CN211123180U

CN211123180U - 一种高温燃料电池测试系统

Info

Publication number: CN211123180U
Application number: CN201921674757.3U
Authority: CN
Inventors: 卢成壮; 张瑞云; 程健; 李�昊; 许世森; 王保民; 杨冠军; 黄华
Original assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Current assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2029-09-30

Abstract

本实用新型提供的一种高温燃料电池测试系统，包括用以控制电堆阳极和阴极进气口的气体类型和进气比例的气体控制装置；所述用于高温燃料电池性能测试的燃气气瓶设置有多个，每个燃气气瓶的出气口分别与燃料电池电堆的阳极进气口和阴极进气口连接；所述每个燃气气瓶的出气口的连接管道上设置有一个气体控制装置；本实用新型满足了所有高温燃料电池的测试和不同燃料来源燃料电池的性能测试；结构简单，易于实现；解决了现有技术中燃料电池测试系统存在具有针对性，导致成本过高的问题。

Description

一种高温燃料电池测试系统

技术领域

本实用新型涉及到燃料电池领域，特别涉及到一种高温燃料电池测试系统，该系统装置能够实现测试熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物等高温燃料电池，且方便测试其性能。

背景技术

高温燃料电池主要分为熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，其工作温度分别为 650℃和750℃，反应机理是燃料气(氢气，甲烷，合成气等)和氧气发生电化学反应产生电能和热能，具有发电效率高，无污染，无噪声等优点，是未来最具有发展前途的发电技术。目前高校、研究院、企业等单位投入到高温燃料电池的研究领域，并推动高温燃料电池的商业化应用，燃料电池的性能测试是燃料电池研发中的基础工作，而现在燃料电池测试系统主要针对指定的燃料电池进行设计。因此，提供一种方便稳定综合的高温燃料电池测试系统装置尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高温燃料电池测试系统，解决了现有技术中燃料电池测试系统存在具有针对性，导致成本过高。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种高温燃料电池测试系统，包括用以控制电堆阳极和阴极进气口的气体类型和进气比例的气体控制装置；用于高温燃料电池性能测试的燃气气瓶设置有多个，每个燃气气瓶的出气口分别与燃料电池电堆的阳极进气口和阴极进气口连接；所述每个燃气气瓶的出气口的连接管道上设置有一个气体控制装置。

优选地，所述电堆阳极的进气口连接有阳极进气管道；所述电堆阴极的进气口连接有阴极进气管道；所述每个燃气气瓶的出气口分别与所述阳极进气管道和阴极进气管道的进气口连接。

优选地，每个燃气气瓶的出气口设置有三通管，通过三通管分别与阳极进气管道和所述阴极进气管道的进气口连接。

优选地，所述气体控制装置布置在燃气气瓶的出气口与三通管之间的连接管道上。

优选地，所述气体控制装置包括气瓶闸阀、减压阀、止回阀、压力表、第一旋拧阀、转子流量计、止回阀和第二旋拧阀，其中，气瓶闸阀、减压阀、止回阀、压力表、第一旋拧阀、转子流量计、止回阀和第二旋拧阀自燃气气瓶的出气口至三通管的进气口依次布置。

优选地，所述三通管的出气口分别与阳极进气管道和所述阴极进气管道的进气口之间的连接管道上均设置有第三旋拧阀。

优选地，所述电堆阳极进气口处还设置有储液箱，所述储液箱和电堆阳极进气口之间的连接管道上依次设置有蠕动泵、伴热带和第四旋拧阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种高温燃料电池测试系统，设置多个燃气气瓶，将每个燃气气瓶的出气口分别与电堆的阳极、阴极进气口连接；同时在每个燃气气瓶的出气口管道上设置有一个气体控制装置，通过气体控制装置控制燃气气瓶的打开与关闭，以及燃料气的流量，进而实现高温燃料电池电堆阳极和阴极所需燃料气的类型及流量，满足了所有高温燃料电池的测试和不同燃料来源燃料电池的性能测试；本实用新型结构简单，易于实现；解决了现有技术中燃料电池测试系统存在具有针对性，导致成本过高的问题。

进一步的，在燃料电池电堆阳极入口设置有储液箱和伴热带，通过储液箱为燃料电池测试提供加湿的作用，需要加湿的燃料电池主要是质子交换膜燃料电池、合成气为燃料的固体氧化物燃料电池，通过设置的储液箱和伴热带，解决了现有技术中燃料电池测试系统存在具有针对性，导致成本过高的问题。

