CN101556212A - 一种燃料电池加湿器性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池加湿器性能测试系统，具体地讲是一种适用于多种规格的燃料电池加湿器性能测试系统。其包括流量控制段、温度测量段、湿度测量段，流量控制段一端连接气源，另一端进入加湿器的入口；温度测量段一端与加湿器出口连通，另一端通过三通换向阀与湿度测量段连通。本发明具有体积小巧、操作简单、适用于多种规格、测量参数全、测量范围大，测试结果准确的特点。

Description

一种燃料电池加湿器性能测试系统

技术领域

本发明涉及一种燃料电池加湿器性能测试系统，具体地讲是涉及一种适用于多种规格的燃料电池加湿器性能测试系统。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，简称FC)是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学装置。它按电化学原理，即原电池(如日常所用的锌锰电池)的工作原理，等温地把储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。燃料电池有多种类型。按电池的工作温度不同可分为，低温燃料电池(工作温度低于100℃)，包括质子交换膜燃料电池(PEMFC：Proton Exchange Menbrance Fuel Cell)碱性燃料电池(AFC：Alkaline Fuel Cell)，以及直接甲醇燃料电池(DMFC：Direct Methanol Fuel Cell)中温燃料电池(工作温度在100℃～300℃)，包括培根型碱性燃料电池和磷酸型燃料电池(PAFC：Phosphoric Acid FuelCell)；高温燃料电池(工作温度在600℃～1000℃)，包括熔融碳酸盐燃料电池MCFC：MoltenCarbonate Fuel Cell)，和固体氧化物燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)。

质子交换膜燃料电池和其他类型的燃料电池相比，具有高功率密度、高能量转换效率、低温启动、环境友好等优点。因此，它特别适用于作为电动汽车动力源、工程备用电源、军用指挥系统电源，以及各种移动式、便携式电源等。所以，近些年一直受到各国研究机构，企业的广泛关注，一直是燃料电池中研究重点。质子交换膜燃料电池所用全氟磺酸膜需要一定的含水量来传导质子，因此燃料电池电堆内部的湿度条件对于电池的工作性能有很大影响。目前，在质子交换膜燃料电池电堆的实际运行中，为防止质子交换膜失水而导致电池性能下降，需对进入电池的燃料与氧化剂气体进行适当增湿。目前，大部分电堆采用外置加湿器对反应气体进行加湿处理。气体的加湿方式多种多样，在此基础上开发出的加湿器类型也很多，在实际应用中需要对各种加湿器的性能进行评测，以此为依据为不同规格的电堆设计和选择合适的加湿器。影响加湿器性能的因素很多，如气体流量、气体压力、水的流量、加湿温度、加湿器内部结构等，测试过程中，要保证其各种运行条件恒定，并可随时测量。目前，对加湿器性能的测试缺乏有效的手段和准确的测量工具。由于缺乏有效的数据作为参考，加湿器的设计制作和使用过程中往往具有一定主观性，实际效果不理想。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池加湿器性能测试系统，具有体积小巧、操作简单、适用于多种规格、测量参数全、测量范围大，测试结果准确的特点。

本发明采用如下技术解决方案：

一种燃料电池加湿器性能测试系统，其包括流量控制段、温度测量段、湿度测量段，流量控制段一端连接气源，另一端进入加湿器的入口；温度测量段一端与加湿器出口连通，另一端通过三通换向阀与湿度测量段连通；三通换向阀用于控制气路的切换，测试之前先将三通换向阀置于排空档，待实际工况稳定后，再将三通换向阀切换到连接干燥塔一路进行测试，此方法提高了测试结果的准确性。

所述流量控制段为依次设置有截止阀、减压阀、流量计、压力表的通路，其截止阀一端与气源连通，压力表一端进入加湿器的入口，截止阀、流量计可用于控制和测量气体的流量；压力表用来测量气体进入加湿器的压力，配合减压阀可以控制气体进入加湿器的压力大小。

所述流量控制段上流量计与压力表之间设有单向阀，在使用中可以防止意外压力波动或回流。

所述温度测量段包括测温探头和温度表，测温探头位于管路中，与管壁不接触，改进了以前测试时所采用的测温探头只与输气管壁接触，测量结果误差较大的弊端。

所述湿度测量段包括电子天平、设于电子天平称量面上的分子筛干燥塔和变色硅胶干燥塔，分子筛干燥塔下端与三通换向阀连通，上端与变色硅胶干燥塔的下端连通，变色硅胶干燥塔的上端设有排空管；排空管上设有单向阀，以防止环境气体回灌。

