CN215893992U - 一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试*** - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，包括被测引射器、与被测引射器连接的工作管路、引射管路以及循环管路，引射管路包括第一缓冲罐，第一缓冲罐入口连通有氢气定量输送模块、氮气定量输送模块以及蒸汽定量输送模块，第一缓冲罐出口利用引射管道依次连接有第一减压阀、热交换器、第一截止阀和第一流量计，引射管道上设置有第一氮气传感器，第一流量计出口通过第一止回阀与被测引射器连通。本实用新型实现了引射器的工作流体测试以及多气源的引射流体解耦和模拟电堆的氢循环回路测试。

Description

一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***。

背景技术

引射器的概念早已有之，并且在各个工业部门中都得到了广泛的应用。但是在燃料电池***中使用引射器还比较前沿，对于这种引射器性能的研究大多停留在理论阶段，或是将引射器放在燃料电池***中进行联调，单独对引射器测试的方案比较少。

专利文献CN 209927167 U公开了一种燃料电池引射器测试***，该文献使用加热加湿装置来模拟电堆环境，并使用阀门排出一定量的气体来模拟电堆中氢气的消耗，同时目前也广泛存在有如图1所示的引射器测试***，该***的方案中工作流体进气管路模拟了燃料电池***中供气部分，其中可以控制氢气的压力和流量；引射流体进气管路模拟了电堆以及循环部分，其中可以控制气体的压力、流量、温度和湿度；混合流体出气管路则是模拟了排放部分，其中可以控制管路的背压。该方案中使用了同一气源对工作流体和引射流体供气，在多处设置了止回阀，用压力表测量管路压力。上述两种引射器测试***仍存在如下几点不足：

(1)工作管路和引射管路使用同一气源，有可能导致流量不足。

(2)各种测试引射器性能的方案中，要么只有工作流体与引射流体解耦进行测试的方案，要么只有模拟电堆的氢循环回路来测试的方案，都未将两种方式结合在一起。

(3)使用同一气源，只能研究单一气体，不能测试当有其他气体存在时引射器的性能。

(4)工作流体仅控制了流量和压力，未研究工作流体的温度对引射器性能的影响。

(5)对引射流体的加热和加湿同时进行，不能研究单独因素对引射器性能的影响。

因此本实用新型提出一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，以解决上述提出的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，以实现引射器的工作流体测试以及多气源的引射流体解耦和模拟电堆的氢循环回路测试。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，包括被测引射器、与被测引射器连接的工作管路、引射管路以及循环管路，所述引射管路包括第一缓冲罐，所述第一缓冲罐入口连通有氢气定量输送模块、氮气定量输送模块以及蒸汽定量输送模块，所述第一缓冲罐出口利用引射管道依次连接有第一减压阀、热交换器、第一截止阀和第一流量计，所述引射管道上设置有第一氮气传感器，所述第一流量计出口通过第一止回阀与被测引射器连通，所述第一止回阀入口设置有第一压力传感器、第一温度传感器和第一湿度传感器，且所述第一止回阀出口设置有第二压力传感器、第二温度传感器和第二湿度传感器。

进一步的，所述工作管路包括第二缓冲罐，所述第二缓冲罐通过第二减压阀连接有第一氢气瓶，且所述第二缓冲罐出口利用工作管路依次连接有第一电磁比例阀和第二流量计，所述工作管路上位于第一电磁比例阀和第二流量计之间设置有热交换器，所述第二流量计出口与被测引射器连接，且所述第二流量计出口设置有第三压力传感器和第三温度传感器。

进一步的，所述循环管路包括串联连接的第三缓冲罐和第四缓冲罐，所述第三缓冲罐也分别连接有氮气定量输送模块和蒸汽定量输送模块，且所述第三缓冲罐通过第三流量计与被测引射器连接，所述第三流量计出口设置有第四压力传感器、第四温度传感器和第三湿度传感器，所述第四缓冲罐通过循环管道依次连接有热交换器和第二截止阀，所述第二截止阀与第一止回阀连接，所述循环管道上位于第四缓冲罐和热交换器之间位置连接有背压调节装置，所述背压调节装置通过第四流量计连接有第三截止阀，所述循环管道上位于第四缓冲罐和背压调节装置之间位置设置有第二氮气传感器、第五压力传感器、第五温度传感器和第五湿度传感器。

进一步的，所述氢气定量输送模块包括第二氢气瓶，所述第二氢气瓶通过输氢管道依次连接有第二减压阀、第二电磁比例阀、第五流量计和第二止回阀，所述氮气定量输送模块包括氮气瓶，所述氮气瓶通过输氮管道依次连接有第三减压阀、第三电磁比例阀、第六流量计和第三止回阀，所述蒸汽定量输送模块包括水箱，所述水箱通过蒸汽管道依次连接有水泵、蒸汽发生器、第四减压阀、第四电磁比例阀、第七流量计和第四止回阀，所述输氢管道、输氮管道和蒸汽管道上均设置有第六压力传感器和第六温度传感器。

