CN112228331A - 一种氢气循环泵性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢气循环泵性能测试系统，包括气体输送模块、模拟电堆模块、安全监测模块、供配电模块、控制模块、数据采集器；气体输送模块包括截止阀、切断阀、过滤器、减压阀、安全阀、流量计、止回阀、电磁阀、阻火器、气液分离器；模拟电堆模块包括模拟罐、调压阀、流量控制器、止回阀、阻火器、蒸发器、止回阀、流量计、循环水泵、水箱、截止阀；安全监测模块包括氢气浓度探测器、火焰探测器和声光报警器；本系统能准确模拟燃料电池系统全工况运行下氢气循环泵进口气体参数和监测氢气循环泵出口气体参数，输出相应工况下氢气循环泵的性能特征曲线，为氢气循环泵在燃料电池系统中适用性与匹配性评判，及后续设计与优化提供可靠的数据支撑。

Description

一种氢气循环泵性能测试系统

技术领域

本发明属于气体循环水泵测试技术领域，更具体地，涉及一种用于氢燃料电池系统的氢气循环泵性能测试系统。

背景技术

氢燃料电池系统是一种新型、高效、清洁的发电装置，具有发电效率高、振动噪声低、零排放环境友好等优势，在新能源汽车、绿色船舶、固定电站、便携式电源等领域具有广阔市场应用前景。

氢气循环泵是氢燃料电池系统的核心设备，把未反应的过量氢气从燃料电池电堆出口输送回燃料电池电堆入口循环利用，从而提高氢气的利用率。工作过程中，既能够把反应尾气的水份带入燃料电池电堆起到增湿作用，又能够提高氢气在燃料电池电堆阳极流道内流速，防止阳极水的累积，避免阳极发生水淹。因此，氢气循环泵的选择尤为重要，迫切需要研发一套氢气循环泵性能测试系统。

科研人员通过科研项目研发过程技术创新，形成一系列的相关专利技术成果，如发明专利“一种燃料电池系统用氢气循环泵测试装置（申请号201910730513.0）”、“一种气体循环水泵的测试装置（申请号201910905421.1）”和“燃料电池氢气测试系统及测试方法（申请号201910909448.8）”等。然而，现有技术仍无法较为准确地模拟燃料电池系统复杂工况运行时氢气循环泵的进口气体参数，导致所测定氢循环水泵在不同工况下的性能数据不够精确，在上整机燃料电池系统试验前无法准确地评判氢气循环泵的适用性和匹配性，无法为后续氢气循环泵的设计与优化提供可靠的数据支撑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种氢气循环泵性能测试系统，该系统通过遵循氢燃料电池系统全工况覆盖、数据精确、安全与可靠的设计原则，有效实现了对燃料电池系统复杂工况下氢气循环泵性能参数更为准确地监测和模拟。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氢气循环泵性能测试系统，包括气体输送模块、模拟电堆模块、安全监测模块、供配电模块、控制模块和数据采集器；

所述的气体输送模块包括顺序连接的切断阀、过滤器、减压阀、安全阀、第一流量计、第一止回阀、第二流量计、氢气循环泵、气液分离器和电磁阀，通过电磁阀排空氢气，所述的切断阀分别通过第一截止阀和第二截止阀连接氮气供给装置和氢气供给装置；所述的模拟电堆模块包括模拟罐和与模拟罐连接的蒸发器，模拟罐和蒸发器上分别安装有模拟罐加热器和蒸发器加热器，所述的模拟罐前侧连接在第一止回阀和第二流量计之间，模拟罐后侧依次连接流量控制器和第二止回阀，通过第二止回阀将氢气收集到指定容器，模拟罐后侧还通过调压阀连接电磁阀，所述的蒸发器上还依次连接有第三止回阀、第三流量计、循环水泵、水箱和第三截止阀；所述的安全监测模块包括氢气浓度探测器、火焰探测器和声光报警器；所述的供配电模块通过控制模块分别与切断阀、减压阀、电磁阀、调压阀，流量控制器、模拟罐加热器、蒸发器加热器、循环水泵和声光报警器连接；所述的供配电模块通过数据采集器与第一流量计、第二流量计、流量控制器、第三流量计、氢气浓度探测器和火焰探测器连接。

所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其电磁阀和第二止回阀上分别连接有第一阻火器和第二阻火器。

所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其模拟罐和蒸发器上分别设置有温度传感器，所述的温度传感器与数据采集器连接。

所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其第一止回阀与模拟罐之间连接有温度传感器、压力传感器和湿度传感器，所述的温度传感器、压力传感器和湿度传感器与数据采集器连接。

所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其调压阀与气液分离器之间连接有温度传感器、压力传感器和湿度传感器，所述的温度传感器、压力传感器和湿度传感器与数据采集器连接。

所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其气液分离器与氢气循环泵之间连接有温度传感器、压力传感器和湿度传感器，所述的温度传感器、压力传感器和湿度传感器与数据采集器连接。

