CN114361526A - 测试台及其进水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池堆测试台及其进水系统，燃料电池堆测试台的进水系统包括：储水罐和输水管道，所述输水管道的进口与所述储水罐的出口连通，且所述输水管道的进口与所述储水罐的出口之间的管路上串接有水泵；至少一个注水装置，所述注水装置的进口与所述输水管道的出口连通；混合流道，所述注水装置能够向所述混合流道内注入水雾，所述混合流道的出口用于与被测燃料电池的电堆的进气口连通；增湿罐和气源，从所述气源流出的气体经所述增湿罐后进入所述混合流道。该进水系统的结构设计可以实现对进入电堆的温湿气体中液态水的定量控制和状态控制。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种测试台及其进水系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池(下称“燃料电池”)由于其环境友好性，能量转换率高、无噪声、响应快速等优点，被认为今后重点发展的新能源发电系统。在燃料电池工作过程中，电堆内部的湿度以及液态水状态的控制，对燃料电池性能和耐久性有着重要影响；因此在设计开发过程中，需要充分考察燃料电池电堆以及各个关键零部件对于气路中液态水的耐受性，以及气路中液态水状态对燃料电池系统运行状态的各种影响。基于上述需求，通常的做法是将高湿度空气进行过饱和设置，在燃料电池的进气管道中产生液态水，但上述方法使液态水在电池堆内的分布不够均匀。此外，也无法控制进入电池堆的水的任何参数，基本无法起到分析评价的作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种进水系统，该进水系统的结构设计可以实现对进入电堆的温湿气体中液态水的定量控制和液态水的形态状态控制，本发明的第二个目的是提供一种包括上述进水系统的测试台。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种燃料电池堆测试台的进水系统，包括：
储水罐和输水管道，所述输水管道的进口与所述储水罐的出口通过管路连通，且所述输水管道的进口与所述储水罐的出口之间的管路上串接有水泵，还包括用于给所述储水罐和/或输水管道内的水加热的加热部件；
至少一个注水装置，所述注水装置的进口与所述输水管道的出口连通；
混合流道，所述注水装置能够向所述混合流道内注入水雾，所述混合流道的出口用于与被测燃料电池的电堆的进气口连通；
增湿罐和气源，从所述气源流出的气体经所述增湿罐后进入所述混合流道。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，还包括用于检测所述输水管道内水的第一压力传感器；和/或，
还包括用于检测所述输水管道内水的温度第一温度传感器。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，还包括与所述输水管道内部连通的限压阀；
所述限压阀的出口与所述储水罐的进口连通。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，还包括用于检测所述增湿罐与混合流道之间的管路内气压的第二压力传感器；和/或，还包括用于检测所述增湿罐与混合流道之间的管路内温度的第二温度传感器；和/或，还包括用于检测所述增湿罐与混合流道之间的管路内湿度的湿度传感器。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，还包括用于检测储水罐内水的PH值的PH值传感器。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，还包括用于向所述储水罐内加注药物的加注装置。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，还包括分水器，所述分水器的进口与所述电堆的排气口连通，所述分水器的至少一个出水口与所述储水罐的进口连通。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，所述混合流道的管道壁处于静电场内。
优选地，上述燃料电池堆测试台的进水系统中，所述混合流道为加热管道；
所述混合流道的出口与电堆的进气口之间设置保温管道。
一种测试台，包括如上述中任一项所述的进水系统；
所述测试台为燃料电池堆测试台、空压机测试台、循环泵测试台或阀门测试台。
应用上述实施例提供的燃料电池堆测试台的进水系统时，储水罐内的水经水泵加压后进入输水管道，加热部件给储水罐和/或输水管道内的水加热，输水管道内的水经注水装置喷向混合流道，同时气源排出的气体进入增湿罐，从增湿罐出来的温湿空气进入混合流道中与水雾混合，温湿空气与水雾的温度相同，混合后生成含有液态水的温湿气雾，混合流道内的气雾进入电堆内部。其中，水泵给输水管道内加压，通过水泵调整输水管道内水的压力，根据需求的水量，以将输水管道中的水喷入混合流道中。