进一步的，所述第一缓冲罐内设置有第七压力传感器、第七温度传感器和第四湿度传感器。

进一步的，所述第二缓冲罐内设置有第八压力传感器、第八温度传感器。

相比于现有技术，本实用新型至少具有以下有益效果：

(1)本实用新型将工作管路、引射管路以及循环管路相结合，不仅能实现引射器的工作流体与引射流体解耦测试，而且能够实现引射器的模拟电堆的氢循环回路测试，且在本实用新型中，工作管路、引射管路互不干扰，有效避免了流量不足的情况发生；

(2)本实用新型引射管路以及循环管路中采用多气源的设计，能够实现引射器的多气源性能测试；

(3)本实用新型在进行工作流体的测试过程中，能够对工作流体的温度进行控制，实现测试温度对引射器性能的影响，同时本实用新型的引射流体的加湿和加热能够独立实现，方便研究其单一变量对引射器性能的影响。

附图说明

图1为现有技术中一种引射器性能测试***的示意图；

图2为本实用新型氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***的整体结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例中工作管路示意图；

图4为本实用新型一个实施例中引射管路示意图；

图5为本实用新型一个实施例中循环管路示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图2所示，本实用新型实施例提出了一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，包括被测引射器1、与被测引射器1连接的工作管路、引射管路以及循环管路，所述工作管路用于对被测引射器1进行工作流体测试，所述引射管路用于对被测引射器1进行引射流体测试，所述循环管路用于对被测引射器1进行模拟电堆的氢循环回路测试，被测引射器1的工作流体测试和引射流体测试采用不同的管路气源，有效避免了气量不足的情况发生，所述引射管路包括第一缓冲罐2，所述第一缓冲罐2入口连通有氢气定量输送模块、氮气定量输送模块以及蒸汽定量输送模块，所述氢气定量输送模块用于向第一缓冲罐2内定量输送氢气，所述氮气定量输送模块用于向第一缓冲罐2定量输送氮气，所述蒸汽定量输送模块用于向第一缓冲罐2内定量输送蒸汽，多气源的设计，实现对被测引射器1进行多气体的性能测试，所述第一缓冲罐2出口利用引射管道依次连接有第一减压阀3、热交换器4、第一截止阀5和第一流量计6，热交换器4能够对第一缓冲罐2内的气体进行加热，实现测试不同温度对被测引射器1性能的影响，所述引射管道上设置有第一氮气传感器7，所述第一流量计6出口通过第一止回阀8与被测引射器1连通，所述第一止回阀8入口设置有第一压力传感器9、第一温度传感器10和第一湿度传感器11，且所述第一止回阀8出口设置有第二压力传感器12、第二温度传感器13和第二湿度传感器14，第一止回阀8的设置，避免压力较高的工作流体进入引射管路，第一压力传感器9、第一温度传感器10和第一湿度传感器11的设置，实现对进入第一止回阀8的引射气流进行气压、温度以及湿度的测量，第二压力传感器12、第二温度传感器13和第二湿度传感器14的设置，实现对排出第一止回阀8的引射气流进行气压、温度以及湿度的测量。

所述工作管路包括第二缓冲罐15，所述第二缓冲罐15通过第二减压阀16连接有第一氢气瓶17，且所述第二缓冲罐15出口利用工作管路依次连接有第一电磁比例阀18和第二流量计19，所述工作管路上位于第一电磁比例阀18和第二流量计19之间设置有热交换器4，所述第二流量计19出口与被测引射器1连接，且所述第二流量计19出口设置有第三压力传感器20和第三温度传感器21。在本实施方式中，第二减压阀16的设置，实现对工作气流进行预减压，第一电磁比例阀18的设置，实现工作气流的定量输送，热交换器4可对工作气流进行加热，第二流量计19、第三压力传感器20和第三温度传感器21的设置，可以检测并反馈工作管路中的压力、流量和温度是否达到目标值。根据第二流量计19、第三压力传感器20测得的值，经过pid运算，控制第一电磁比例阀18的开度，继而控制工作气流的压力和流量，而第三温度传感器21通过pid运算控制热交换器4可以调整工作气流的温度。

