CN111947952B - 一种燃料电池加湿器测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池加湿器测试系统及测试方法，测试系统，包括：湿空气产生单元，包括湿空气通路和第一液态水回路；湿空气通路包括依次连通的干燥机、第一空气压缩机、第一预热器、第一加湿器和第一再热器；第一液态水回路，包括依次连接的第一热水器、第一再热器、第一加湿器、第一预热器和第一热水器；干空气产生单元，其包括湿空气产生单元的结构；加湿器测试单元，提供放置待测加湿器的空间，设置于湿空气通路和干空气通路的末端。该测试系统可以加湿器加湿性能、高低温适应性和可靠性的测试精确度，并通过对加湿器内水分传热传质的测定，为加湿器的设计、优化、应用提供数据依据的测试方法和测试系统。

Description

一种燃料电池加湿器测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于燃料电池加湿器技术领域，尤其涉及一种燃料电池加湿器测试系统及测试方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

燃料电池是一种依靠电化学反应，实现能量转化的发电装置，整个过程无燃烧反应，效率上不受到卡诺循环的约束，有高效率、低污染的特点。多种燃料可作为燃料电池的燃料，其中，氢气热值较高，其反应产物只有水，是燃料电池的理想燃料。

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)的工作原理跟其他燃料电池的工作原理相同，都是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。不同的是PEMFC电解质是质子交换膜，要完成整个供电过程，必须利用质子交换膜将质子(氢离子，H⁺)从阳极传递到阴极。质子交换膜在工作过程中保证一定的湿度以保持良好的导质子性，也即导电率，为了保证燃料电池具有较高的工作性能，需要使用加湿器对进入其中的空气加湿。随着氢能产业的发展和PEMFC汽车的研发，相关产业对加湿器的加湿性能要求也在逐步提升。

为了保证加湿器的加湿性能，现有技术中已经研发出对加湿器的加湿性能进行测试的系统和方法，但是发明人发现，加湿器的对湿空气和干空气的高低温适应性、对湿空气和干空气的湿度适应性都会影响加湿器的综合加湿性能，而现有技术中的加湿系统和方法难以对该综合加湿性能进行全面测试。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种燃料电池加湿器测试系统及测试方法。该测试系统可以加湿器加湿性能、高低温适应性和可靠性的测试精确度，并通过对加湿器内水分传热传质的测定，为加湿器的设计、优化、应用提供数据依据的测试方法和测试系统。

为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，提供一种燃料电池加湿器测试系统，包括：

湿空气产生单元，包括湿空气通路和第一液态水回路；

湿空气通路包括依次连通的干燥机、第一空气压缩机、第一预热器、第一加湿器和第一再热器；

第一液态水回路，包括依次连接的第一热水器、第一再热器、第一加湿器、第一预热器和第一热水器；

干空气产生单元，其包括湿空气产生单元的结构；

加湿器测试单元，提供放置待测加湿器的空间，设置于湿空气通路和干空气通路的末端。

第二方面，提供一种燃料电池加湿器测试方法，包括如下步骤：

空气经干燥、压缩、预热、加湿、加热后，得到设定温度、设定湿度的湿空气；

空气经干燥、压缩、预热、加湿或不加湿、加热后，得到设定温度、设定湿度的干空气；

湿空气和干空气通往待测加湿器中，进行传热传质，对加湿后的干空气进行测试，评价待测加湿器的加湿性能。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：

设置干燥机，用于将具有一定湿度的空气干燥到基本位于同一湿度水平，便于维持加湿器的工作稳定性，同时可以较好地提高加湿后湿空气的湿度的均匀性，降低受环境空气湿度的影响程度，进而有利于提高待测加湿器加湿性能测试的准确度。

设置预热器，将干燥空气预热到一定温度后，再通入加湿器中加湿至饱和状态，可以获得设定温度下的饱和空气，再利用再热器对饱和空气进行加热，即可得到设定温度、设定湿度的湿空气，采用该种设置方式，可以提供更精确的湿空气。

根据以上分析可知，该测试系统可以提供设定温度和设定湿度的空气，进而可以在较大温度范围和较大湿度范围内对待测加湿器进行测试，进而可以更好地测试出待测加湿器的高低温适应性和可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例的工艺流程示意图；