附图说明

图1是本实用新型涉及的高温燃料电池测试系统的结构示意图；

图2是本实用新型涉及的高温燃料电池测试系统的气体控制装置的结构示意图；

其中，1、第一燃气气瓶 2、第二燃气气瓶 3、第三燃气气瓶 4、第四燃气气瓶5、阳极进气管道 6、阴极进气管道 10、储液箱 11、蠕动泵 12、伴热带 13、旋拧阀d14、加压装置 15、电加热装置 1-1、第一气瓶闸阀 1-2、第二气瓶闸阀 1-3、第三气瓶闸阀 1-4、第四气瓶闸阀 2-1、第一减压阀 2-2、第二减压阀 2-3、第三减压阀 2-4、第四减压阀 3-1、第一止回阀 3-2、第二止回阀 3-3、第三止回阀 3-4、第四止回阀4-1、第一压力表 4-2、第二压力表 4-3、第三压力表 4-4、第四压力表 5-1、第一旋拧阀a 5-2、第二旋拧阀a 5-3、第三旋拧阀a 5-4、第四旋拧阀a 6-1、第一转子流量计6-2、第二转子流量计 6-3、第三转子流量计 6-4、第四转子流量计 7-1、第一止回阀b7-2、第二止回阀b 7-3、第三止回阀b 7-4、第四止回阀b 8-1、第一旋拧阀b 8-2、第二旋拧阀b 8-3、第三旋拧阀b 8-4、第四旋拧阀b。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型提供的一种高温燃料电池测试系统，包括气体控制装置，所述气体控制装置布置在电堆阳极和阴极的进气口管道上，用以实现电堆阳极和阴极进气口的气体选择，同时，满足高温燃料电池电堆阳极和阴极进气口的进气比例。

所述电堆阳极的进气口连接有阳极进气管道5；所述电堆阴极的进气口连接有阴极进气管道6。

所述阳极进气管道5的进气口分别与第一燃气气瓶1、第二燃气气瓶2、第三燃气气瓶3 和第四燃气气瓶4的出气口连接。

所述阴极进气管道6的进气口分别与第一燃气气瓶1、第二燃气气瓶2、第三燃气气瓶3 和第四燃气气瓶4的出气口连接。

第一燃气气瓶1的出气口设置有第一三通阀，通过第一三通阀分别与阳极进气管道5和阴极进气管道6的进气口连接。

第二燃气气瓶2的出气口设置有第二三通阀，通过第二三通阀分别与阳极进气管道5和阴极进气管道6的进气口连接。

第三燃气气瓶3的出气口设置有第三三通阀，通过第三三通阀分别与阳极进气管道5和阴极进气管道6的进气口连接。

第四燃气气瓶4的出气口设置有第四三通阀，通过第四三通阀分别与阳极进气管道5和阴极进气管道6的进气口连接。

其中。第一燃气气瓶1、第二燃气气瓶2、第三燃气气瓶3和第四燃气气瓶4与三通管之间的连接管道上均设置有气体控制装置。

所述气体控制控制包括气瓶闸阀(1-1、1-2、1-3和1-4)、减压阀(2-1、2-2、2-3和2-4)、止回阀a(3-1、3-2、3-3和3-4)、压力表(4-1、4-2、4-3和4-4)、旋拧阀a(5-1、5-2、 5-3和5-4)、转子流量计(6-1、6-2、6-3和6-4)、止回阀(7-1、7-2、7-3和7-4)、旋拧阀 b(8-1、8-2、8-3和8-4)和多个旋拧阀c，其中，气瓶闸阀(1-1、1-2、1-3和1-4)、减压阀(2-1、2-2、2-3和2-4)、止回阀a(3-1、3-2、3-3和3-4)、压力表(4-1、4-2、4-3和 4-4)、旋拧阀a(5-1、5-2、5-3和5-4)、转子流量计(6-1、6-2、6-3和6-4)、止回阀b(7-1、 7-2、7-3和7-4)和旋拧阀b(8-1、8-2、8-3和8-4)自燃气气瓶出气口至三通管的进气口之间依次布置。

三通管与阳极进气管道5和阴极进气管道6的进气口之间的连接管道上均设置有旋拧阀c。

阳极进气管道5上还与储液箱10连接，所述储液箱10内为蒸馏水，蒸馏水的作用为燃料电池测试提供加湿的作用，需要加湿的燃料电池主要是质子交换膜燃料电池、合成气为燃料的固体氧化物燃料电池。通过控制与储液箱连接的阀门，进行燃料电池的加湿操作。

所述阳极进气管道5上与储液箱10之间的连接管道上设置有蠕动泵11、伴热带12和第旋拧阀d13。

电堆的外侧还设置有电加热装置15。

电堆上还设置有加压装置14。

所述电堆上还设置有测试装置。

工作原理：

根据被测高温燃料电池的类型，确定电堆阳极和阴极进气口气体的类型和流量，燃料气通入燃料电池后，先进行开路电压测试，当开路电压稳定后进行放电测试。

本实用新型通过气体控制装置实现电堆阳极和阴极进气口的气体选择，满足高温燃料电池如熔融碳酸盐燃料电池阳极进气口氢气和氮气的比例，以及实现对燃料电池燃料来源如合成气等性能的测试；通过蠕动泵的添加实现了对高温燃料电池如固体氧化物燃料电池的性能测试。

