CN115498214B - 一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法 - Google Patents
一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115498214B CN115498214B CN202211264509.8A CN202211264509A CN115498214B CN 115498214 B CN115498214 B CN 115498214B CN 202211264509 A CN202211264509 A CN 202211264509A CN 115498214 B CN115498214 B CN 115498214B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- fluid
- inlet pipe
- air inlet
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 138
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 13
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 174
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 9
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 235000010746 mayonnaise Nutrition 0.000 description 1
- 239000008268 mayonnaise Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000007363 regulatory process Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明提供的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，采用的装置包括气体供给管、连接在气体供给管上的第一和第二进气管，以及气体分布管和雾化颗粒的粒径为30‑60μm的二流体喷枪；气体分布管上开设有若干气孔并浸没在储液罐内的加湿液中与伸入加湿液的第一进气管连通；二流体喷枪的一端部具有第一和第二流体进口，另一端部设有喷嘴，第一流体进口与燃料电池测试系统的控温回路管出口端连通，第二流体进口与第二进气管连通，喷嘴伸入储液罐并朝向下方，其喷雾区域笼罩在加湿液液面上；采用的步骤包括利用第一和第二进气管进气的步骤，以及调节第一进气管的流量，使二流体喷枪的气液比处于设定状态的步骤；该方法能够减小匹配难度、确保雾化效果。
Description
分案申请声明
本申请是2022年08月29日递交的发明名称为“一种燃料电池测试系统气体加湿装置及气体加湿方法”、申请号为202211036601.9的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明属于燃料电池测试系统领域，具体涉及一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法。
背景技术
燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，质子交换膜燃料电池（PEMFC）做为燃料电池的一种，具有零排放、低噪声、高能量密度和高可靠性等优点，应用广泛，对质子交换膜燃料电池（PEMFC）而言，一个重要指标是膜的含水量，足够的膜含水量可以保证其具有较高的质子导电性，从而减小内阻，优化质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电性能，为保持膜的含水量，需要对入堆的反应气体进行加湿。
现有加湿方式主要包括鼓泡加湿、喷淋加湿，鼓泡加湿是将气体通入加湿液，利用鼓泡产生搅拌，从而对气体加湿，但该方式会导致气体中含有尺寸为毫米级的液滴，难以对湿化气体的温度进行快速调节，入堆气体的温度误差通常在±2℃，入堆气体的湿度也难以调整；喷淋加湿大多只喷洒冷态的加湿液，受限于水泵性能，难以实现小流量高压力的喷淋，雾化效果较差，经过喷淋口的气体中存在尺寸为毫米级的液滴，且分布不均，容易导致燃料电池电堆水淹，通过加热器进行调节时，液滴汽化所需的能量高、耗时长，容易导致气体过湿或过热，湿化气体温度分布的均匀性差，加之调节过程中喷淋流量和加热器功率的波动都会造成较大的湿度变化，难以精准控制入堆气体的湿度。
