CN204903436U - 燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统，包括对接的低温低湿气体流道和高温高湿气体流道，所述多孔介质板被夹装在所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道之间构成所述燃料电池增湿器结构，所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道内均设有多个热电偶；所述低温低湿气体流道的进口处和出口处以及所述高温高湿气体流道的进口处和出口处各设有一温湿度计；所述热电偶和所述温湿度计均与计算机连接；所述低温低湿气体流道的进口与低温供气支管的出口连接，所述低温供气支管的进口和所述高温供气支管的进口均与供气主管的出口连接。本实用新型能够比较全面地模拟利用燃料电池排气对阴极进气增湿的过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种热湿传递特性测试系统，特别是一种燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统。
背景技术
多孔介质是由固体骨架和流体组成的一类复合介质，它构成了地球生物圈的物质基础。多孔介质的传热传质过程在自然界和人类生产、生活中广泛存在，对社会的发展具有重要的影响。土壤中水、肥、污染物的吸收、保持和迁移过程，地下岩层中石油、天然气和地下水的开采，地热资源的开发以及利用土壤岩层的蓄热蓄冷过程，都涉及到多孔介质中能量与物质的传输过程；与人民生活密切相关的农副产品、食品、木材和纺织品的干燥，建筑物的隔热保温是典型的多孔介质热质迁移过程。因此研究多孔介质传热传质对于改造自然、造福人类具有重要的意义。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、无污染的动力源。以其为动力装置的燃料电池汽车被认为是具有广泛竞争力的新一代交通工具。在实际的燃料电池汽车应用中，需要一个独立的燃料电池增湿器为其加湿，以确保阴极的反应气体(通常是空气)在进入燃料电池并发生反应之前被合理增湿。多孔介质增湿器被广泛应用于对燃料电池阴极进气增湿，它包含一个干空气流道，一个湿空气或者液态水流道，两者之间用能够透过水分的多孔介质板隔开。这种装置结构简单，不会形成较大压降，是理想的燃料电池增湿装置。
目前，有关使用多孔介质板的增湿器在设计方面仍有许多亟待解决的问题，比如多孔板的物性、流体状态参数等因素对热湿传递的影响尚不完全明了。因此，需要建立一套实验测试系统，从实验的角度研究水分透过多孔介质板时的热湿传递规律，为增湿器的实际设计提供依据。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统，该系统能够比较全面地模拟利用燃料电池排气对阴极进气增湿的过程，用于研究多孔板的物性、流体状态参数等因素对多孔介质板热湿传递特性的影响，为燃料电池多孔介质增湿器的设计提供依据。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统，包括对接的低温低湿气体流道和高温高湿气体流道，所述多孔介质板被夹装在所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道之间构成所述燃料电池增湿器结构，所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道内均设有多个热电偶；所述低温低湿气体流道的进口处和出口处以及所述高温高湿气体流道的进口处和出口处各设有一温湿度计；所述热电偶和所述温湿度计均与计算机连接；所述低温低湿气体流道的进口与低温供气支管的出口连接，在所述低温供气支管上自上游至下游依次设有第一支管调气阀、第一流量计、干燥管和第一加热器；所述高温高湿气体流道的进口与高温供气支管的出口连接，在所述高温供气支管上自上游至下游依次设有第二支管调气阀、第二流量计、水箱和第二加热器，在所述水箱内设有水温加热器；所述低温供气支管的进口和所述高温供气支管的进口均与供气主管的出口连接，在所述供气主管上自上游至下游依次设有空气压缩机、空气滤清器和主管调气阀。
所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道的横截面均为矩形，且它们与所述多孔介质板相对的侧壁是采用有机玻璃制成的，其它侧壁由不锈钢制成，在由不锈钢制成的侧壁外表面上设有保温层。
所述热电偶为直径0.25mm的K型热电偶。
所述的干燥管中的干燥剂为变色硅胶。
本实用新型具有的优点和积极效果是：能够用于研究多孔介质板的物性参数以及流体参数对多孔介质板的热湿传递特性的影响，为燃料电池多孔介质增湿器的具体设计提供依据。通过控制低温供气支管和高温供气支管上的调气阀开度以及加热器功率，可以模拟不同温度、不同相对湿度以及不同流量下的增湿气体，能够比较全面地模拟利用燃料电池排气对阴极进气增湿的过程，测量全面且精确；低温低湿气体流道和高温高湿气体流道采取保温措施，能够良好地阻隔其与周围环境之间的传热，能够达到较好的隔热效果。并且本实用新型结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为应用本实用新型进行测试的多孔介质板与低温低湿气体流道和高温高湿气体流道构成的燃料电池增湿器的工作原理图。