实施例1

对功率为1kW的固体氧化物燃料电池电堆的性能进行测试；

1、燃料气的准备：第一燃气气瓶1为氢气，第二燃气气瓶2为氮气，第三燃气气瓶3为氧气(或将第三燃气气瓶3替换为空气压缩机，燃料电池阴极进气采用空气)；

2、储液箱10中为蒸馏水，通过蠕动泵11为电堆提供测试所需要的水，伴热带12将水加热为水蒸气；

3、将要测试的固体氧化物燃料电池置于高温炉中进行加热至目标温度750℃；

4、打开燃气气瓶1,2,3所对应的控制阀，此时第四燃气气瓶4及对应的阀门不使用，打开控制水蒸气进入的旋拧阀d13，调节阀门使对应的目标气体流量分别为，H₂：12.5-13.5L/min；N₂：1.5-2L/min；H₂O：0.35-0.40L/min；空气：35.5-36.5L/min；

5、燃料气通入燃料电池后，先进行开路电压测试，当开路电压稳定后进行放电测试；

6、放电测试过程中逐渐调节气体流量至目标值，进行放电，放电电流从小电流开始至稳定(1A-22A)，电池放电功率为1010W-1026W。

实施例2

对功率为1kW的熔融碳酸盐燃料电池电堆的性能进行测试

1、燃料气的准备，第一燃气气瓶1为氢气，第二燃气气瓶2为氮气，第三燃气气瓶3为氧气(或将气瓶3替换为空气压缩机，燃料电池阴极进气采用空气)，第四燃气气瓶4为二氧化碳，同时关闭储液箱10、蠕动泵11和旋拧阀d13；

2、将要测试的固体氧化物燃料电池置于高温炉中进行加热至目标温度750℃；

3、打开燃气气瓶1,2,3,4所对应的控制阀，调节阀门使对应的目标气体流量分别为，H₂： 10.5-13.5L/min；N₂：1.5-2.6L/min；空气：29-31L/min；CO₂：10-12L/min；

4、燃料气通入燃料电池后，先进行开路电压测试，当开路电压稳定后进行放电测试；

5、放电测试过程中逐渐调节气体流量至目标值，进行放电，放电电流从小电流开始至稳定(1A-22A)，电池放电功率为1021W-1046W。

Claims

1.一种高温燃料电池测试系统，其特征在于，包括用以控制电堆阳极和阴极进气口的气体类型和进气比例的气体控制装置；用于高温燃料电池性能测试的燃气气瓶设置有多个，每个燃气气瓶的出气口分别与燃料电池电堆的阳极进气口和阴极进气口连接；所述每个燃气气瓶的出气口的连接管道上设置有一个气体控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种高温燃料电池测试系统，其特征在于，所述电堆阳极的进气口连接有阳极进气管道(5)；所述电堆阴极的进气口连接有阴极进气管道(6)；所述每个燃气气瓶的出气口分别与所述阳极进气管道(5)和阴极进气管道(6)的进气口连接。

3.根据权利要求2所述的一种高温燃料电池测试系统，其特征在于，每个燃气气瓶的出气口设置有三通管，通过三通管分别与阳极进气管道(5)和所述阴极进气管道(6)的进气口连接。

4.根据权利要求3所述的一种高温燃料电池测试系统，其特征在于，所述气体控制装置布置在燃气气瓶的出气口与三通管之间的连接管道上。

5.根据权利要求4所述的一种高温燃料电池测试系统，其特征在于，所述气体控制装置包括气瓶闸阀、减压阀、止回阀、压力表、第一旋拧阀、转子流量计、止回阀和第二旋拧阀，其中，气瓶闸阀、减压阀、止回阀、压力表、第一旋拧阀、转子流量计、止回阀和第二旋拧阀自燃气气瓶的出气口至三通管的进气口依次布置。

6.根据权利要求4所述的一种高温燃料电池测试系统，其特征在于，所述三通管的出气口分别与阳极进气管道(5)和所述阴极进气管道(6)的进气口之间的连接管道上均设置有第三旋拧阀。

7.根据权利要求1所述的一种高温燃料电池测试系统，其特征在于，所述电堆阳极进气口处还设置有储液箱(10)，所述储液箱(10)和电堆阳极进气口之间的连接管道上依次设置有蠕动泵(11)、伴热带(12)和旋拧阀d(13)。