CN209044402U - 一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统，包括增湿器，增湿器接有反应气进气管路、增湿器出气管路、增湿水循环管路和补水管路；所述反应气进气管路包括第一进气开关阀与单向阀，所述增湿器出气管路包括温度传感器、气液分离器、换热器、第二进气开关阀和湿度传感器；所述增湿水循环管路包括循环水泵、散热器、管道式加热器、进水温度传感器与出水温度传感器；所述补水管路包括补水开关阀，补水开关阀的入水口与水源相连，补水开关阀的出水口与增湿器相连。本实用新型控制精度高、反应速度快，系统部件少，结构紧凑，有利于降低成本，采用电堆循环冷却水升高进堆增湿气温度、调控相对湿度，热量利用率高，能耗低。

Description

一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统

技术领域

本实用新型涉及质子交换膜燃料电池测试平台，具体涉及一种大功率燃料电池测试平台气体温湿度调控技术。

背景技术

质子交换膜燃料电池以氢气为燃料、空气中的氧气为氧化剂，反应产物是电和水，具有能量转化效率高、无污染、零排放等优点，是未来车载电源的发展方向。随着燃料电池技术的发展，燃料电池车对燃料电池的功率需求不断提高，电堆功率逐步从几十提高到百千瓦级。

大功率燃料电池电堆的开发验证过程、可靠性测试，需要在燃料电池测试平台上进行，通过控制反应气体的流量、压力、温度、湿度等参数，验证燃料电池电堆在不同工作条件下的性能及可靠性，燃料电池在运行过程中质子交换膜需要结合水才能保持质子的传导性，质子交换膜中结合水含量太少会导致内阻增大、燃料电池性能下降，通常情况下，燃料电池的测试需要对反应气体进行增湿，因此，燃料电池测试平台需要具备快速的温湿度响应、较宽的增湿范围等特性，以满足大功率燃料电池电堆测试的需求，中国专利CN101165952公开了一种快速调节燃料电池测试台气体温湿度的系统，包括气体预热器、干湿气比例调节阀、增湿罐、干湿气体混合器、温度自控模块、膨胀水箱、高压泵、热水循环泵、汽水分离器和目标温度调节器等。该实用新型的温湿度系统部件多、管路复杂，使用多个加热器和水泵，能耗高；采用干气和湿气混合方式增湿，湿气由喷雾增湿获得，控制系统较复杂，中国专利CN107908209公开了一种燃料电池测试平台及其温湿度控制系统，包括雾化加湿器、水箱、循环泵、水加热器、四个换热器、汽水分离器、温度、压力、湿度检测装置，该实用新型使用较多的换热器，占用空间大，结构复杂，不利于测试平台体积的减小和成本的下降；增湿水与换热器高温水同源，能耗高；并且需要同时控制增湿水和换热器高温水流量、增湿水加热温度、第三换热器和第四换热器的出口温度，控制难度大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大功率测试平台气体温湿度调控系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统，包括增湿器，增湿器接有反应气进气管路、增湿器出气管路、增湿水循环管路和补水管路；

所述反应气进气管路包括第一进气开关阀与单向阀，第一进气开关阀的一端连接气源，第一进气开关阀的另一端与单向阀的一端通过管道连接，单向阀的另一端连接增湿器的进气口；

所述增湿器出气管路包括温度传感器、气液分离器、换热器、第二进气开关阀和湿度传感器，气液分离器的一端通过管道连接增湿器出气口，所述温度传感器安装在气液分离器与增湿器的出气口之间的管道上，气液分离器的另一端通过管道连接换热器，换热器通过管道连接第二进气开关阀，第二进气开关阀通过管道连接燃料电池电堆的反应气体入口，所述湿度传感器安装在第二进气开关阀与燃料电池电堆之间的管道上，所述换热器连接燃料电池电堆的冷却循环水管路，其中换热器的入水口连接燃料电池电堆的冷却循环水出口；

所述增湿水循环管路包括循环水泵、散热器、管道式加热器、进水温度传感器与出水温度传感器，所述循环水泵的入水口与增湿器的出水口连接，循环水泵的出水口通过管道连接散热器，散热器与管道式加热器入水口之间的管道上安装有进水温度传感器，管道式加热器的出水口通过管道连接增湿器的入水口，管道式加热器的出水口与增湿器的入水口之间的管道上安装有出水温度传感器；