为解决这一问题，市场上出现了采用鼓泡加湿和喷淋加湿的组合进行加湿的技术方案，如中国专利CN111525162B、CN202792334U就公开了这类加湿装置，但这类加湿装置大多局限在鼓泡加湿和喷淋加湿的简单叠加，鼓泡加湿和喷淋加湿之间没有关联，且喷淋加湿仍然采用单流体喷嘴，会产生额外的喷淋能耗（通常在3KW左右），雾化颗粒的尺寸在300μm以上，且分布不均匀，雾化效果不佳，导致湿化气体温度分布的均匀性差，温度调节的速度慢，湿度控制的精度低，在燃料电池测试系统变载时无法快速响应，入堆气体往往伴随有冷凝水产生或过干，入堆气体的温度误差通常在±2℃，湿度误差通常在±2%，难以满足入堆要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种能够减小匹配难度、确保雾化效果的燃料电池测试系统用二流体加湿方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，燃料电池测试系统用二流体加湿方法，该方法采用的装置包括：气体供给管、连接在所述气体供给管上的第一进气管和第二进气管，以及气体分布管和二流体喷枪；所述气体分布管上开设有若干气孔，所述气体分布管浸没在储液罐内的加湿液中，所述气体分布管与伸入所述加湿液的第一进气管连通；所述二流体喷枪的一端部具有第一流体进口和第二流体进口，另一端部设有喷嘴，所述第一流体进口与燃料电池测试系统的控温回路管出口端连通，所述第二流体进口与所述第二进气管连通，所述喷嘴伸入所述储液罐并朝向下方，所述喷嘴的喷雾区域笼罩在加湿液液面上，所述二流体喷枪喷出的雾化颗粒的粒径为30-60μm；
该方法采用的步骤包括利用所述第一进气管和所述第二进气管进气的步骤，以及调节所述第一进气管的流量，使所述二流体喷枪的气液比处于设定状态的步骤。
优选地，所述第二进气管上沿气体流向依次设有第二流量计、调节阀、第二压力变送器，在使所述二流体喷枪的气液比处于设定状态的过程中，先调节所述第一进气管的气压及流量，使所述第二进气管的气压及流量快速达到设定范围附近，再微调所述第二流量计、所述调节阀、所述第二压力变送器，即可使所述第二进气管的气压及流量保持再设定范围内。
进一步优选地，所述第一进气管上设有由第一流量计、电磁开关阀、比例调节阀组合而成的MFC控制单元，所述方法采用的步骤还包括，在使所述二流体喷枪的气液比处于设定状态后，通过调节所述MFC控制单元确保总的供气量不变的步骤。
进一步优选地，在调节所述第一进气管的气压及流量时，使所述第二进气管的气体流量大于所述第一进气管的气体流量的四倍。
进一步优选地，在调节所述第一进气管的气压及流量时，使所述第二进气管的气体流量为所述气体供给管中气体总流量的93%-97%。
优选地，所述气体分布管沿所述储液罐的横截面呈网格化分布。
优选地，所述二流体喷枪为美泰喷雾技术有限公司的TX系列双流体细雾喷枪。
优选地，所述第一流体进口和所述第二流体进口位于所述储液罐的外侧。
优选地，所述喷嘴上喷射口的轴心线与所述储液罐的轴心线相重合。
优选地，所述气体供给管上沿气体流向依次设有减压阀和第一压力变送器。
由于上述技术方案运用，本发明提供的燃料电池测试系统用二流体加湿方法与现有技术相比具有下列优点：
1.在气体供给管供应的气体流量不变时，通过调节第一进气管的流量，能够改变经第二进气管的气体流量及压力，从而匹配控温回路管使二流体喷枪的气液比处于设定状态，减小控温回路管与第二进气管匹配的难度，使二流体喷枪喷出的雾化颗粒尺寸小、分布均匀性好，从而确保雾化效果。
2. 能使一部分气体沿第一进气管流入气体分布管，以鼓泡的方式进行加湿；又能使另一部分气体沿第二进气管流入二流体喷枪，以喷雾的方式进行加湿，由于通过鼓泡方式加湿的气体向上流动，而通过喷雾方式加湿的气体向下流动，能够使这两部分气体在加湿液液面的上方充分混合，从而使向上流动气体中残留的液滴吸附向下流动气体中的雾化颗粒，增大体积并下降析出，消除通过鼓泡方式加湿的气体中的液滴，在雾化颗粒跟随气体向下流动时，还能够利用加湿液液面吸附其中一部分雾化颗粒，从而大幅减少混合后湿化气体中雾化颗粒的体积及数量，并增强其分布的均匀性。
附图说明
图1是本发明中燃料电池测试系统气体加湿装置的结构示意图。
图2是图1中气体分布管的俯视示意图。
其中：10.储液罐；11.出气口；12.加热机构；13.保温层；14.塔板；15.第一温度传感器；21.液位计；22.补液管路；23.排液管路；24.补液电磁阀；25.排液电磁阀；31.第二温度传感器；32.控温回路管；33.水泵；34.电加热器；35.板式换热器；351.冷却水管路；41.气体供给管；411.减压阀；412.第一压力变送器；42.第一进气管；421.MFC控制单元；43.第二进气管；431.第二流量计；432.调节阀；433.第二压力变送器；51.气体分布管；511.气孔；52.二流体喷枪；521.第一流体进口；522.第二流体进口；523.喷嘴；524.喷射口；60.湿化气体输送管；61.管道伴热带；62.湿度传感器；63.第三温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述。
本发明描述的上下方向是指图1中的上下方向。