所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其第二流量计与氢气循环泵之间连接有压力传感器、湿度传感器，所述的压力传感器和湿度传感器与数据采集器连接。

所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其循环水泵为爪式循环水泵、离心式循环水泵、罗茨式循环水泵或引射泵。

本发明的有益效果是：

1，本系统能够更为准确地模拟燃料电池系统全工况运行下氢气循环泵的进口气体参数和监测氢气循环泵出口气体参数，输出相应工况下氢气循环泵的性能特征曲线，为氢气循环泵在燃料电池系统中适用性与匹配性评判，及其后续设计与优化提供更为可靠的数据支撑。

2，本系统采集器收集数据通过控制模块与燃料电池系统实时数据在线匹配，对本系统测试数据准确性进行在线校核，提高可靠性。

3，本系统设计科学、精确度高、安全可靠、操作方便、扩展性强，具有极高的推广价值和巨大应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标记说明：1—第一截止阀，2—第二截止阀，3—切断阀，4—过滤器，5—减压阀，6—安全阀，7—第一流量计，8—第一止回阀，9—电磁阀，10—第一阻火器，11—气液分离器，12—第二流量计，13—模拟罐，13-1—模拟罐加热器，14—调压阀，15—流量控制器，16—第二止回阀，17—第二阻火器，18—蒸发器，18-1—蒸发器加热器，19—第三止回阀，20—第三流量计，21—循环水泵，22—水箱，23—第三截止阀，24—氢气浓度探测器，25—火焰探测器，26—声光报警器，a/d/e/h/m—温度传感器，b/f/i/k—压力传感器，c/g/j/l—湿度传感器。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明如下。

如图1所示，本发明公开了一种氢气循环泵性能测试系统，包括气体输送模块、模拟电堆模块、安全监测模块、供配电模块、控制模块和数据采集器。

所述的气体输送模块包括顺序连接的切断阀3、过滤器4、减压阀5、安全阀6、第一流量计7、第一止回阀8、第二流量计12、氢气循环泵、气液分离器11、电磁阀9和第一阻火器10，通过电磁阀9排空氢气，所述的切断阀3分别通过第一截止阀1和第二截止阀2连接氮气供给装置和氢气供给装置。

所述的模拟电堆模块包括模拟罐13和与模拟罐13连接的蒸发器18，模拟罐13和蒸发器18上分别安装有模拟罐加热器13-1和蒸发器加热器18-1，所述的模拟罐13前侧连接在第一止回阀8和第二流量计12之间，模拟罐13后侧依次连接流量控制器15、第二止回阀16之后连接第二阻火器17，通过第二止回阀16将氢气收集到指定容器，模拟罐13后侧还通过调压阀14连接电磁阀9，所述的蒸发器18上还依次连接有第三止回阀19、第三流量计20、循环水泵21、水箱22和第三截止阀23。

所述的安全监测模块包括氢气浓度探测器24、火焰探测器25和声光报警器26；所述的供配电模块通过控制模块分别与切断阀3、减压阀5、电磁阀9、调压阀14，流量控制器15、模拟罐加热器13-1、蒸发器加热器18-1、循环水泵21和声光报警器26连接；所述的供配电模块通过数据采集器与第一流量计7、第二流量计12、流量控制器15、第三流量计20、氢气浓度探测器24和火焰探测器25连接。

所述的模拟罐13和蒸发器18上分别设置有温度传感器d、m，所述的温度传感器d、m与数据采集器连接。

所述的第一止回阀8与模拟罐13之间连接有温度传感器a、压力传感器b和湿度传感器c，所述的温度传感器a、压力传感器b和湿度传感器c与数据采集器连接。

所述的调压阀14与气液分离器11之间连接有温度传感器e、压力传感器f和湿度传感器g，所述的温度传感器e、压力传感器f和湿度传感器g与数据采集器连接。

所述的气液分离器11与氢气循环泵之间连接有温度传感器h、压力传感器i和湿度传感器j，所述的温度传感器h、压力传感器i和湿度传感器j与数据采集器连接。

所述的第二流量计12与氢气循环泵之间连接有压力传感器k、湿度传感器l，所述的压力传感器k和湿度传感器l与数据采集器连接。

所述氢气循环泵是爪式循环水泵、离心式循环水泵、罗茨式循环水泵或引射泵中的一种。

结合本发明系统原理示意图图1，对本发明的技术原理作如下说明。

首先打开第一截止阀1、切断阀3、减压阀5、电磁阀9、调压阀14和氢气循环泵，同时关闭第二截止阀2，利用氮气对氢气循环泵进行吹扫；氮气吹扫完成后，关闭第一截止阀1，打开第二截止阀2，通入氢气正式开始氢气循环泵的性能测试。