所述循环管路包括串联连接的第三缓冲罐22和第四缓冲罐23，所述第三缓冲罐22也分别连接有氮气定量输送模块和蒸汽定量输送模块，且所述第三缓冲罐22通过第三流量计24与被测引射器1连接，所述第三流量计24出口设置有第四压力传感器25、第四温度传感器26和第三湿度传感器27，所述第四缓冲罐23通过循环管道依次连接有热交换器4和第二截止阀28，所述第二截止阀28与第一止回阀8连接，所述循环管道上位于第四缓冲罐23和热交换器4之间位置连接有背压调节装置29，所述背压调节装置29通过第四流量计30连接有第三截止阀31，所述循环管道上位于第四缓冲罐23和背压调节装置29之间位置设置有第二氮气传感器32、第五压力传感器33、第五温度传感器34和第五湿度传感器59。在本实施方式中，循环管路中添加有氮气定量输送模块、蒸汽定量输送模块以及热交换器4，实现不同成分、温度和湿度的气源的模拟电堆的氢循环回路测试。

所述氢气定量输送模块包括第二氢气瓶35，所述第二氢气瓶35通过输氢管道依次连接有第二减压阀36、第二电磁比例阀37、第五流量计38和第二止回阀39，所述氮气定量输送模块包括氮气瓶40，所述氮气瓶通过输氮管道依次连接有第三减压阀41、第三电磁比例阀42、第六流量计43和第三止回阀44，所述蒸汽定量输送模块包括水箱45，所述水箱45通过蒸汽管道依次连接有水泵46、蒸汽发生器47、第四减压阀48、第四电磁比例阀49、第七流量计50和第四止回阀51，所述输氢管道、输氮管道和蒸汽管道上均设置有第六压力传感器52和第六温度传感器53。在本实施方式中，第五流量计38、第六流量计43和第七流量计50可分别对氢气定量输送模块、氮气定量输送模块和蒸汽定量输送模块输出的氢气、氮气和蒸汽进行流量测量，第二电磁比例阀37、第三电磁比例阀42和第四电磁比例阀49实现氢气、氮气和蒸汽量的定量精准控制，第二止回阀39、第三止回阀44和第四止回阀51的设置，防止不同气体由于压力的不同而逆流。

所述第一缓冲罐2内设置有第七压力传感器54、第七温度传感器55和第四湿度传感器56。在本实施方式中，七压力传感器54、第七温度传感器55和第四湿度传感器56的设置，实现对第一缓冲罐2内混合气体的压力、温度和湿度进行测量。

所述第二缓冲罐15内设置有第八压力传感器57、第八温度传感器58。在本实施方式中，第八压力传感器57、第八温度传感器58的设置，实现对第二缓冲罐15内气体的压力和温度进行测量。

以下列举所述氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***的较优实施例，以清楚的说明本实用新型的内容，应当明确的是，本实用新型的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本实用新型的思想范围之内。

本实用新型实施例提出了一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***的使用原理。具体如下：

(1)利用工作管路对引射器进行测试：如图3所示，氢气从氢气瓶流出，经过减压阀PRV1进入到缓冲罐BT1中，缓冲罐BT1的作用是稳定氢气的压力和流量，缓冲罐BT1出口采用电磁比例阀PV1控制压力和流量，并在其后设置了热交换器HE1，在热交换器HE1中对工作管路内的氢气间接加热。该管路的压力和流量都通过电磁比例阀PV1控制，工作管路最后设置有流量计F1、温度传感器T2、压力传感器P2，可以检测并反馈工作管路中的压力、流量和温度是否达到目标值。根据流量计F1、压力传感器P2测得的值，经过pid运算，控制电磁比例阀PV1的开度，继而控制氢气的压力和流量，而温度传感器T2通过pid运算控制热交换器HE1可以调整氢气的温度。

(2)利用引射管路对引射器进行测试：如图4所示，引射管路中采用三种气源，分别为氢气路、氮气路和蒸汽路，三种气源按照比例混合，可实现对引射器进行不同气源的引射测试，氢气、氮气、水蒸气的配比方式具体如下：

首先向缓冲罐BT2通入氢气，调节减压阀PRV7使阀后压力为设定值，然后依次向缓冲罐BT2中通入氮气和水蒸气，根据混合管路上的氮气传感器和湿度传感器H3的测量值和设定的混合比例进行对比，通过pid运算调节氮气和水蒸气管路上的电磁比例阀PV3和电磁比例阀PV4，进而控制氮气和水蒸气的比例，最后根据混合管路上的流量计F6，计算当前流量和设定的混合比例下，氢气管路所要达到的压力，该计算值与实际测得的压力值(压力传感器P3)进行比较后，通过pid运算控制氢气管路上的电磁比例阀PV2开度，达到调整混合气体中氢气的比例的目的。

