CN116983844A - 燃料电池测试系统的动态气体混合装置及混合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了燃料电池测试系统技术领域一种燃料电池测试系统的动态气体混合装置及混合方法，包括氢气输送组件、氮气输送组件以及氢气&氮气静态混合器，氢气输送组件和氮气输送组件通过管道并联连接在氢气&氮气静态混合器一端上。氢气&氮气静态混合器另一端通过管道依次串联连接氢气&氮气压力传感器、氢气浓度传感器以及氢气&氮气气动开关阀。本发明通过在两进气管路中设置膜片减压阀与比例调节阀并组合使用，解决了氢气与氮气混合比例单一和响应速度慢的问题。以及通过采用本发明中的动态气体混合方法可以控制氢气与氮气的进气压力与质量流量，实现不同气体混合浓度的快速控制，具有响应快速，控制精度高，适用范围广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池测试系统技术领域，具体地，涉及一种燃料电池测试系统的动态气体混合装置及方法。
背景技术
动态气体混合方法的关键技术是动态响应的控制策略与算法，以及高精度流量与压力的测量和控制方法，但目前燃料电池行业中的常见动态气体混合方式存在运行成本高，制造产品周期长等缺点，并不适合在短交期交付产品的制造企业中使用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种燃料电池测试系统的动态气体混合装置及方法。
根据本发明提供的一种燃料电池测试系统的动态气体混合装置，包括氢气输送组件、氮气输送组件以及氢气&氮气静态混合器，所述氢气输送组件和所述氮气输送组件通过管道并联连接在所述氢气&氮气静态混合器一端上；
所述氢气&氮气静态混合器另一端通过所述管道依次串联连接氢气&氮气压力传感器、氢气浓度传感器以及氢气&氮气气动开关阀。
一些实施方式中，所述氢气输送组件包括氢气手动开关阀，所述氢气手动开关阀一端通过所述管道串联连接氢气气动开关阀；
所述氢气气动开关阀一端通过所述管道串联连接氢气膜片式减压阀，所述氢气膜片式减压阀一端通过所述管道串联连接氢气压力传感器；
所述氢气压力传感器一端通过所述管道串联连接氢气质量流量计，所述氢气质量流量计一端通过所述管道串联连接氢气单向阀，所述氢气单向阀一端通过所述管道串联连接氢气比例调节阀。
一些实施方式中，所述氮气输送组件包括氮气手动开关阀，所述氮气手动开关阀一端通过所述管道串联连接氮气气动开关阀；
所述氮气气动开关阀一端通过所述管道串联连接氮气膜片式减压阀，所述氮气膜片式减压阀一端通过所述管道串联连接氮气压力传感器；
所述氮气压力传感器一端通过所述管道串联连接氮气质量流量计，所述氮气质量流量计一端通过所述管道串联连接氮气单向阀，所述氮气单向阀一端通过所述管道串联连接氮气比例调节阀。
一些实施方式中，所述氢气比例调节阀一端和所述氮气比例调节阀一端通过所述管道并联连接在所述氢气&氮气静态混合器一端上。
一种动态气体混合方法，应用于上述的燃料电池测试系统的动态气体混合装置，一些实施方式中，通过控制所述氢气手动开关阀和所述氢气气动开关阀使进气端一内流入氢气，通过控制所述氮气手动开关阀和所述氮气气动开关阀，使进气端二内流入氮气。
一些实施方式中，所述进气端一内所述氢气通过所述氢气膜片式减压阀控制气体压力，所述进气端二内所述氮气通过所述氮气膜片式减压阀控制气体压力；
且所述进气端一内所述氢气通过氢气压力传感器检测气体压力，所述进气端二内所述氮气通过氮气压力传感器检测气体压力。
一些实施方式中，通过所述氢气质量流量计监测所述进气端一内所述氢气的质量流量，通过所述氮气质量流量计监测所述进气端二内所述氮气的质量流量。
一些实施方式中，通过在所述氢气质量流量计和所述氢气比例调节阀之间设置氢气单向阀，以及在所述氮气质量流量计和所述氮气比例调节阀之间设置氮气单向阀，用于防止所述进气端一内所述氢气和所述进气端二内所述氮气之间相互窜流。
一些实施方式中，所述进气端一内所述氢气通过所述氢气比例调节阀调节进气比例，所述进气端二内所述氮气通过所述氮气比例调节阀调节进气比例。
一些实施方式中，所述进气端一内所述氢气和所述进气端二内所述氮气通过所述管道进入所述所述氢气&氮气静态混合器内充分混合组成混合气体，且通过所述氢气&氮气压力传感器测量所述混合气体的压力，以及通过所述氢气浓度传感器测量所述混合气体中的氢气浓度，并通过所述氢气&氮气气动开关阀控制所述混合气体流入其他管路系统中。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过在两进气管路中设置膜片减压阀与比例调节阀并组合使用，解决了氢气与氮气混合比例单一和响应速度慢的问题；
通过在两进气管路中设置质量流量计解决了氢气与氮气混合精度差的问题，通过在两进气管路中设置单向阀，防止两进气管路中氢气和氮气相互窜流，提高装置安全性；通过将两进气管路并联连接在静态混合器上，解决了氢气与氮气混合不均匀的问题；