根据燃料电池系统工况，减压阀5将高压氢气降压至相匹配的低压氢气；模拟电堆模块以相匹配参数对低压氢气的温度、湿度、压力和消耗量进行调整；电磁阀9以相匹配频率对氢气进行脉冲排放；气液分离器11以相匹配的效率对氢气进行气液分离，最终具有相匹配温度、湿度、压力和流量的氢气输送到氢气循环泵。

模拟电堆模块利用模拟罐加热器13-1和温度传感器d对模拟罐13内低压氢气进行升温或降温的调整，利用蒸发器18、第三流量计20、循环水泵21、水箱22对模拟罐13内低压氢气进行增湿或降湿的调整，利用调压阀14对模拟罐13输出氢气进行升压或降压的调整，利用流量控制器15和模拟罐13内低压氢气进行消耗量的调整。

数据采集器在线记录测试系统中温度传感器a、温度传感器d、温度传感器e、温度传感器h和温度传感器m、压力传感器b、压力传感器f、压力传感器i和压力传感器k、湿度传感器c、湿度传感器g、湿度传感器j和湿度传感器l、流量计7、流量计12、流量计15和流量计20的数据，输出相应工况下氢气循环泵的性能特征曲线，并实时反馈给控制模块，发生对切断阀3、电磁阀9、减压阀5、调压阀14、流量控制器15、模拟罐加热器13-1和蒸发器加热器18-1、循环水泵21的开关、压力调节、流量调节、加热功率调节、泵频率指令，确保测试系统数据的精确性和可靠性。

因此，本系统能够更为准确地模拟燃料电池系统全工况运行下氢气循环泵的进口气体参数和监测氢气循环泵出口气体参数，输出相应工况下氢气循环泵的性能特征曲线，为氢气循环泵在燃料电池系统中适用性与匹配性评判，及其后续设计与优化提供更为可靠的数据支撑。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于：包括气体输送模块、模拟电堆模块、安全监测模块、供配电模块、控制模块和数据采集器；

所述的气体输送模块包括顺序连接的切断阀（3）、过滤器（4）、减压阀（5）、安全阀（6）、第一流量计（7）、第一止回阀（8）、第二流量计（12）、氢气循环泵、气液分离器（11）和电磁阀（9），所述的切断阀（3）分别通过第一截止阀（1）和第二截止阀（2）连接氮气供给装置和氢气供给装置；

所述的模拟电堆模块包括模拟罐（13）和与模拟罐（13）连接的蒸发器（18），模拟罐（13）和蒸发器（18）上分别安装有模拟罐加热器（13-1）和蒸发器加热器（18-1），所述的模拟罐（13）前侧连接在第一止回阀（8）和第二流量计（12）之间，模拟罐（13）后侧依次连接流量控制器（15）和第二止回阀（16），模拟罐（13）后侧还通过调压阀（14）连接电磁阀（9），所述的蒸发器（18）上还依次连接有第三止回阀（19）、第三流量计（20）、循环水泵（21）和水箱（22），所述的水箱（22）通过第三截止阀（23）连接供水装置；

所述的安全监测模块包括氢气浓度探测器（24）、火焰探测器（25）和声光报警器（26）；

所述的供配电模块通过控制模块分别与切断阀（3）、减压阀（5）、电磁阀（9）、调压阀（14），流量控制器（15）、模拟罐加热器（13-1）、蒸发器加热器（18-1）、循环水泵（21）和声光报警器（26）连接；所述的供配电模块通过数据采集器与第一流量计（7）、第二流量计（12）、流量控制器（15）、第三流量计（20）、氢气浓度探测器（24）和火焰探测器（25）连接。

2.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于，所述的电磁阀（9）和第二止回阀（16）上分别连接有第一阻火器（10）和第二阻火器（17）。

3.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于，所述的模拟罐（13）和蒸发器（18）上分别设置有温度传感器（d、m），所述的温度传感器（d、m）与数据采集器连接。

4.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于，所述的第一止回阀（8）与模拟罐（13）之间连接有温度传感器（a）、压力传感器（b）和湿度传感器（c），所述的温度传感器（a）、压力传感器（b）和湿度传感器（c）与数据采集器连接。

5.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于，所述的调压阀（14）与气液分离器（11）之间连接有温度传感器（e）、压力传感器（f）和湿度传感器（g），所述的温度传感器（e）、压力传感器（f）和湿度传感器（g）与数据采集器连接。

6.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于，所述的气液分离器（11）与氢气循环泵之间连接有温度传感器（h）、压力传感器（i）和湿度传感器（j），所述的温度传感器（h）、压力传感器（i）和湿度传感器（j）与数据采集器连接。

7.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于，所述的第二流量计（12）与氢气循环泵之间连接有压力传感器（k）、湿度传感器（l），所述的压力传感器（k）和湿度传感器（l）与数据采集器连接。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种氢气循环泵性能测试系统，其特征在于：所述的循环水泵为爪式循环水泵、离心式循环水泵、罗茨式循环水泵或引射泵。

Images