所述补水管路包括补水开关阀，补水开关阀的入水口与水源相连，补水开关阀的出水口与增湿器相连。

作为本实用新型的进一步方案，所述散热器为板式换热器或风冷散热器。

作为本实用新型的进一步方案，所述补水管路的补水开关阀为浮球式开关阀或光电式液位开关。

作为本实用新型的进一步方案，所述管道式加热器、进水温度传感器、出水温度传感器、温度传感器、湿度传感器与散热器均与控制器通讯连接，控制器用于控制增湿循环水的加热温度和进入燃料电池电堆的反应气的温度和湿度。

作为本实用新型的进一步方案，所述增湿器包括包括鼓泡增湿区、位于鼓泡增湿区上部的喷淋增湿区和位于鼓泡增湿区下部的储水区，所述鼓泡增湿区的下部设有进气口，所述喷淋增湿区的顶部设有出气口与入水口，所述储水区的底部设有出水口，入水口与出水口之间通过增湿水循环管路连接；

所述喷淋增湿区由上至下包括淋板、第一填料层和第一气体均布板，所述第一填料层由多孔纤维无纺布或不锈钢丝网填充而成；

所述鼓泡增湿区由上至下包括第二填料层和第二气流均布板，所述第二填料层由陶瓷鲍尔环或不锈钢网填充而成；

所述储水区与所述鼓泡增湿区通过导管连通，导管的上端高于第二填料层，导管的下端浸入储水区的液位之下。

本实用新型的有益效果:

1、本实用新型系统部件较少，结构紧凑，有利于降低成本；

2、本实用新型控制精度高、简单可靠，根据湿度传感器反馈的信号仅需调控增湿水的温度，就能快速响应湿度需求；

3、本实用新型采用电堆循环冷却水升高进堆增湿气温度、调控相对湿度，热量利用率高，能耗低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是增湿器的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统，如图1所示，包括增湿器3，增湿器3接有反应气进气管路1、增湿器出气管路2、增湿水循环管路4和补水管路5；

所述反应气进气管路1包括第一进气开关阀11与单向阀12，第一进气开关阀11的一端连接气源，第一进气开关阀11的另一端与单向阀12的一端通过管道连接，单向阀12的另一端连接增湿器3的进气口，所述单向阀12用于防止增湿器3内返水，保护单向阀13前的部件；

所述增湿器出气管路2包括温度传感器21、气液分离器22、换热器23、第二进气开关阀24和湿度传感器25，气液分离器22的一端通过管道连接增湿器 3的出气口，温度传感器21安装在气液分离器22与增湿器3的出气口之间的管道上，气液分离器22的另一端通过管道连接换热器23，换热器23通过管道连接第二进气开关阀24，第二进气开关阀24通过管道连接燃料电池电堆的反应气体入口，所述湿度传感器25安装在第二进气开关阀24与燃料电池电堆之间的管道上，所述换热器23连接燃料电池电堆的冷却循环水管路，其中换热器23 的入水口连接燃料电池电堆的冷却循环水出口；

所述增湿水循环管路4包括循环水泵41、散热器42、管道式加热器43、进水温度传感器44与出水温度传感器45，所述循环水泵41的入水口与增湿器3 的出水口连接，循环水泵41的出水口通过管道连接散热器42，散热器42与管道式加热器43入水口之间的管道上安装有进水温度传感器44，管道式加热器 43的出水口通过管道连接增湿器3的入水口，管道式加热器43的出水口与增湿器3的入水口之间的管道上安装有出水温度传感器45；

所述补水管路5包括补水开关阀51，补水开关阀51的入水口与水源相连、补水开关阀51的出水口与增湿器3相连。

所述散热器42为板式换热器或风冷散热器。

所述管道式加热器43分为大功率和小功率两段加热，两段加热同时工作满足水温较低时快速升温要求，小功率加热满足稳定运行时加热要求。

所述补水管路5的补水开关阀51为浮球式开关阀或光电式液位开关。

所述管道式加热器43、进水温度传感器44、出水温度传感器45、温度传感器21、湿度传感器25与散热器42均与控制器通讯连接，控制器用于控制增湿循环水的加热温度和进入燃料电池电堆的反应气的温度和湿度。