图2为本发明实施例的数据采集和自动控制单元示意图。

图中，1、空气过滤器，2、干燥机，3、第一空气压缩机，4、第一流量控制器，5、第一采集模块，6、第一预热器，7、第一鼓泡式加湿器，8、第一安全阀，9、第二采集模块，10、第一再热器，11、第三采集模块，12、第一三通换向阀，13、第一进水阀，14、第一热水器，15、第一水泵，16、第一电磁节流阀，17、第一电磁阀，18、第一风冷散热器，19、第四采集模块，20、第二电磁阀，21、第一止回阀，22、第二空气压缩机，23、第二流量控制器，24、第五采集模块，25、第二预热器，26、第二三通换向阀，27、第二鼓泡式加湿器，28、第二安全阀，29、第六采集模块，30、第二再热器，31、第七采集模块，32、第三三通换向阀，33、第二进水阀，34、第二热水器，35、第二水泵，36、第二电磁节流阀，37、第三电磁阀，38、第二风冷散热器，39、第八采集模块，40、第四电磁阀，41、第二止回阀，42、环境仓，43、待测加湿器，44、第九采集模块，45、第十采集模块，46、数据采集和自动控制单元。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明基于以下科学原理：饱和湿空气，含水量达到该温度和压强下的最大值；相对湿度反映了在一定温度和压强下，湿空气中水蒸气含量接近饱和的程度；一定压强下，提高湿空气的温度，可以提高饱和湿空气的最大含水量，也即在含水量不变的情况下，降低相对湿度。

本发明的发明构思是：为产生试验所需的、一定温度、压强和相对湿度的湿空气，先产生较低温度、且含水量相同的饱和湿空气，再将其升温至所需温度，则温度和相对湿度都满足要求。将待测加湿器放置于温度可控的环境仓，以测试不同环境温度下的加湿器加湿性能、高低温适应性和可靠性。

第一方面，提供一种燃料电池加湿器测试系统，包括：

湿空气产生单元，包括湿空气通路和第一液态水回路；

湿空气通路包括依次连通的干燥机、第一空气压缩机、第一预热器、第一加湿器和第一再热器；

第一液态水回路，包括依次连接的第一热水器、第一再热器、第一加湿器、第一预热器和第一热水器；

干空气产生单元，其包括湿空气产生单元的结构；

加湿器测试单元，提供放置待测加湿器的空间，设置于湿空气通路和干空气通路的末端。

在一些实施例中，干燥机的上游设置有空气过滤器。

在一些实施例中，空气压缩机的下游设置有流量控制器。

在一些实施例中，热水器与预热器之间连接有止回阀。

在一些实施例中，再热器与加湿器测试单元通过三通阀连接，三通阀的一个开口放空。

由于湿空气和干空气的生成也是一个调试的过程，如果获得的湿空气和干空气不达标，则可以通过三通阀排至空气中，达标后，再将达标后的湿空气和干空气通入待测加湿器中，以保证测试的准确性。

在一些实施例中，液态水回路上，再热器与加湿器之间连接有并联的两个支路，两个支路上均设置有阀门，且第二支路上阀门的下游设置有散热器。

加湿器内液体水的温度对加湿效果会有一定的影响，所以，如果液态水回路上，流至加湿器中的水温过高，可以通过散热器对热水进行适当降温，以保证湿空气达标。

进一步的，液态水回路上，加湿器与预热器之间的连接管道上设置有阀门。

由于加湿器内需要控制合理的液位，设置该阀门，可以合理调节加湿器中的水向预热器的流动速率，进而保证加湿器内的液位要求。

更进一步的，液态水回路上，预热器与热水器之间连接有止回阀。

在一些实施例中，干空气产生单元的干空气通路上设置有短路管道，短路管道与其加湿器并联。

当干燥后的干空气的湿度达标，则无需进行加湿，此时直接通过短路管道流向再热器进行加热即可。

第二方面，提供一种燃料电池加湿器测试方法，包括如下步骤：

空气经干燥、压缩、预热、加湿、加热后，得到设定温度、设定湿度的湿空气；

空气经干燥、压缩、预热、加湿或不加湿、加热后，得到设定温度、设定湿度的干空气；

湿空气和干空气通往待测加湿器中，进行传热传质，对加湿后的干空气进行测试，评价待测加湿器的加湿性能。

在一些实施例中，湿空气的产生过程中，干燥后的空气经预热后的温度为30～50℃。此处湿空气用来模拟提供水蒸气的气体，通常使用阴极排气，温度一般较高，但受环境温度限制，下限不宜设置太低，故定为30℃。