如图1和图2所示，本发明提供的燃料电池测试系统气体加湿装置，包括：储液罐10、液位控制单元、温度控制单元、供气单元、加湿单元，其中，储液罐10用于存储加湿液，储液罐10上设有用于通出湿化气体的出气口11和用于加热湿化气体的加热机构12，以及用于检测湿化气体温度的第一温度传感器15，出气口11位于储液罐10顶部椭圆形封头的中心，加热机构12为螺旋缠绕在储液罐10罐体上部外壁上的筒体伴热带，第一温度传感器15位于加热机构12的下方；液位控制单元包括用于检测储液罐10中液位高度的液位计21、连通在储液罐10上的补液管路22及排液管路23；温度控制单元包括用于检测储液罐10中加湿液温度的第二温度传感器31、两端均与储液罐10连通的控温回路管32，以及设于控温回路管32上的水泵33、电加热器34和板式换热器35；供气单元包括与气源连通的气体供给管41，以及连接在气体供给管41上的第一进气管42和第二进气管43，第二进气管43的气体流量大于第一进气管42的气体流量；加湿单元包括气体分布管51和二流体喷枪52，气体分布管51上开设有若干气孔511，气体分布管51浸没在储液罐10内的加湿液中，气体分布管51沿储液罐10的横截面呈网格化分布，气体分布管51与伸入储液罐10中加湿液内的第一进气管42连通，二流体喷枪52沿水平方向延伸并贯穿储液罐10的侧壁，二流体喷枪52位于储液罐10外侧的端部具有第一流体进口521和第二流体进口522，二流体喷枪52位于储液罐10内部的端部设有喷嘴523，第一流体进口521与控温回路管32的出口端连通，第二流体进口522与第二进气管43连通，喷嘴523伸入储液罐10，喷嘴523上的喷射口524朝向下方的加湿液液面，喷射口524的轴心线与储液罐10的轴心线相重合，喷射口524形成的喷雾区域笼罩住整个加湿液液面。
这样设置的好处在于：
1.既能使一部分气体沿第一进气管流入气体分布管，以鼓泡的方式进行加湿，利用加湿液的热传导使这部分气体快速达到加湿液温度；又能使另一部分气体沿第二进气管流入二流体喷枪，以喷雾的方式进行加湿，利用二流体喷枪将控温回路管中的加湿液转变为尺寸小、分布均匀的雾化颗粒，增大雾化颗粒与这部分气体的接触面积，从而使雾化颗粒携带的热量快速且均匀地传递给这部分气体，在雾化的同时使这部分气体快速且均匀地达到加湿液温度附近。
2.能够在气体供给管供应的气体流量不变时，通过第一进气管调节第二进气管的流量及压力，使二流体喷枪处于最佳工作状态，确保雾化效果，使雾化颗粒的尺寸及分布均匀性保持在最佳状态。
3.由于通过鼓泡方式加湿的气体向上流动，而通过喷雾方式加湿的气体向下流动，能够使这两部分气体在加湿液液面的上方充分混合，从而使向上流动气体中残留的液滴吸附向下流动气体中的雾化颗粒，增大体积并下降析出，消除通过鼓泡方式加湿的气体中的液滴。
4.在雾化颗粒跟随气体向下流动时，还能够利用加湿液液面吸附其中一部分雾化颗粒，从而大幅减少混合后湿化气体中雾化颗粒的体积及数量，并增强其分布的均匀性，减轻后续气液分离的难度。
5.使得混合后的湿化气体在加热至过热（完全消除雾化颗粒）时所需的能量少、耗时短、均匀性好、温度及湿度的波动小，从而实现湿化气体温度分布均匀、温湿度调节速度快、调控精准度高的技术效果。
优选地，第二进气管43的气体流量大于第一进气管42的气体流量的四倍，也就是说，第二进气管43的气体流量为气体供给管41中气体总流量的80%以上，这样设置能够使向下流动的通过喷雾方式加湿的气体量远大于向上流动的通过鼓泡方式加湿的气体量，提升通过鼓泡方式加湿的气体中液滴的析出效果，确保完全析出或仅有微量液滴残留，不影响后续过热及温湿度调控，在本实施例中，第二进气管43的气体流量为气体供给管41中气体总流量的90%-99.99%，优选在93%-97%，当储液罐10的容积在1m³以内时（如容积约为0.5m³、最大直径600mm、最大高度1700mm的储液罐10，可匹配150KW燃料电池电堆的加湿需求），第二进气管43的气体流量可以为气体供给管41中气体总流量的99%-99.5%。
在本实施例中，二流体喷枪52选用美泰喷雾技术有限公司的TX系列双流体细雾喷枪，气液比小于100，液体压力在3.0-5.0bar，气体压力在2.5-5.0bar，喷出的喷雾粒径小于100μm，通常在30-60μm。
为方便调节第二进气管43的气体流量及压力，降低控温回路管32与第二进气管43匹配的难度，确保二流体喷枪52处于设定工作状态，在本实施例中，气体供给管41上沿气体流向依次设有减压阀411和第一压力变送器412，第一进气管42上设有由第一流量计、电磁开关阀、比例调节阀组合而成的MFC控制单元421，第二进气管43上沿气体流向依次设有第二流量计431、调节阀432、第二压力变送器433，通过对第一进气管42气压及流量的调节，能够使第二进气管43气压及流量快速达到设定范围附近，再通过第二流量计431、调节阀432、第二压力变送器433进行微调，即可使其保持在设定范围内，再通过调节MFC控制单元421，即可确保总的供气量保持不变。
在本实施例中，出气口11通过湿化气体输送管60与燃料电池的电堆入口连通，湿化气体输送管60上沿气体流向依次设有管道伴热带61、湿度传感器62和第三温度传感器63，用于进一步调控入堆气体的温湿度并避免冷凝水析出。
在本实施例中，为减缓储液罐10内湿化气体的温度散失，储液罐10上还设有包裹加热机构12及储液罐10上端部的保温层13。
在本实施例中，液位计21为磁翻板液位计，补液管路22上设有补液电磁阀24，排液管路23上设有排液电磁阀25，补液电磁阀24、排液电磁阀25的控制电路与液位计21电连接，以实现加湿液的连续少量补充，从而避免加湿液大量补充时的温度波动。