所述散热器3包括包括鼓泡增湿区32、位于鼓泡增湿区32上部的喷淋增湿区31和位于鼓泡增湿区32下部的储水区33，所述鼓泡增湿区32的下部设有进气口，所述喷淋增湿区31的顶部设有出气口与入水口，所述储水区33的底部设有出水口，入水口与出水口之间通过增湿水循环管路4连接；

所述喷淋增湿区31由上至下包括淋板311、第一填料层312和第一气体均布板313，所述第一填料层312由多孔纤维无纺布或不锈钢丝网填充而成；

所述鼓泡增湿区32由上至下包括第二气流均布板321和第二填料层321，所述第二填料层321由陶瓷鲍尔环或不锈钢网填充而成；

所述储水区33与所述鼓泡增湿区32通过导管34连通，导管的上端高于第二填料层322，导管34的下端浸入储水区33的液位之下。

以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统，其特征在于，包括增湿器(3)，增湿器(3)接有反应气进气管路(1)、增湿器出气管路(2)、增湿水循环管路(4)和补水管路(5)；

所述反应气进气管路(1)包括第一进气开关阀(11)与单向阀(12)，第一进气开关阀(11)的一端连接气源，第一进气开关阀(11)的另一端与单向阀(12)的一端通过管道连接，单向阀(12)的另一端连接增湿器(3)的进气口；

所述增湿器出气管路(2)包括温度传感器(21)、气液分离器(22)、换热器(23)、第二进气开关阀(24)和湿度传感器(25)，气液分离器(22)的一端通过管道连接增湿器(3)的出气口，所述温度传感器(21)安装在气液分离器(22)与增湿器(3)的出气口之间的管道上，气液分离器(22)的另一端通过管道连接换热器(23)，换热器(23)通过管道连接第二进气开关阀(24)，第二进气开关阀(24)通过管道连接燃料电池电堆的反应气体入口，所述湿度传感器(25)安装在第二进气开关阀(24)与燃料电池电堆之间的管道上，所述换热器(23)连接燃料电池电堆的冷却循环水管路，其中换热器(23)的入水口连接燃料电池电堆的冷却循环水出口；

所述增湿水循环管路(4)包括循环水泵(41)、散热器(42)、管道式加热器(43)、进水温度传感器(44)与出水温度传感器(45)，所述循环水泵(41)的入水口与增湿器(3)的出水口连接，循环水泵(41)的出水口通过管道连接散热器(42)，散热器(42)与管道式加热器(43)入水口之间的管道上安装有进水温度传感器(44)，管道式加热器(43)的出水口通过管道连接增湿器(3)的入水口，管道式加热器(43)的出水口与增湿器(3)的入水口之间的管道上安装有出水温度传感器(45)；

所述补水管路(5)包括补水开关阀(51)，补水开关阀(51)的入水口与水源相连，补水开关阀(51)的出水口与增湿器(3)相连。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统，其特征在于，所述散热器(42)为板式换热器或风冷散热器。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统，其特征在于，所述补水管路(5)的补水开关阀(51)为浮球式开关阀或光电式液位开关。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试平台气体温湿度调控系统，其特征在于，所述增湿器(3)包括鼓泡增湿区(32)、位于鼓泡增湿区(32)上部的喷淋增湿区(31)和位于鼓泡增湿区(32)下部的储水区(33)，所述鼓泡增湿区(32)的下部设有进气口，所述喷淋增湿区(31)的顶部设有出气口与入水口，所述储水区(33)的底部设有出水口，入水口与出水口之间通过增湿水循环管路(4)连接；

所述喷淋增湿区(31)由上至下包括淋板(311)、第一填料层(312)和第一气体均布板(313)，所述第一填料层(312)由多孔纤维无纺布或不锈钢丝网填充而成；

所述鼓泡增湿区(32)由上至下包括第二填料层(321)和第二气流均布板(322)，所述第二填料层(321)由陶瓷鲍尔环或不锈钢网填充而成；

所述储水区(33)与所述鼓泡增湿区(32)通过导管(34)连通，导管的上端高于第二填料层(321)，导管(34)的下端浸入储水区(33)的液位之下。