通过控制水泵的压力和调整注水装置的参数可以调整进入电堆内液态水的量。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种测试台，该测试台包括上述任一种进水系统。由于上述的进水系统具有上述技术效果，具有该进水系统的测试台也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例提供的燃料电池堆测试台的进水系统的结构示意图；
图2为本发明另一种实施例提供的燃料电池堆测试台的进水系统的结构示意图。
在图1-2中：
1-储水罐、2-PH值传感器、3-水泵、4-输水管道、5-第一温度传感器、6-第一压力传感器、7-注水装置、8-混合流道、9-湿度传感器、10-第二温度传感器、11-第二压力传感器、12-增湿罐、13-气源、14-保温管道、15-电堆、16-分水器、17-加注装置、18-限压阀。
具体实施方式
本发明的第一个目的在于提供一种进水系统，该进水系统的结构设计可以实现对进入电堆的温湿气体中液态水的定量控制和液态水的形态状态控制，本发明的第二个目的是提供一种包括上述进水系统的测试台。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1-图2，本申请提供的燃料电池堆测试台的进水系统包括储水罐1、输水管道4、加热部件、混合流道8、增湿罐12、气源13和至少一个注水装置7。
其中，输水管道4的进口与储水罐1的出口连通，并且输水管道4的进口与储水罐1的出口之间的管路上串接有水泵3。具体地，水泵3可以将储水罐1内的水加压至输水管道4内。加热部件可以对储水罐1或输水管道4内的水进行加热。
注水装置7的数量为一个或多个，并且注水装置7的进口与输水管道4的出口连通。具体地，输水管道4内的水可以进入注水装置7内。注水装置7能够向混合流道8内注入水雾，即注水装置7可以将其内部的水注入至混合流道8内。注水装置7具体为可以为喷嘴、超声波雾化器、压力雾化器或网式雾化器等，确保液态水滴在温湿气体中的分布均匀性。
混合流道8的出口用于与被测燃料电池的电堆15的进气口连通，以实现水雾进入燃料电池的电堆15内部。
增湿罐12的出口与混合流道8内部连通，气源13的出口与增湿罐12的进口连通。从气源13流出的气体经增湿罐12后进入混合流道8。
应用上述实施例提供的燃料电池堆测试台的进水系统时，储水罐1内的水经水泵3加压后进入输水管道4，加热部件给储水罐1和/或输水管道4内的水加热，输水管道4内的水经注水装置7喷向混合流道8，同时气源13排出的气体进入增湿罐12，从增湿罐12出来的温湿空气进入混合流道8中与水雾混合，储水罐1和/或输水管道4内的水的温度与从增湿罐12出来的温湿气体的温度相同或储水罐1和/或输水管道4内的水的温度略高于从增湿罐12出来的温湿气体的温度，以避免在向温湿气体注水过程中，液态水产生蒸发，或温湿气体产生冷凝。温湿空气与水雾的温度混合后生成含有液态水的温湿气雾，混合流道内的气雾进入电堆内部。其中，水泵3给输水管道4内加压，通过水泵3调整输水管道4内水的压力，根据需求的水量，以将输水管道4中的水喷入混合流道8中。
通过控制水泵3的压力和和调整注水装置7的参数可以调整进入电堆15内液态水的量。
在一具体实施例中，上述进水系统还可以包括用于检测输水管道4内水的第一压力传感器6，如此可以根据第一压力传感器6检测到的输水管道4内水的压力，调整水泵3的压力。注水装置7为喷嘴或压力雾化器时，压力越大注水装置7喷出的水雾粒径越小，压力越小注水装置7喷出的水雾粒径越大，从而通过调整水泵3的压力可以调整注水装置7喷出的水雾粒径大小。
另外，上述进水系统还可以包括用于检测输水管道4内水的温度第一温度传感器5，如此可以根据第一温度传感器5检测到的输水管道4内水的温度，调整输水管道4的加热部件的工作状态。
具体地，输水管道4内可以设置电加热件，或者输水管道4外侧设置电加热件。
为了使输水管道4内压力恒定，上述进水系统还包括与输水管道4内部连通的限压阀18，当输水管道4内压力大于预设压力时，限压阀18开启以调整输水管道4内压力。限压阀18具体为可调限压阀18，以根据实际工况调整限压阀18的开阀压力。
进一步地，限压阀18的出口可以与储水罐1的进口连通，即从限压阀18排出的水回流至储水罐1内，以防止水浪费且向储水罐1内补充水。
另一具体实施例中，上述进水系统还可以包括第二压力传感器11，第二压力传感器11用于检测增湿罐12与混合流道8之间的管路内气压，以随时监测增湿罐12与混合流道8之间的管路内气压。
上述进水系统还可以包括第二温度传感器10，第二温度传感器10用于检测增湿罐12与混合流道8之间的管路内温度，以随时监测增湿罐12与混合流道8之间的管路内温度。
上述进水系统还可以包括湿度传感器9，湿度传感器9用于检测增湿罐12与混合流道8之间的管路内湿度，以随时监测增湿罐12与混合流道8之间的管路内湿度。
可选地，为了随时监测进水的PH值，上述进水系统还可以包括用于检测储水罐1内水的PH值的PH值传感器2。