为增强储液罐10内湿化气体的气液分离效果，进一步消除残留的雾化液体颗粒，降低加热机构12负载，增强湿化气体在加热机构12处过热时温度控制的准确性，在本实施例中，储液罐10内还设有用于气液分离的多孔塔板14，塔板14有多层并位于加热机构12与喷嘴523之间，具体地，塔板14上的孔径在1.5-2.5mm，塔板14设置在第一温度传感器15下方，确保第一温度传感器15检测的湿化气体处于不含有或仅含有微量雾化液体颗粒的状态。
在本实施例中，水泵33、电加热器34和板式换热器35沿控温回路管32中加湿液的流向依次设置，具体地，电加热器34起加热作用，而板式换热器35起冷却作用，板式换热器35的冷却水管路351通过引入循环冷却水进行冷却，从而实现对加湿液温度的快速响应，为监控流量，水泵33和电加热器34之间还设有第三流量计36。
需要说明的是，在本实施例中，储液罐10内的加湿液为去离子水，经气体供给管41供给的气体为空气或氢气。
本发明提供的燃料电池测试系统气体加湿方法，通过上述燃料电池测试系统气体加湿装置实现，包括以下步骤：
S1.关闭排液管路23，开启补液管路22，使储液罐10内的加湿液达到设定液位；
S2.开启水泵33及电加热器34、板式换热器35，使储液罐10内的加湿液升温至加湿液设定温度T1，加湿液设定温度T1与湿化气体设定温度T2相等，或，加湿液设定温度T1比湿化气体设定温度T2高0.5-1.0℃，湿化气体设定温度T2根据燃料电池入堆气体设定的温、湿度值计算得出；
S3.开启气体供给管41，利用第一进气管42和第二进气管43进气；
S4.调节第一进气管42的流量，使二流体喷枪52的气液比处于设定状态；
S5.根据液位计21的检测值与设定液位的差值实时调节补液管路22的开度，使储液罐10内的加湿液处于动态平衡的状态；
S6.开启加热机构12，将湿化气体加热至湿化气体设定温度T2；
S7.根据湿化气体输送管60上的湿度传感器62和第三温度传感器63的检测值，调节管道伴热带61的加热量，改变从出气口11通出的湿化气体的温湿度，使其符合入堆气体的测试要求。
这样设置的好处在于：
1.在气体供给管供应的气体流量不变时，通过调节第一进气管的流量，能够改变经第二进气管的气体流量及压力，从而匹配控温回路管使二流体喷枪的气液比处于设定状态，减小控温回路管与第二进气管匹配的难度，使二流体喷枪喷出的雾化颗粒尺寸小、分布均匀性好，从而在雾化的同时利用雾化颗粒将控温回路管中加湿液的温度快速、均匀地传递给经第二进气管流入的气体，将这一部分气体快速且均匀地加热到加湿液温度附近。
2.通过使加湿液设定温度T1与湿化气体设定温度T2相等，或者使加湿液设定温度T1比湿化气体设定温度T2高 0.5-1.0℃，使湿化气体设定温度T2根据燃料电池入堆气体设定的温、湿度值计算得出，通过能够实现前馈控制，缩短后续过热所需的时间，并减少过热消耗的能量，实现快速精准调节入堆气体温湿度、快速响应系统变载、满足入堆要求的技术效果。
3.通过实时调节补液管路的开度，能够实现加湿液的连续少量补充，从而避免加湿液大量补充时的温度波动，确保加湿液温度的稳定在加湿液设定温度T1处。
本发明提供的燃料电池测试系统气体加湿方法，雾化颗粒的尺寸在100μm以下，雾化颗粒分布的均匀性好，不产生额外喷淋能耗，入堆气体温度误差可控制在±0.5℃，入堆气体湿度误差可控制在±0.5%。
需要说明的是，湿化气体设定温度T2可根据燃料电池入堆气体设定的温、湿度值计算得出的原因在于：
在燃料电池需求功率一定的情况下，选定了合适的电流密度时，即可得知电堆的最佳运行环境——阳极阴极入堆气体的最佳的进堆压力、湿度和温度。
以膜电极型号为SER350的燃料电池为例，根据膜电极特性曲线表，选取1A/cm2的电流密度，可知，阴极（空气侧）的最佳进堆压力则为110kpa、最佳湿度为50%，空气侧的最佳工作温度为70℃，而水蒸气在70℃的饱和蒸汽压为0.0312MPa，约31kpa，湿度为50%的入堆气体（湿化气体）中水蒸气的分压为31x50%=15.5kpa，不考虑湿化气体从储液罐流动至电堆入口的流道压降，其对应的湿化气体饱和温度为54.65 ℃，该温度即T2（通常在40-70℃），考虑散热，T1与T2之间的温差最多0.5-1℃。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法，该燃料电池测试系统的控温回路管两端均与储液罐相连通；该方法采用的装置包括：气体供给管、连接在所述气体供给管上的第一进气管和第二进气管，以及气体分布管和二流体喷枪；所述气体分布管上开设有若干气孔，所述气体分布管浸没在所述储液罐内的加湿液中，所述气体分布管与伸入所述加湿液的第一进气管连通，所述二流体喷枪的一端部具有第一流体进口和第二流体进口，另一端部设有喷嘴，所述喷嘴伸入所述储液罐并朝向下方，所述喷嘴的喷雾区域笼罩在加湿液液面上；
其特征在于：
所述第一流体进口与所述控温回路管出口端连通，所述第二流体进口与所述第二进气管连通，所述第二进气管上沿气体流向依次设有第二流量计、调节阀、第二压力变送器，所述二流体喷枪将所述控温回路管中的所述加湿液转变成粒径为30-60μm的雾化颗粒喷出，使所述雾化颗粒分布均匀；