以及通过采用本发明中的动态气体混合方法可以控制氢气与氮气的进气压力与质量流量，实现不同气体混合浓度的快速控制，具有响应快速，控制精度高，适用范围广的优点，可以降低生产运行成本，缩短制造产品周期，提高产品交付效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明燃料电池测试系统的动态气体混合装置的结构示意图；
图2为本发明燃料电池测试系统的动态气体混合装置应用动态气体混合方法的气体混合浓度理论推导计算示意图。
附图标记：
氢气输送组件1 氮气膜片式减压阀23
氢气手动开关阀11 氮气压力传感器24
氢气气动开关阀12 氮气单向阀25
氢气膜片式减压阀13 氮气质量流量计26
氢气压力传感器14 氮气比例调节阀27
氢气单向阀15 氢气&氮气静态混合器3
氢气质量流量计16 氢气&氮气压力传感器4
氢气比例调节阀17 氢气浓度传感器5
氮气输送组件2 氢气&氮气气动开关阀6
氮气手动开关阀21 进气端一7
氮气气动开关阀22 进气端二8
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明燃料电池测试系统的动态气体混合装置包括氢气输送组件1、氮气输送组件2以及氢气&氮气静态混合器3，氢气输送组件1和氮气输送组件2通过管道并联连接在氢气&氮气静态混合器3一端上。氢气&氮气静态混合器3另一端通过管道依次串联连接氢气&氮气压力传感器4、氢气浓度传感器5以及氢气&氮气气动开关阀6。
氢气输送组件1包括氢气手动开关阀11，氢气手动开关阀11一端通过管道串联连接氢气气动开关阀12。氢气气动开关阀12一端通过管道串联连接氢气膜片式减压阀13，氢气膜片式减压阀13一端通过管道串联连接氢气压力传感器14。氢气压力传感器14一端通过管道串联连接氢气单向阀15，氢气单向阀15一端通过管道串联连接氢气质量流量计16，氢气质量流量计16一端通过管道串联连接氢气比例调节阀17。
氮气输送组件2包括氮气手动开关阀21，氮气手动开关阀21一端通过管道串联连接氮气气动开关阀22。氮气气动开关阀22一端通过管道串联连接氮气膜片式减压阀23，氮气膜片式减压阀23一端通过管道串联连接氮气压力传感器24。氮气压力传感器24一端通过管道串联连接氮气单向阀25，氮气单向阀25一端通过管道串联连接氮气质量流量计26，氮气质量流量计26一端通过管道串联连接氮气比例调节阀27。氢气比例调节阀17一端和氮气比例调节阀27一端通过管道并联连接在氢气&氮气静态混合器3一端上。
具体的，在本实施例中，比例调节阀采用滑窗式比例调节阀，质量流量计采用科里奥利质量流量计。
实施例2
一种动态气体混合方法，应用于实施例1的燃料电池测试系统的动态气体混合装置，通过控制氢气手动开关阀11和氢气气动开关阀12使进气端一7内流入氢气，通过控制氮气手动开关阀21和氮气气动开关阀22，使进气端二8内流入氮气。进气端一7内氢气通过氢气膜片式减压阀13控制气体压力，进气端二8内氮气通过氮气膜片式减压阀23控制气体压力。且进气端一7内氢气通过氢气压力传感器14检测气体压力，进气端二8内氮气通过氮气压力传感器24检测气体压力。
通过氢气质量流量计16监测进气端一7内氢气的质量流量，通过氮气质量流量计26监测进气端二8内氮气的质量流量。通过在氢气质量流量计15和氢气比例调节阀17之间设置氢气单向阀15，以及在氮气质量流量计26和氮气比例调节阀27之间设置氮气单向阀25，用于防止进气端一7内氢气和进气端二8内氮气之间相互窜流。
进气端一7内氢气通过氢气比例调节阀17调节进气比例，进气端二8内氮气通过氮气比例调节阀27调节进气比例。进气端一7内氢气和进气端二8内氮气通过管道进入氢气&氮气静态混合器3内充分混合组成混合气体。且通过氢气&氮气压力传感器4测量混合气体的压力，通过氢气浓度传感器5测量混合气体中的氢气浓度，通过氢气&氮气气动开关阀6控制混合气体流入其他管路系统中。
具体的，在本实施例中，各种阀、传感器、流量计以及混合器的开启关停通过管路系统外接的PLC软件系统控制。
工作原理：
氢气和氮气组成的混合气体通过两端各自的膜片式减压阀调整到合适的压力，根据理想气体方程pV＝nRT，式中当p一定时，气体流量取决于滑窗式比例调节阀的滑窗开度。
滑窗式比例调节阀具有响应速度快，控制精度高，控制范围广等特点，通过前端的科里奥利质量流量计的流量反馈，同时后端的氢气浓度传感器监测混合气体的浓度，可以动态控制所需要的两端氢气和氮气的气体流量，并达到闭环控制。
另外在装置两端配有开启压力极低的单向阀，将两端的压损降到最低的同时还能保证两端回路的安全，防止两端气体的混窜。两端气体通过自制的静态混合器时，两钟气体可以混合均匀。