进一步的，湿空气经加热后的温度为30～90℃。温度上限受到燃料电池工作温度的限制(100℃)，保守起见，一般工作温度不超过85℃，故略微提高，设定为90℃。

在一些实施例中，干空气的产生过程中，干燥后的空气经预热后的温度为5～50℃。此处干空气用来模拟阴极进气，考虑到冷启动情况，此温度最低可能到-35℃。为了防止低温导致设备损坏，设置下限为5℃。

进一步的，干空气经加热后的温度为5～80℃。干空气加湿后进入电池参与反应，温度必定会升高，所以为了防止超出温度限制，设置温度上限为80℃，通常为60-70℃。

加湿器传热传质的量，其实就是干空气经过加湿器后，增加的水蒸气的质量和吸收的热量，可以通过对干空气出入口状态的测量和热力学计算实现。

基于干空气入口前测点与干空气出口后测点的质量流量的差值，可以获得吸收的水蒸气的质量，也即传质量。

考虑到干空气在加湿器内温度变化不大(至多20-30℃)，比热容可以视为定值。基于干空气入口前测点与干空气出口后测点的温度，可以获得干空气经过加湿器的温差，乘上干空气的质量流量和比热容，可计算出吸收的热量，也即传热量。

实施例

如图1所示，一种燃料电池加湿器测试系统，该系统包括：湿空气产生单元、干空气产生单元、加湿器测试单元、数据采集单元、自动控制单元。通过湿空气产生单元模拟提供加湿所用的高温度、高湿度空气，通过干空气产生单元模拟提供燃料电池的较低温度、较低湿度进气，通过加湿器测试单元模拟加湿器运行的不同环境温度，通过数据采集单元采集各实验数据，通过自动控制单元实现对试验条件的控制。

外界空气先经过空气过滤器1和干燥机2，进行过滤和除湿。所述干燥机2提供的干燥空气，其露点温度应低于10℃(0.1MPa时，含湿量应小于7.73g/kg)。

所述湿空气产生单元两端，通过管路分别与干燥机2出口和加湿器测试单元的湿空气入口相连；干空气产生单元两端，通过管路分别与干燥机出口和加湿器测试单元的干空气入口相连；加湿器测试单元的两个端口分别与干空气产生单元和湿空气产生单元相连，另两个端口直通大气；数据采集单元的传感器分布于各单元的管路和容器内，与自动控制单元相连；自动控制单元连接数据采集单元的各传感器，接受和储存实验数据，并控制干空气产生单元、湿空气产生单元和加湿器测试单元的执行机构。

所述湿空气产生单元包含湿空气通路和液态水回路。所述湿空气通路和液态水回路共用预热器、再热器和鼓泡式加湿器，通过管路相连；所述预热器、再热器和鼓泡式加湿器均有四个端口，空气入口、空气出口、液体入口和液体出口，前两者连接至湿空气通路，后两者连接至液态水回路。湿空气通路将干燥后的空气提升至试验所需的温度和湿度，液态水回路为其提供升温和增湿用水。

所述湿空气产生单元的湿空气通路，包括第一空气压缩机3、第一预热器6、第一鼓泡式加湿器7、第一再热器10和第一三通换向阀12。所述第一空气压缩机3入口通过管路连接干燥机2，第一空气压缩机3出口连接至第一流量控制器4入口；第一流量控制器4出口通过管路连接第一预热器6空气入口；所述第一预热器6空气出口通过管路道连接至第一鼓泡式加湿器7的空气入口；所述第一鼓泡式加湿器7的空气出口通过管路与第一再热器10的空气入口相连；所述第一再热器10空气出口与第一三通换向阀12的入口相连；所述第一三通换向阀12的第一出口与大气相连，第一三通换向阀12的第二出口通过管路与加湿器测试单元的湿空气入口相连。