所述三通换向阀和分子筛干燥塔之间优选再设一硅胶干燥塔，多重干燥的方法，达到对气体的深度干燥。干燥塔吸收气体中的水分，而使自身的重量发生了变化；变色硅胶既作为干燥剂，又作为显示剂；电子天平用来称量干燥塔前后质量的变化，以此为依据判断气体加湿量的大小。

所述电子天平称量面上优选设有支撑板，以使所有的干燥塔能够设于其上，便于即时的测量重量的变化。

同时有两套该测试系统并联设置在加湿器的阴阳两极入出口通路上，这样可以同时测试加湿器对阴极气体和阳极气体的加湿效果。

燃料电池加湿器性能测试系统工作时，阳极的供气及排放系统所输送的气体是氢气。来自氢气瓶的氢气经过截止阀、减压阀后进入气体流量计，气体流量计设定到所需流量。氢气从气体流量计流出经过单向阀进入加湿器进行加湿处理，此时，可通过调整减压阀，来控制进入加湿器气体的压力，压力的大小可通过读取压力表获得。随后，气体从加湿器流出，流向三通换向阀。为了测量气体加湿后的实际温度，在加湿器的出口处，设置了温度表，通过测温探头进行测量。在气体进入干燥塔测试之前，先将三通换向阀转到排空档，待运行工况稳定后，再将气体通入干燥塔内进行测试，这时气体将依次通过硅胶干燥塔、分子筛干燥塔和变色硅胶干燥塔，经过多重干燥后，干氢气经过单向阀排出。正常情况下，气体从分子筛干燥塔内流出后就变为极干燥气体，所以在通入变色硅胶干燥塔时，变色硅胶不变色。但经过测试多次后，一旦干燥塔和干燥塔内的干燥剂吸水达到饱和将不再工作，此时，气体流入变色硅胶干燥塔内，会使变色硅胶变色，这样就能提醒操作员马上更换塔中的干燥剂，保证测试结果的准确性。测试一段时间后，干燥塔内吸收了气体中的水分，其质量会发生变化，通过电子天平测量干燥塔内质量的变化，很容易获得阳极气体加湿量的大小。

阴极供气及排放系统所输送的气体是氧气，工作原理与阳极相同。

本发明提供的燃料电池加湿器性能测试系统，采用气水分离的方法通过集成高精度流量计、压力表、温度表和电子天平等计量工具可对不同操作条件(冷却水流量、冷却水温度、气体流量)下各种规格的加湿器的性能进行测试，整个测试台体积小巧，操作简便，可以实现对气体深度干燥，测量参数全、测量范围大，测试结果准确，适于在燃料电池领域的大规模应用。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明另一种实施方式的系统结构示意图；

图3是本发明温度测量段的局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种燃料电池加湿器性能测试系统，如图1所示，其包括流量控制段、温度测量段、湿度测量段，流量控制段一端连接气源2，另一端进入加湿器1的入口；温度测量段一端与加湿器1出口连通，另一端通过三通换向阀8与湿度测量段连通；三通换向阀8用于控制气路的切换，测试之前先将三通换向阀8置于排空档，待实际工况稳定后，再将三通换向阀8切换到连接干燥塔一路进行测试，此方法提高了测试结果的准确性。

所述流量控制段为依次设置有截止阀3、减压阀4、流量计5、压力表6的通路，其截止阀3一端与气源2连通，压力表6一端进入加湿器1的入口，截止阀3、流量计5可用于控制和测量气体的流量；压力表用来测量气体进入加湿器1的压力，配合减压阀4可以控制气体进入加湿器1的压力大小。

所述温度测量段包括测温探头16和温度表7，如图3所示，测温探头16位于管路中，与管壁不接触，改进了以前测试时所采用的测温探头16只与输气管壁接触，测量结果误差较大的弊端。

所述湿度测量段包括电子天平11、设于电子天平11称量面上的分子筛干燥塔9和变色硅胶干燥塔10，分子筛干燥塔9下端与三通换向阀8连通，上端与变色硅胶干燥塔10的下端连通，变色硅胶干燥塔10的上端设有排空管。