图中：1、空气压缩机；2、空气滤清器；3、主管调气阀；3a、第一支管调气阀；3b、第二支管调气阀；4a、第一流量计；4b、第二流量计；5、干燥管；6a、第一加热器；6b、第二加热器；7、水箱；8、加热器；9a、9b、9c、9d、温湿度计；10、低温低湿气体流道；11、高温高湿气体流道；12、热电偶；13、多孔介质板。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1和图2，一种燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统，包括对接的低温低湿气体流道10和高温高湿气体流道11，所述多孔介质板13被夹装在所述低温低湿气体流道10和所述高温高湿气体流道11之间构成所述燃料电池增湿器结构，所述低温低湿气体流道10和所述高温高湿气体流道11内均设有多个热电偶12；所述低温低湿气体流道10的进口处和出口处以及所述高温高湿气体流道11的进口处和出口处各设有一温湿度计9a、9b、9c、9d；所述热电偶12和所述温湿度计9a、9b、9c、9d均与计算机连接，将它们测得的数据传输给计算机处理。上述多孔介质板13是多孔碳板，每次测试的多孔碳板的导热系数、孔隙率、尺寸以及表面特性均不同。
所述低温低湿气体流道10的进口与低温供气支管的出口连接，在所述低温供气支管上自上游至下游依次设有第一支管调气阀3a、第一流量计4a、干燥管5和第一加热器6a；所述高温高湿气体流道11的进口与高温供气支管的出口连接，在所述高温供气支管上自上游至下游依次设有第二支管调气阀3b、第二流量计4b、水箱7和第二加热器6b，在所述水箱7内设有加热器8，加热器8采用柱状加热器；所述低温供气支管10的进口和所述高温供气支管11的进口均与供气主管的出口连接，在所述供气主管上自上游至下游依次设有空气压缩机1、空气滤清器2和主管调气阀3。
在本实施例中，所述的高温气体流道11和低温气体流道12长100mm，宽28mm，高1mm，所述低温低湿气体流道10和所述高温高湿气体流道11的横截面均为矩形，且它们与所述多孔介质板13相对的侧壁是采用有机玻璃制成的，其它侧壁由不锈钢制成，在由不锈钢制成的侧壁外表面上设有保温层。可实现测量过程的可视化。在所述低温低湿气体流道10和所述高温高湿气体流道11内各设有均布的5个热电偶，所述热电偶为直径0.25mm的K型热电偶。所述干燥管5中的干燥剂为变色硅胶。
本实用新型的工作原理：
请参见图2，由于高温流道中增湿气体的温度和湿度较高，在两流道间形成温湿度差，即存在传热和传质的动力。高温流道内增湿气体的水分和热量在驱动力的作用下，透过多孔介质板传递给低温流道内的被增湿气体，达到加热增湿的目的。
本实用新型工作时，打开第一加热器6a，调节其功率达到实验要求。在水箱7中加入2/3容积的水，打开第二加热器6b和加热器8，加热一段时间，使得水箱中的水温升高到一定程度。打开空气压缩机1，调节主管调气阀3和第一支管调气阀3a控制被增湿气体的流量。新鲜空气经过滤清器2、主管调气阀3、第一支管调气阀3a、第一流量计4a、干燥管5和加热器6a后，达到实验所需的流量、温度以及相对湿度，进入低温低湿气体流道10。同时，新鲜空气经过滤清器2、主管调气阀3、第二调气阀3b、第二流量计4b后进入水箱7，水箱7中的水被加热后产生大量蒸汽，蒸汽自水箱7中出来后的状态为饱和湿空气，流经第二加热器6b后，为不饱和湿空气。通过控制主管调气阀3和第二支管调气阀3b的开度，控制加热器8和第二加热器6b的功率，可以得到不同流量、温度以及相对湿度下的增湿气体。热电偶12、温湿度计9a、温湿度计9b、温湿度计9c以及温湿度计9d的数据被采集进入计算机进行存储和整理。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统，其特征在于，包括对接的低温低湿气体流道和高温高湿气体流道，所述多孔介质板被夹装在所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道之间构成所述燃料电池增湿器结构，所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道内均设有多个热电偶；所述低温低湿气体流道的进口处和出口处以及所述高温高湿气体流道的进口处和出口处各设有一温湿度计；所述热电偶和所述温湿度计均与计算机连接；
所述低温低湿气体流道的进口与低温供气支管的出口连接，在所述低温供气支管上自上游至下游依次设有第一支管调气阀、第一流量计、干燥管和第一加热器；
所述高温高湿气体流道的进口与高温供气支管的出口连接，在所述高温供气支管上自上游至下游依次设有第二支管调气阀、第二流量计、水箱和第二加热器，在所述水箱内设有加热器；
所述低温供气支管的进口和所述高温供气支管的进口均与供气主管的出口连接，在所述供气主管上自上游至下游依次设有空气压缩机、空气滤清器和主管调气阀。
2.根据权利要求1所述的燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统，其特征在于，所述低温低湿气体流道和所述高温高湿气体流道的横截面均为矩形，且它们与所述多孔介质板相对的侧壁是采用有机玻璃制成的，其它侧壁由不锈钢制成，在由不锈钢制成的侧壁外表面上设有保温层。
3.根据权利要求1所述的燃料电池增湿器用多孔介质板的热湿传递特性测试系统，其特征在于，所述热电偶为直径0.25mm的K型热电偶。
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