在所述湿空气产生单元的湿空气通路中，干燥后的空气先在第一空气压缩机3内增压，在第一预热器6内加热至一定温度，再在第一鼓泡式加湿器7内升温和增湿，成为一定温度下的饱和湿空气，最后在第一再热器10升温，成为试验所需的湿空气。第一预热器6，以较低温度的液态水为工质，用于预先加热干燥空气，降低第一鼓泡式加湿器7升温和增湿的负担；第一鼓泡式加湿器7，用于将预热后的空气升温，并增湿至饱和；第一再热器，以较高温度的液态水为工质，用于加热饱和湿空气，使之满足试验要求。当湿空气不满足试验条件时，第一三通换向阀12第一出口开启，将气体排入大气；满足试验条件后，第一三通换向阀12的第二出口开启，将气体送入待测加湿器43。第一鼓泡式加湿器7连接第一安全阀8，在内部压力过高时自动泄压。

所述湿空气产生单元的液态水回路，包括第一进水阀13、第一热水器14、第一水泵15、第一再热器10、第一鼓泡式加湿器7、第一电磁节流阀16，第一电磁阀17，第一风冷散热器18、第二电磁阀20、第一预热器6和第一止回阀21。所述第一热水器14入口端通过第一进水阀13与给水相连，出口端通过管路与第一水泵15入口端相连，所述第一热水器14的回水入口通过管道和第一止回阀21与第一预热器6的液体出口相连；所述第一水泵15出口端通过管路与第一再热器10的液体入口相连；所述第一再热器10的液体出口连接至两条支路，一条为第一电磁节流阀16，另一条为第一电磁阀17和第一风冷散热器18，两条支路汇合后，与第一鼓泡式加湿器7的液体入口相连；所述第一鼓泡式加湿器7的液体出口端通过管路和第二电磁阀20与第一预热器6的液体入口相连；所述第一预热器6的液体出口通过管路和第一止回阀21与第一热水器14的回水入口相连。

所述湿空气产生单元的液态水回路中，液态水由第一进水阀13进入第一热水器14，被加热至一定温度后，流入第一再热器10，在流入第一鼓泡式加湿器7前测量水温，以决定液态水在两条支路的分配，是否需要冷却，以及如何冷却。若水温过高，则部分关闭第一电磁节流阀16，打开第一电磁阀17，开启第一风冷式散热器18的风扇；对电磁节流阀的开度和散热器风扇的功率执行负反馈调节，参照实际水温与设定水温的差值，差值越大，则电磁节流阀开度和散热器风扇功率越高，以增加散热量。若水温正常，则维持此前的电磁节流阀开度、散热器风扇功率和电磁阀开启状况。

所述干空气产生单元包含干空气通路和液态水回路。所述干空气通路和液态水回路共用预热器、再热器和鼓泡式加湿器，通过管路相连；所述预热器、再热器和鼓泡式加湿器均有四个端口，空气入口、空气出口、液体入口和液体出口，前两者连接至干空气通路，后两者连接至液态水回路。干空气通路将干燥后的空气提升至试验所需的温度和湿度，液态水回路为其提供升温和增湿用水。

所述干空气产生单元的干空气通路，包括第二空气压缩机22、第二预热器25、第二三通换向阀26、第二鼓泡式加湿器27、第二再热器30和第三三通换向阀32；所述第二空气压缩机22入口通过管路连接干燥机2，第二空气压缩机22出口连接至第二流量控制器23入口；所述第二流量控制器23出口通过管路连接至第二预热器25空气入口；所述第二预热器25空气出口通过管路连接所述第二三通换向阀26的入口；所述第二三通换向阀26的第一出口通过管道连接至第二鼓泡式加湿器27的空气入口，第二三通换向阀26的第二出口连接至第二鼓泡式加湿器27空气出口和第二再热器30空气入口之间的管路；所述第二鼓泡式加湿器27的空气出口通过管路与第二再热器30空气入口相连；所述第二再热器30空气出口与第三三通换向阀32的入口相连；所述第三三通换向阀32的第一出口与大气相连，第三三通换向阀32的第二出口通过管路与加湿器测试单元的干空气入口相连。