从缓冲罐BT2中出来的混合气体经过热交换器HE1，温度传感器T8配合热交换器HE1可以通过pid计算控制混合气体的温度；实现对引射器进行不同温度气体的引流测试。

(3)利用循环管路对引射器进行模拟电堆的氢循环回路测试：如图5所述，在进行模拟电堆的氢循环回路测试是，首先当使用纯氢气循环时，打开截止阀GV3，调节背压调节装置，根据流量计F7，控制排出一定量的氢气，来模拟当前工况下电堆中的氢气消耗；当使用混合气体来模拟电堆中不同比例的气体状态时，根据压力传感器P12，调节背压调节装置保持一定的背压，并且模拟电堆内部对氢气的消耗，然后根据氮气传感器和湿度传感器H5的测量值和设定的混合比例进行对比，通过pid运算调节氮气和水蒸气管路上的电磁比例阀PV5和电磁比例阀PV6，进而控制氮气和水蒸气的比例，当氮气和水蒸气的比例达到设定值后，氢气的比例自然达到需求的比例，此时通过截止阀GV3排放的氢气量即为电堆中的氢气消耗量。

综上所述，本实用新型相对于现有技术，具有如下优势：

(1)本实用新型将工作管路、引射管路以及循环管路相结合，不仅能实现引射器的工作流体与引射流体解耦测试，而且能够实现引射器的模拟电堆的氢循环回路测试，且在本实用新型中，工作管路、引射管路互不干扰，有效避免了流量不足的情况发生；

(2)本实用新型引射管路以及循环管路中采用多气源的设计，能够实现引射器的多气源性能测试；

(3)本实用新型在进行工作流体的测试过程中，能够对工作流体的温度进行控制，实现测试温度对引射器性能的影响，同时本实用新型的引射流体的加湿和加热能够独立实现，方便研究其单一变量对引射器性能的影响。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，其特征在于，包括被测引射器、与被测引射器连接的工作管路、引射管路以及循环管路，所述引射管路包括第一缓冲罐，所述第一缓冲罐入口连通有氢气定量输送模块、氮气定量输送模块以及蒸汽定量输送模块，所述第一缓冲罐出口利用引射管道依次连接有第一减压阀、热交换器、第一截止阀和第一流量计，所述引射管道上设置有第一氮气传感器，所述第一流量计出口通过第一止回阀与被测引射器连通，所述第一止回阀入口设置有第一压力传感器、第一温度传感器和第一湿度传感器，且所述第一止回阀出口设置有第二压力传感器、第二温度传感器和第二湿度传感器。

2.如权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，其特征在于，所述工作管路包括第二缓冲罐，所述第二缓冲罐通过第二减压阀连接有第一氢气瓶，且所述第二缓冲罐出口利用工作管路依次连接有第一电磁比例阀和第二流量计，所述工作管路上位于第一电磁比例阀和第二流量计之间设置有热交换器，所述第二流量计出口与被测引射器连接，且所述第二流量计出口设置有第三压力传感器和第三温度传感器。

3.如权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，其特征在于，所述循环管路包括串联连接的第三缓冲罐和第四缓冲罐，所述第三缓冲罐也分别连接有氮气定量输送模块和蒸汽定量输送模块，且所述第三缓冲罐通过第三流量计与被测引射器连接，所述第三流量计出口设置有第四压力传感器、第四温度传感器和第三湿度传感器，所述第四缓冲罐通过循环管道依次连接有热交换器和第二截止阀，所述第二截止阀与第一止回阀连接，所述循环管道上位于第四缓冲罐和热交换器之间位置连接有背压调节装置，所述背压调节装置通过第四流量计连接有第三截止阀，所述循环管道上位于第四缓冲罐和背压调节装置之间位置设置有第二氮气传感器、第五压力传感器、第五温度传感器和第五湿度传感器。

4.如权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，其特征在于，所述氢气定量输送模块包括第二氢气瓶，所述第二氢气瓶通过输氢管道依次连接有第二减压阀、第二电磁比例阀、第五流量计和第二止回阀，所述氮气定量输送模块包括氮气瓶，所述氮气瓶通过输氮管道依次连接有第三减压阀、第三电磁比例阀、第六流量计和第三止回阀，所述蒸汽定量输送模块包括水箱，所述水箱通过蒸汽管道依次连接有水泵、蒸汽发生器、第四减压阀、第四电磁比例阀、第七流量计和第四止回阀，所述输氢管道、输氮管道和蒸汽管道上均设置有第六压力传感器和第六温度传感器。

5.如权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，其特征在于，所述第一缓冲罐内设置有第七压力传感器、第七温度传感器和第四湿度传感器。

6.如权利要求2所述的氢燃料电池氢气循环引射器性能测试***，其特征在于，所述第二缓冲罐内设置有第八压力传感器、第八温度传感器。

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