进一步地，为了调整储水罐1内水的PH值，还可以包括用于向储水罐1内加注药物的加注装置17。加注装置17用于向储水罐1内加药，以改变储水罐1内水的PH值。当然，根据实际情况，加注装置17还可以向储水罐1内加其它药物，在此不作限定。
储水罐1连接有补水管和排水管，可以根据PH值传感器2的测量结果和设定目标，对加注的纯水、化学物质以及泄放的含有化学物质的液态水进行控制，进而实现储水罐1内PH值实时控制。
应该本申请的进水系统时，可以首先设定目标气体的温度、湿度、压力、流量、粒径以及PH值，通过调整水泵3压力、喷水量、输水管道4的加热温度和加注装置17，已达到气体的各个目标参数，提高电堆15内部液态水产生与消耗的分析深度。
可选的，上述进水系统还包括分水器16，分水器16的进口与电堆15的排气口连通，分水器16的至少一个出水口与储水罐1的进口连通。如此从电堆15排出的水可以回流至储水罐1，以防止浪费水且向储水罐1内补充水。
为了防止水雾在管道内湿壁、凝结等聚集，还可以将混合流道8的管道壁处于静电场内，静电场可以对液体施加静电，利用同极互斥原理进一步减少液滴在流场中的聚集和湿壁。
如此静电场对液态水滴施加相同电荷，进而防止湿壁、凝结。
在一具体实施例中，混合流道8可以为加热管道，以防止混合流道8内的水雾冷凝。
同样地，混合流道8的出口与电堆15的进气口之间设置保温管道14，同样可以防止水雾冷凝。保温管道14可保持管道壁面温度与温湿空气温度一致，同时也要尽量缩短保温管道14的长度，最大限度减少液态和气态水的壁面凝结。
基于上述实施例中提供的进水系统，本发明还提供了一种测试台，该测试台包括上述实施例中任意一种进水系统。由于该测试台采用了上述实施例中的进水系统，所以该测试台的有益效果请参考上述实施例。
优选地，测试台可以为燃料电池堆测试台、空压机测试台、循环泵测试台或阀门测试台，在此不作限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
Claims (10)
1.一种测试台的进水系统，其特征在于，包括：
储水罐(1)和输水管道(4)，所述输水管道(4)的进口与所述储水罐(1)的出口通过管路连通，且所述输水管道(4)的进口与所述储水罐(1)的出口之间的管路上串接有水泵(3)，还包括用于给所述储水罐(1)和/或输水管道(4)内的水加热的加热部件；
至少一个注水装置(7)，所述注水装置(7)的进口与所述输水管道(4)的出口连通；
混合流道(8)，所述注水装置(7)能够向所述混合流道(8)内注入水雾，所述混合流道(8)的出口用于与被测燃料电池的电堆(15)的进气口连通；
增湿罐(12)和气源(13)，从所述气源(13)流出的气体经所述增湿罐(12)后进入所述混合流道(8)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，还包括用于检测所述输水管道(4)内水的第一压力传感器(6)；和/或，
还包括用于检测所述输水管道(4)内水的温度第一温度传感器(5)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，还包括与所述输水管道(4)内部连通的限压阀(18)；
所述限压阀(18)的出口与所述储水罐(1)的进口连通。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，还包括用于检测所述增湿罐(12)与混合流道(8)之间的管路内气压的第二压力传感器(11)；和/或，还包括用于检测所述增湿罐(12)与混合流道(8)之间的管路内温度的第二温度传感器(10)；和/或，还包括用于检测所述增湿罐(12)与混合流道(8)之间的管路内湿度的湿度传感器(9)。
5.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，还包括用于检测储水罐(1)内水的PH值的PH值传感器(2)。
6.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，还包括用于向所述储水罐(1)内加注药物的加注装置(17)。
7.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，还包括分水器(16)，所述分水器(16)的进口与所述电堆(15)的排气口连通，所述分水器(16)的至少一个出水口与所述储水罐(1)的进口连通。
8.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，所述混合流道(8)的管道壁处于静电场内。
9.根据权利要求1所述的燃料电池堆测试台的进水系统，其特征在于，所述混合流道(8)为加热管道；
所述混合流道(8)的出口与电堆(15)的进气口之间设置保温管道(14)。
10.一种测试台，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的进水系统；
所述测试台为燃料电池堆测试台、空压机测试台、循环泵测试台或阀门测试台。
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