在所述干空气产生单元的干空气通路中，干燥后的空气先在第二空气压缩机22增压，在第二预热器25内加热至一定温度，流入第二三通换向阀26，根据试验对干空气湿度的要求，决定干空气是否需要加湿；若需要加湿，则经由第二三通换向阀26的第一出口流入第二鼓泡式加湿器27，再流入第二再热器30；若不需要加湿，则经由第二三通换向阀26的第二出口流入第二再热器30；流出第二再热器30后，成为试验所需的干空气。第二预热器25，以较低温度的液态水为工质，用于预先加热干燥空气，降低第二鼓泡式加湿器27升温和增湿的负担；第二鼓泡式加湿器27，用于将预热后的空气升温并增湿至饱和；第二三通换向阀26，可在试验对干空气的湿度要求较低时，让空气不经过加湿器；第二再热器30，以较高温度的液态水为工质，用于加热饱和空气，使之满足试验要求。当干空气不满足试验条件时，第三三通换向阀32的第一出口开启，将气体排入大气；满足试验条件后，第三三通换向阀32的第二出口开启，将气体送入待测加湿器43。第二鼓泡式加湿器27连接至第二安全阀28，在内部压力过高时自动泄压。

所述干空气产生单元的液态水回路，包括第二进水阀33、第二热水器34、第二水泵35、第二再热器30、第二鼓泡式加湿器27、第二电磁节流阀36、第三电磁阀37、第二风冷散热器38、第四电磁阀40、第二预热器25和第二止回阀41；所述第二热水器34入口端通过第一进水阀33与给水相连，出口端通过管路与第二水泵35入口端相连，所述第二热水器34的回水入口通过管道和第二止回阀41与第二预热器25的液体出口相连；所述第二水泵35出口端通过管路与第二再热器30的液体入口相连；所述第二再热器30的液体出口连接至两条支路，一条为第二电磁节流阀36，另一条为第三电磁阀37和第二风冷散热器38，两条支路汇合后，与第二鼓泡式加湿器27的液体入口通过管路相连；所述第二鼓泡式加湿器27的液体出口端通过管路和第四电磁阀40与第二预热器25的液体入口相连；所述第二预热器25的液体出口通过管路和第二止回阀41与第二热水器34的回水入口相连。

所述干空气产生单元的液态水回路中，液态水由第二进水阀33进入第二热水器34，被加热至一定温度后，流入第二再热器30，在流入第二鼓泡式加湿器27前测量水温，以决定液态水在两条支路的分配，是否需要冷却，以及如何冷却。若水温过高，则部分关闭第二电磁节流阀36，打开第三电磁阀37，开启第一风冷式散热器38的风扇；对电磁节流阀的开度和散热器风扇的功率执行负反馈调节，参照实际水温与设定水温的差值，差值越大，则电磁节流阀的开度和散热器风扇功率越高，以增加散热量。若水温正常，则维持此前的电磁节流阀开度、散热器风扇功率和电磁阀开启状况。

所述加湿器测试单元有容纳待测加湿器的环境仓42；待测加湿器43有四个接口，湿空气入口通过管路与第一三通换向阀12的第二出口相连，干空气入口通过管路与第三三通换向阀32的第二出口相连，干空气出口与湿空气均与大气相连。所述环境仓42为模拟加湿器运行环境，测试运行温度对待测加湿器性能的影响。

为达到最佳效果，干空气产生单元、湿空气产生单元和加湿器测试单元的全部管路包覆保温材料，以隔绝环境温度对测试结果的影响。

如图2所示，数据采集单元和自动控制单元46包括第一流量控制器4、第二流量控制器23、第一采集模块5、第二采集模块9、第三采集模块11、第四采集模块19、第五采集模块24、第六采集模块29、第七采集模块31、第八采集模块39、第九采集模块44、第十采集模块45、第一鼓泡式加湿器液位传感器、第二鼓泡式加湿器液位传感器、第一热水器液位传感器和水温传感器、第二热水器液位传感器和水温传感器。

所述数据采集单元的各采集模块中，第一采集模块5、第三采集模块11、第五采集模块24、第七采集模块31、第九采集模块44和第十采集模块45均含有温度传感器、压力传感器和湿度传感器；第二采集模块9和第六采集模块29均含有温度传感器和湿度传感器；第四采集模块19和第八采集模块39只含有温度传感器。温度传感器需布置在管道内部，以准确测量管道内流体温度。