干燥塔吸收气体中的水分，而使自身的重量发生了变化；变色硅胶既作为干燥剂，又作为显示剂；电子天平11用来称量干燥塔前后质量的变化，以此为依据判断气体加湿量的大小。

燃料电池加湿器性能测试系统工作时，来自氢气瓶或氧气瓶的氢气经过截止阀3、减压阀4后进入流量计5，流量计5设定到所需流量。气体从流量计5流出进入加湿器1进行加湿处理，此时，可通过调整减压阀4，来控制进入加湿器1气体的压力，压力的大小可通过读取压力表6获得。随后，气体从加湿器1流出，流向三通换向阀8。为了测量气体加湿后的实际温度，在加湿器1的出口处，设置了温度表7，通过测温探头16进行测量。在气体进入干燥塔测试之前，先将三通换向阀8转到排空档，待运行工况稳定后，再将气体通入干燥塔内进行测试，这时气体将依次通过分子筛干燥塔9和变色硅胶干燥塔10，经过干燥后排出。正常情况下，气体从分子筛干燥塔9内流出后就变为极干燥气体，所以在通入变色硅胶干燥塔10时，变色硅胶不变色。但经过测试多次后，一旦干燥塔和干燥塔内的干燥剂吸水达到饱和将不再工作，此时，气体流入变色硅胶干燥塔10内，会使变色硅胶变色，这样就能提醒操作员马上更换塔中的干燥剂，保证测试结果的准确性。测试一段时间后，干燥塔内吸收了气体中的水分，其质量会发生变化，通过电子天平11测量干燥塔内质量的变化，很容易获得气体加湿量的大小。

实施例2

一种燃料电池加湿器性能测试系统，如图2所示，其系统结构与实施例1基本相同，只是所述流量控制段上流量计5与压力表6之间设有单向阀12，在使用中可以防止意外压力波动或回流。

所述三通换向阀8和分子筛干燥塔9之间设一硅胶干燥塔13，多重干燥的方法，达到对气体的深度干燥。

所述排空管上设有单向阀15，以防止环境气体回灌。

所述电子天平11称量面上优选设有支撑板14，以使所有的干燥塔能够设于其上，便于即时的测量重量的变化。

另外，同时有两套该测试系统并联设置在加湿器1的阴阳两极入出口通路上，这样可以同时测试加湿器1对阴极气体和阳极气体的加湿效果。

操作时，阳极的供气及排放系统所输送的气体是氢气。来自氢气瓶的氢气经过截止阀3、减压阀4后进入流量计5，流量计5设定到所需流量。氢气从流量计5流出经过单向阀12进入加湿器1进行加湿处理，此时，可通过调整减压阀4，来控制进入加湿器1气体的压力，压力的大小可通过读取压力表6获得。随后，气体从加湿器1流出，流向三通换向阀8。为了测量气体加湿后的实际温度，在加湿器的出口处，设置了温度表7，通过测温探头16进行测量。在气体进入干燥塔测试之前，先将三通换向阀8转到排空档，待运行工况稳定后，再将气体通入干燥塔内进行测试，这时气体将依次通过硅胶干燥塔13、分子筛干燥塔9和变色硅胶干燥塔10，经过多重干燥后，干氢气经过单向阀15排出。正常情况下，气体从分子筛干燥塔9内流出后就变为极干燥气体，所以在通入变色硅胶干燥塔10时，变色硅胶不变色。但经过测试多次后，一旦干燥塔和干燥塔内的干燥剂吸水达到饱和将不再工作，此时，气体流入变色硅胶干燥塔10内，会使变色硅胶变色，这样就能提醒操作员马上更换塔中的干燥剂，保证测试结果的准确性。测试一段时间后，干燥塔内吸收了气体中的水分，其质量会发生变化，通过电子天平11测量干燥塔内质量的变化，很容易获得阳极气体加湿量的大小。

阴极供气及排放系统所输送的气体是氧气，工作原理与阳极相同。

Claims (10)

1.一种燃料电池加湿器性能测试系统，其包括流量控制段、温度测量段、湿度测量段，流量控制段一端连接气源(2)，另一端进入加湿器(1)的入口；温度测量段一端与加湿器(1)出口连通，另一端通过三通换向阀(8)与湿度测量段连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述流量控制段为依次设置有截止阀(3)、减压阀(4)、流量计(5)、压力表(6)的通路，其截止阀(3)一端与气源(2)连通，压力表(6)一端进入加湿器(1)的入口。

3.根据权利要求2所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述流量控制段上流量计(5)与压力表(6)之间设有单向阀(12)。

4.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述温度测量段包括测温探头(16)和温度表(7)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述测温探头(16)位于管路中，与管壁不接触。

6.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述湿度测量段包括电子天平(11)、设于电子天平称量面上的分子筛干燥塔(9)和变色硅胶干燥塔(10)，分子筛干燥塔(9)下端与三通换向阀(8)连通，上端与变色硅胶干燥塔(10)的下端连通，变色硅胶干燥塔(10)的上端设有排空管。

7.根据权利要求6所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述三通换向阀(8)和分子筛干燥塔(9)之间还设有硅胶干燥塔(13)。

8.根据权利要求6所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述排空管上设有单向阀(15)。

9.根据权利要求7所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于所述电子天平(11)称量面上设有支撑板(14)，所述各干燥塔均设于支撑板(14)上。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的燃料电池加湿器性能测试系统，其特征在于同时有两套该测试系统并联设置在加湿器的阴阳两极入出口通路上。

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