该方法采用的步骤包括利用所述第一进气管和所述第二进气管进气的步骤，以及调节所述第一进气管的流量，使所述二流体喷枪的气液比处于设定状态的步骤，在使所述二流体喷枪的气液比处于设定状态的过程中，先调节所述第一进气管的气压及流量，使所述第二进气管的气压及流量快速达到设定范围附近，再微调所述第二流量计、所述调节阀、所述第二压力变送器，即可使所述第二进气管的气压及流量保持在设定范围内。
2.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：所述第一进气管上设有由第一流量计、电磁开关阀、比例调节阀组合而成的MFC控制单元，所述方法采用的步骤还包括，在使所述二流体喷枪的气液比处于设定状态后，通过调节所述MFC控制单元确保总的供气量不变的步骤。
3.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：在调节所述第一进气管的气压及流量时，使所述第二进气管的气体流量大于所述第一进气管的气体流量的四倍。
4.根据权利要求3所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：在调节所述第一进气管的气压及流量时，使所述第二进气管的气体流量为所述气体供给管中气体总流量的93％-97％。
5.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：所述气体分布管沿所述储液罐的横截面呈网格化分布。
6.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：所述二流体喷枪为美泰喷雾技术有限公司的TX系列双流体细雾喷枪。
7.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：所述第一流体进口和所述第二流体进口位于所述储液罐的外侧。
8.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：所述喷嘴上喷射口的轴心线与所述储液罐的轴心线相重合。
9.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统用二流体加湿方法，其特征在于：所述气体供给管上沿气体流向依次设有减压阀和第一压力变送器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211264509.8A CN115498214B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211264509.8A CN115498214B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法 |
| CN202211036601.9A CN115117400B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种燃料电池测试系统气体加湿装置及气体加湿方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211036601.9A Division CN115117400B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种燃料电池测试系统气体加湿装置及气体加湿方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115498214A CN115498214A (zh) | 2022-12-20 |
| CN115498214B true CN115498214B (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=83335539
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211264509.8A Active CN115498214B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法 |
| CN202211264524.2A Active CN115548379B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种用于燃料电池测试系统的二流体加湿装置 |
| CN202211036601.9A Active CN115117400B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种燃料电池测试系统气体加湿装置及气体加湿方法 |
Family Applications After (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211264524.2A Active CN115548379B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种用于燃料电池测试系统的二流体加湿装置 |