所述自动控制单元与数据采集单元的所有传感器连接，并与第一空气压缩机3、第二空气压缩机22、第一水泵15、第二水泵35、第一风冷散热器18的风扇、第二风冷散热器38的风扇、环境仓相连，根据人机界面的输入值和各传感器的数据，控制空气压缩机的转速、水泵与风扇的功率、各电磁阀的动作等，为待测加湿器提供温度、湿度和压强均满足要求的干空气和湿空气，将测试结果在人机界面实时呈现，存储试验数据。

参照图1，本发明提供了一种燃料电池加湿器测试系统，包括：湿空气产生单元、干空气产生单元、加湿器测试单元、数据采集单元、自动控制单元。

本发明可以根据待测加湿器的试验需求，调整空气压缩机的转速和流量控制器，以达到需求的流量和压强；通过对热水器的加热功率、电磁节流阀的开度、风冷散热器风扇的功率等调整，使干空气和湿空气的温度和湿度满足试验需求；通过环境仓模拟运行温度对加湿器加湿性能的影响；通过人机界面设定运行参数，实时读取实验数据。操作者只需要连接待测加湿器的相关管路，在人机界面设定运行参数，监控和导出测试结果。

下面以两个具体工况阐述测试流程。

测试工况1：

湿空气：空气质量流量为20g/s，温度为70℃，相对湿度为55％，压力为1.5kPa。

干空气：空气质量流量为20g/s，温度为60℃，相对湿度为20％，压力为2.0kPa。

将待测加湿器放入环境仓，将四个接口分别接好，封闭环境仓。

第一三通换向阀12和第三三通换向阀32切换至第一出口，连接大气。在人机界面设定所需干空气与湿空气的温度、湿度、压强和流量，开启第一空气压缩机3和第二空气压缩机22，自动控制系统将根据试验需求，调整第一空气压缩机3、第二空气压缩机22和第一流量控制器4、第二流量控制器23，使第三采集模块11和第七采集模块31的测量结果分别满足湿空气、干空气的流量、压强需求。

第一进水阀13和第二进水阀33开启，分别向第一热水器14、第二热水器34内注水，通过自动控制系统，保证液位在最低液位与最高液位之间，对水加热，通过第一水泵15和第二水泵35，使加热后的水流经第一再热器10、第一鼓泡式加湿器7和第一预热器6，最后流回第一热水器14。

此段叙述湿空气生成单元的运行。查湿空气表可知，压强0.1MPa，温度70℃的饱和湿空气，含湿量为281.54g/kg，在相对湿度为55％时，未饱和湿空气的含湿量为281.54*55％＝154.8g/kg，与压强0.1MPa，温度60℃饱和湿空气的含湿量相同。也即，将60℃的饱和湿空气加热到70℃，可获得相对湿度55％的未饱和湿空气。第一热水器14的加热量由自动控制系统确定，确保第三采集模块11读取的温度为70℃，若温度偏高，则减少第一热水器14加热量，减少第一水泵15供水量，反之亦然；确保第二采集模块9读取的温度为60℃，若温度偏高，则减小第一电磁节流阀16的开度，增加第一风冷散热器18的风扇功率，反之亦然，以第四采集模块19的温度辅助控制；确保第一鼓泡式加湿器7的液位，位于最低液位和最高液位之间，若液位过低，则减小第二电磁阀20开度，反之亦然，连接的第一安全阀8在内部压力过高时自动开启。

此段叙述干空气生成单元的运行。查湿空气表可知，压强0.1MPa，温度60℃的饱和湿空气，含湿量为154.8g/kg，在相对湿度20％时，未饱和湿空气的含湿量为154.8*20％＝31.0g/kg，与压强0.1MPa，温度32℃饱和湿空气的含湿量相同。也即，将32℃的饱和湿空气加热到60℃，可获得相对湿度20％的未饱和湿空气。再判断干空气是否需要加湿，因为所需干空气的含湿量31.0g/kg，高于干燥机提供空气的最大含湿量7.73g/kg，应进行加湿，第二三通换向阀26切换至第一出口，干空气可由第二预热器25流入第二鼓泡式加湿器27。第二热水器34的加热量由自动控制系统确定，确保第七采集模块31读取的温度为70℃，若温度偏高，则减少第二水泵35加热量，减少第二水泵35供水量，反之亦然；确保第六采集模块29读取的温度为60℃，若温度偏高，则减小第二电磁节流阀36的开度，增加第二风冷散热器38的风扇功率，反之亦然，以第八采集模块39的温度辅助控制；确保第二鼓泡式加湿器27的液位，位于最低液位和最高液位之间，若液位过低，则减小第四电磁阀40开度，反之亦然，连接的第二安全阀28在内部压力过高时自动开启。

