31、干空气出口32、湿空气入口33和湿空气出口34处，流量控制模块1的出口处还设有空气流量计7。上述各模块和待测加湿器3之间均通过管道连接。
在本实例中，流量控制模块1为空气压缩机；温度控制模块2为加热器；压力控制模块5为气动调节阀42、电动调节阀42或手动调节阀42中的一种或多种；传感器模块6包括温度传感器61、湿度传感器63和压力传感器62。
湿度控制模块4具体包括湿膜加湿器41，以及依次通过水管连接的调节阀42、水散热器43、水加热器44和水泵45。湿膜加湿器41内设有空气通道和水通道，水通道的两端分别通过水管连接水泵45和水散热器43，空气通道的两端为湿度控制模块4的入口和出口。水通道两端均设有内温度传感器47和内压力传感器48，水泵45的出口处还设有水流量计46。湿膜加湿器41用于模仿电堆的加湿特性，根据不同的加湿需求选择不同的规格。在湿度控制模块4中，水散热器43属于空冷型散热器，并且配有风扇，能进行主动散热；水加热器44采用恒温水浴的方式，有集水和加热两种作用。
本实施例的工作原理为：***通过湿度控制模块4来模仿电堆的加湿特性。由流量控制模块1供应一定流量的压缩空气，然后通过温度控制模块2，使空气加热到设定温度，之后通入待测加湿器3的干空气入口31。气体经过待测加湿器3以后，进入到湿度控制模块4进行二次加湿，使其出口的湿度达到设定值，然后再通入待测加湿器3中的湿空气入口33，最终排放到大气中。通过待测加湿器3四个进出口的温度、压力和湿度，则可以对加湿器的性能进行计算评估。在测试中，可以对***的流量进行设定，也可以设定待测加湿器3干空气进口温度、干空气侧的压力、湿空气入口33的湿度和湿空气侧的压力。
具体示例如下：
根据一个具体燃料电池的运行工况，对待测加湿器3进行测试。
设定燃料电池此时相关的工况为：空气流量为2000slpm，电堆温度为70℃，电堆进口压力140kPa，电堆出口压力155kPa。
测试步骤如下：
(1)设置流量控制模块1的气源流量，根据背压情况，调节流量，使其保持2000slpm。
(2)设置温度控制模块2，使其温度保持在70℃。
(3)设置压力控制模块5，调节待测加湿器3前后两个调节阀42，使干空气出口32压力和湿空气出口34压力分别为140kPa、150kPa。
(4)调节湿度控制模块4，使湿空气的入口湿度达到100％；依据湿膜加湿器41中空气的压力和流速，调节水侧的流量和压力，具体调节水侧的水泵45、调节阀42、水加热器44。
(5)记录此时待测加湿器3的干空气进出口和湿空气进出口的压力、温度和湿度。
(6)通过(5)中的数据计算在此燃料电池工况下的加湿性能。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种燃料电池膜加湿器测试***，包括待测加湿器(3)，该待测加湿器(3)上具有干空气入口(31)、干空气出口(32)、湿空气入口(33)和湿空气出口(34)，其特征在于，测试***包括流量控制模块(1)、温度控制模块(2)、湿度控制模块(4)、两个压力控制模块(5)和四个传感器模块(6)，其中，所述流量控制模块(1)、温度控制模块(2)和干空气入口(31)依次连接，所述干空气出口(32)连接湿度控制模块(4)的入口，所述湿空气入口(33)连接湿度控制模块(4)的出口，所述两个压力控制模块(5)分别设置在湿空气入口(33)和湿度控制模块(4)之间以及湿空气出口(34)处，所述四个传感器模块(6)分别设置在干空气入口(31)、干空气出口(32)、湿空气入口(33)和湿空气出口(34)处；上述各模块和待测加湿器(3)之间均通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述的湿度控制模块(4)包括湿膜加湿器(41)，以及依次通过水管连接的调节阀(42)、水散热器(43)、水加热器(44)和水泵(45)，所述湿膜加湿器(41)内设有空气通道和水通道，所述水通道的两端分别通过水管连接水泵(45)和水散热器(43)，所述空气通道的两端为湿度控制模块(4)的入口和出口。
3.根据权利要求2所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述的水通道两端均设有内温度传感器(47)和内压力传感器(48)。
4.根据权利要求2所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述水泵(45)的出口处设有水流量计(46)。
5.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述的流量控制模块(1)为空气压缩机。
6.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述的流量控制模块(1)的出口处设有空气流量计(7)。
7.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述的温度控制模块(2)为加热器。
8.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述的压力控制模块(5)为气动调节阀(42)、电动调节阀(42)或手动调节阀(42)。
9.根据权利要求1所述的燃料电池膜加湿器测试***，其特征在于，所述的传感器模块(6)包括温度传感器(61)、湿度传感器(63)和压力传感器(62)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111509275A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 苏州纳尔森能源科技有限公司 燃料电池、基于燃料电池控制气体加湿的方法及装置
CN111987334A (zh) * 2020-08-07 2020-11-24 中国北方发动机研究所(天津) 一种氢燃料电池可控式空气加湿装置
CN113074975A (zh) * 2021-03-30 2021-07-06 中氢铭创测控科技(武汉)有限公司 一种燃料电池加湿器测试装置

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