理论推导计算过程如图2所示，可以根据混合气体的压力，质量流量以及混合浓度作为输入条件，经过计算得出在一定压力与混合浓度的情况下，所需要的两种气体各自的质量流量，气体的质量流量可以通过本发明中的科里奥利质量流量计精确测量，以及通过滑窗式比例调节阀精确控制，并通过氢气浓度传感器反馈，实现不同气体混合浓度的快速控制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种燃料电池测试系统的动态气体混合装置，其特征在于，包括氢气输送组件(1)、氮气输送组件(2)以及氢气&氮气静态混合器(3)，所述氢气输送组件(1)和所述氮气输送组件(2)通过管道并联连接在所述氢气&氮气静态混合器(3)一端上；
所述氢气&氮气静态混合器(3)另一端通过所述管道依次串联连接氢气&氮气压力传感器(4)、氢气浓度传感器(5)以及氢气&氮气气动开关阀(6)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池测试系统的动态气体混合装置，其特征在于，所述氢气输送组件(1)包括氢气手动开关阀(11)，所述氢气手动开关阀(11)一端通过所述管道串联连接氢气气动开关阀(12)；
所述氢气气动开关阀(12)一端通过所述管道串联连接氢气膜片式减压阀(13)，所述氢气膜片式减压阀(13)一端通过所述管道串联连接氢气压力传感器(14)；
所述氢气压力传感器(14)一端通过所述管道串联连接氢气单向阀(15)，所述氢气单向阀(15)一端通过所述管道串联连接氢气质量流量计(16)，所述氢气质量流量计(16)一端通过所述管道串联连接氢气比例调节阀(17)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池测试系统的动态气体混合装置，其特征在于，所述氮气输送组件(2)包括氮气手动开关阀(21)，所述氮气手动开关阀(21)一端通过所述管道串联连接氮气气动开关阀(22)；
所述氮气气动开关阀(22)一端通过所述管道串联连接氮气膜片式减压阀(23)，所述氮气膜片式减压阀(23)一端通过所述管道串联连接氮气压力传感器(24)；
所述氮气压力传感器(24)一端通过所述管道串联连接氮气单向阀(25)，所述氮气单向阀(25)一端通过所述管道串联连接氮气质量流量计(26)，所述氮气质量流量计(26)一端通过所述管道串联连接氮气比例调节阀(27)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池测试系统的动态气体混合装置，其特征在于，所述氢气比例调节阀(17)一端和所述氮气比例调节阀(27)一端通过所述管道并联连接在所述氢气&氮气静态混合器(3)一端上。
5.一种动态气体混合方法，应用于权利要求4所述的燃料电池测试系统的动态气体混合装置，其特征在于，通过控制所述氢气手动开关阀(11)和所述氢气气动开关阀(12)使进气端一(7)内流入氢气，通过控制所述氮气手动开关阀(21)和所述氮气气动开关阀(22)，使进气端二(8)内流入氮气。
6.根据权利要求5所述的动态气体混合方法，其特征在于，所述进气端一(7)内所述氢气通过所述氢气膜片式减压阀(13)控制气体压力，所述进气端二(8)内所述氮气通过所述氮气膜片式减压阀(23)控制气体压力；
且所述进气端一(7)内所述氢气通过氢气压力传感器(14)检测气体压力，所述进气端二(8)内所述氮气通过氮气压力传感器(24)检测气体压力。
7.根据权利要求5所述的动态气体混合方法，其特征在于，通过所述氢气质量流量计(15)监测所述进气端一(7)内所述氢气的质量流量，通过所述氮气质量流量计(25)监测所述进气端二(8)内所述氮气的质量流量。
8.根据权利要求5所述的动态气体混合方法，其特征在于，通过在所述氢气质量流量计(16)和所述氢气比例调节阀(17)之间设置氢气单向阀(15)，以及在所述氮气质量流量计(26)和所述氮气比例调节阀(27)之间设置氮气单向阀(25)，用于防止所述进气端一(7)内所述氢气和所述进气端二(8)内所述氮气之间相互窜流。
9.根据权利要求5所述的动态气体混合方法，其特征在于，所述进气端一(7)内所述氢气通过所述氢气比例调节阀(17)调节进气比例，所述进气端二(8)内所述氮气通过所述氮气比例调节阀(27)调节进气比例。
10.根据权利要求5所述的动态气体混合方法，其特征在于，所述进气端一(7)内所述氢气和所述进气端二(8)内所述氮气通过所述管道进入所述所述氢气&氮气静态混合器(3)内充分混合组成混合气体；
且通过所述氢气&氮气压力传感器(4)测量所述混合气体的压力，通过所述氢气浓度传感器(5)测量所述混合气体中的氢气浓度，通过所述氢气&氮气气动开关阀(6)控制所述混合气体流入其他管路系统中。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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