| CN202211036601.9A Active CN115117400B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种燃料电池测试系统气体加湿装置及气体加湿方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (3) | CN115498214B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139403A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-06-07 | Sanki Eng Co Ltd | 二流体水噴霧ノズルの比例制御方法とその装置。 |
| JP2007157508A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 気液分離装置および気液分離装置を備えた燃料電池発電システム |
| CN106935886A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-07-07 | 上海泛町智能科技有限公司 | 一种气体加湿设备 |
| CN111525155A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-11 | 苏州市华昌能源科技有限公司 | 一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法 |
| CN111640968A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-08 | 电子科技大学 | 一种鼓泡喷雾组合加湿器及其用于的燃料电池加湿系统 |
| KR20220035804A (ko) * | 2020-09-14 | 2022-03-22 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지 막가습기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
| CN114420976A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-29 | 上海重塑能源科技有限公司 | 用于燃料电池的进气增湿系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7651799B2 (en) * | 2004-12-20 | 2010-01-26 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Air humidification for fuel cell applications |
| JP2008075943A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Chino Corp | 加湿器 |
| CN106981673A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-07-25 | 上海泛町智能科技有限公司 | 一种气体加湿系统 |
| CN210429974U (zh) * | 2019-08-02 | 2020-04-28 | 武汉中极氢能产业创新中心有限公司 | 一种燃料电池加湿系统 |
| CN112448003A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-05 | 无锡先导智能装备股份有限公司 | 加湿装置及测试系统 |
-
2022
- 2022-08-29 CN CN202211264509.8A patent/CN115498214B/zh active Active
- 2022-08-29 CN CN202211264524.2A patent/CN115548379B/zh active Active
- 2022-08-29 CN CN202211036601.9A patent/CN115117400B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139403A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-06-07 | Sanki Eng Co Ltd | 二流体水噴霧ノズルの比例制御方法とその装置。 |
| JP2007157508A (ja) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 気液分離装置および気液分離装置を備えた燃料電池発電システム |