同时，环境仓42将仓内温度调整为人机界面设定的环境温度。

待第三采集模块11和第七采集模块31的温度、压强、相对湿度、流量满足要求，且稳定运行10分钟后，将第一三通换向阀12和第三三通换向阀32切换至第二出口，干空气与湿空气开始进入待测加湿器43，数据采集单元和自动控制单元记录第九采集模块44和第十采集模块45的测量结果，测量加湿后干空气与湿空气的参数。

待系统稳定运行半小时后，导出并保存试验数据，期间实时在人机界面显示试验数据。

测试工况2：

湿空气：空气质量流量为20g/s，温度为70℃，相对湿度为55％，压力为1.5kPa。

干空气：空气质量流量为20g/s，温度为50℃，相对湿度小于10％，压力为2.0kPa。

大部分步骤与测试工况1相同，故不再赘述，区别为干空气生成单元的运行。

查湿空气表可知，压强0.1MPa，温度50℃的饱和湿空气，含湿量为87.5g/kg，在相对湿度10％时，未饱和湿空气的含湿量为87.5*10％＝8.8g/kg，也即需要含湿量低于8.8g/kg的空气，而干燥机1提供空气的最大含湿量7.73g/kg，已满足要求，不需要加湿，故第二三通换向阀26切换至第二出口，空气绕过第二鼓泡式加湿器27，由第二预热器25直接流入第二再热器30。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：包括：

湿空气产生单元，包括湿空气通路和第一液态水回路；

湿空气通路包括依次连通的干燥机、第一空气压缩机、第一预热器、第一加湿器和第一再热器；

第一液态水回路，包括依次连接的第一热水器、第一再热器、第一加湿器、第一预热器和第一热水器；

干空气产生单元，其包括湿空气产生单元一样的结构；

设置预热器，将干燥空气预热到一定温度后，再通入加湿器中加湿至饱和状态，获得设定温度下的饱和空气，再利用再热器对饱和空气进行加热，得到设定温度、设定湿度的湿空气；

加湿器测试单元，提供放置待测加湿器的空间，设置于湿空气通路和干空气通路的末端；

液态水回路上，再热器与加湿器之间连接有并联的两个支路，两个支路上均设置有阀门，且第二支路上阀门的下游设置有散热器。

2.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：干燥机的上游设置有空气过滤器。

3.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：空气压缩机的下游设置有流量控制器。

4.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：热水器与预热器之间连接有止回阀。

5.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：再热器与加湿器测试单元通过三通阀连接，三通阀的一个开口放空。

6.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：液态水回路上，加湿器与预热器之间的连接管道上设置有阀门。

7.根据权利要求6所述的燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：液态水回路上，预热器与热水器之间连接有止回阀。

8.根据权利要求1所述的燃料电池加湿器测试系统，其特征在于：干空气产生单元的干空气通路上设置有短路管道，短路管道与其加湿器并联。

9.一种燃料电池加湿器测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

空气经干燥、压缩、预热、加湿、加热后，得到设定温度、设定湿度的湿空气；

空气经干燥、压缩、预热、加湿或不加湿、加热后，得到设定温度、设定湿度的干空气；

湿空气和干空气通往待测加湿器中，进行传热传质，对加湿后的干空气进行测试，评价待测加湿器的加湿性能。

10.根据权利要求9所述的燃料电池加湿器测试方法，其特征在于：湿空气的产生过程中，干燥后的空气经预热后的温度为30～50℃。

11.根据权利要求10所述的燃料电池加湿器测试方法，其特征在于：湿空气经加热后的温度为30～90℃。

12.根据权利要求9所述的燃料电池加湿器测试方法，其特征在于：干空气的产生过程中，干燥后的空气经预热后的温度为5～50℃。

13.根据权利要求12所述的燃料电池加湿器测试方法，其特征在于：干空气经加热后的温度为5～80℃。

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