| CN106935886A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-07-07 | 上海泛町智能科技有限公司 | 一种气体加湿设备 |
| CN111525155A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-11 | 苏州市华昌能源科技有限公司 | 一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法 |
| CN111640968A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-08 | 电子科技大学 | 一种鼓泡喷雾组合加湿器及其用于的燃料电池加湿系统 |
| KR20220035804A (ko) * | 2020-09-14 | 2022-03-22 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지 막가습기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
| CN114420976A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-29 | 上海重塑能源科技有限公司 | 用于燃料电池的进气增湿系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115498214A (zh) | 2022-12-20 |
| CN115548379A (zh) | 2022-12-30 |
| CN115548379B (zh) | 2024-02-27 |
| CN115117400B (zh) | 2022-11-04 |
| CN115117400A (zh) | 2022-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111640968B (zh) | 一种鼓泡喷雾组合加湿器及其用于的燃料电池加湿系统 | |
| KR102529902B1 (ko) | 연료전지 시스템 | |
| CN111525162B (zh) | 一种燃料电池测试系统加湿装置及加湿方法 | |
| CN105186016B (zh) | 一种燃料电池系统的电控喷氢压力调节装置 | |
| KR100663152B1 (ko) | 이슬점 가습기와 이와 관련된 가스 온도 제어기 | |
| JP3923627B2 (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池システム | |
| CN111525155B (zh) | 一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法 | |
| CN106981673A (zh) | 一种气体加湿系统 | |
| CN114420976A (zh) | 用于燃料电池的进气增湿系统 | |
| CN1953260A (zh) | 质子交换膜燃料电池专用加热增湿装置 | |
| CN115498214B (zh) | 一种燃料电池测试系统用二流体加湿方法 | |
| CN110114921B (zh) | 质子交换膜燃料电池 | |
| KR20090088463A (ko) | 인젝터를 이용한 연료전지 스택용 가습장치 | |
| US7651796B2 (en) | Water atomization apparatus for a fuel cell system and also a method for humidifying a gas flow supplied to a fuel cell system | |
| CN210429974U (zh) | 一种燃料电池加湿系统 | |
| US6844095B2 (en) | Humidifier for humidifying reactant gases for a polymer electrolyte fuel cell system | |
| CN109960299B (zh) | 一种大功率燃料电池电堆测试仪加湿模块 | |
| CN111370735A (zh) | 一种燃料电池增湿系统 | |
| CN114188574A (zh) | 用于燃料电池的气体湿度和温度控制系统及其方法 | |
| CN211427168U (zh) | 一种燃料电池测试台气体加湿装置 | |
| CN219177877U (zh) | 具有蒸汽预热与流量控制阀的高精度加湿设备 | |
| KR100445380B1 (ko) | 연료전지 운전용 가스 공급 장치 | |
| CN214750718U (zh) | 加湿装置及测试系统 | |
| CN114142064A (zh) | 一种燃料电池增湿系统、燃料电池系统 | |
| CN212434672U (zh) | 燃料电池测试台架用电池加湿罐 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |