CN215869490U - 一种燃料电池分水测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池分水测试装置，涉及燃料电池技术领域。该装置包括高压气源、压力调节阀、控制流量计、鼓泡加湿罐、热交换器、循环水泵、喷淋器、露点检测仪、分水件、排水阀和TVP粒径分布仪，高压气源与控制流量计连接，控制流量计与鼓泡加湿罐的气体入口连接，鼓泡加湿罐的气体出口连接至分水件，鼓泡加湿罐的循环入口和循环出口之间连接有热交换器和循环水泵，鼓泡加湿罐的水出口与气体出口的管路之间依次连接有露点检测仪和喷淋器，分水件的液体出口连接排水阀、气体出口连接TVP粒径分布仪。本实用新型能够模拟电堆下的运行状态，进而对在该模拟的电堆运行状态下的分水件进行单独性能测试，测试效果准确、效率高、成本低。

Description

一种燃料电池分水测试装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池分水测试装置。

背景技术

燃料电池发动机是一种将氢燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置，其高效率、低排放、安装维护简单、可靠性好、低污染以及适应性强等优势。氢燃料电池的反应物为氢和氧，产物仅为水，其中水主要产生的位置在空气侧；然而由于氢空两侧水的浓度差梯度的影响，空气侧的液态水会通过质子交换膜渗透到氢气侧；在燃料电池发动机的氢气侧一般通过循环泵或者引射器对氢腔出口的氢气进行回流利用，在进行回流时如气体中含有较多的液态时，会导致氢气回流时的所带的液态水进入电堆，而引起单低问题；因此一般都需要在电堆氢气出口会安装分水件对氢出的汽水进行分离，将液态水通过尾排阀排出，而回流的气体中不含有液态水。然而，对于分水件的设计和验证需要花费很长时间，其次在对分水件分水效率进行验证时一般都是通过与电堆安装在一起后进行验证，不同的电堆型号需要匹配不同的分水件，无法对分水件进行单独的性能验证，对产品的开发周期和性能有很大的影响。

综上所述，现有技术中对于分水件的性能验证存在以下问题：1、分水件分水性能验证时气体的露点温度无法控制，以及无法提供过湿气体。2、分水件的分水性能的测试主要为与电堆匹配进行验证，存在成本较高及周期较长的问题。3、分水件的分水性与电堆匹配进行性能验证时，分水后气体中液体的粒径大小无法测量，无法准确判定分水件的分水性能。

因此，亟需提供一种燃料电池分水测试装置，以解决现有技术中存在的无法单独检测分水件性能的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池分水测试装置，能够模拟电堆下的运行状态，进而对在该模拟的电堆运行状态下的分水件进行单独性能测试，测试效果准确、效率高、成本低。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种燃料电池分水测试装置，包括高压气源、压力调节阀、控制流量计、鼓泡加湿罐、热交换器、循环水泵、喷淋器、露点检测仪、分水件、排水阀和TVP粒径分布仪，高压气源与控制流量计连接，控制流量计与鼓泡加湿罐的气体入口连接，鼓泡加湿罐的气体出口连接至分水件，鼓泡加湿罐的循环入口和循环出口之间连接有热交换器和循环水泵，鼓泡加湿罐的水出口与气体出口的管路之间依次连接有露点检测仪和喷淋器，分水件的液体出口连接排水阀、气体出口连接TVP粒径分布仪。

进一步地，所述燃料电池分水测试装置还包括控制器，所述压力调节阀、所述控制流量计均与所述控制器通信连接。

进一步地，所述鼓泡加湿罐上设置有温度传感器、压力传感器和液位传感器，所述温度传感器、压力传感器和液位传感器均与所述控制器通信连接。

进一步地，所述燃料电池分水测试装置还包括存储水箱，所述存储水箱设置在所述排水阀下游，用于存储分水件分离的液态水。

进一步地，所述存储水箱内设置有液位指示器，用于指示存储水箱内的水体积。

进一步地，所述鼓泡加湿罐的水出口和所述露点检测仪之间的管路上依次设置有动力泵和水流量计。

进一步地，所述高压气源为N₂。

进一步地，所述燃料电池分水测试装置还包括显示端，所述TVP粒径分布仪与所述显示端通信连接。

进一步地，所述鼓泡加湿罐的底部设有补水口，用于向所述鼓泡加湿罐内补充液态水。

进一步地，所述燃料电池分水测试装置的测试方法包括如下步骤：

S100：获取电堆工作时氢气出口位置的温度T、压力P、及氢气流量Q；

S200：通过热交换器进行调节鼓泡加湿罐内水的温度，使得鼓泡加湿罐内的温度与电堆氢气出口的气体温度相同；

S300：通过压力调节阀将高压气源的气体降至与电堆氢气出口位置的气体压力相同；

S400：通过控制流量计控制进入加湿罐内气体流量与电堆氢气出口的氢气流量相同；

S500：鼓泡加湿罐出来的气体通过露点检测仪对其露点温度进行检测，并判断在气体的相对湿度与电堆氢气出口的气体湿度相同的前提下，电堆氢气出口是否有液态水存在，若是，则进入S600；若否，则进入S700；

S600：喷淋器工作，进入S800；

S700：喷淋器不工作，进入S800；

S800：气体进入分水件进行汽水分离；

S900： 分水后的气体通过TVP粒径分布仪检测气体的液态水粒径的大小，再通过存水罐内液态水的体积多少计算分水件的分水效率。

与现有技术相比，本实用新型提供的燃料电池分水测试装置，采用鼓泡加湿罐对气体进行加湿，通过压力调节阀及控制流量计控制气体压力和流量可准确模拟电堆下的运行状态；采用鼓泡加湿罐内的水对气体加湿提供过饱和气体；分水件后采用TVP粒径检测仪对分水后气体中水的粒径大小进行检测，检测结果准确；分水件后采用排水阀周期性开启可进一步模拟分水件在电堆上运行时状态。综上，本实用新型能够准确模拟电堆下的运行状态，进而对在该模拟的电堆运行状态下的分水件进行单独性能测试，测试效果准确、效率高、成本低。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本实用新型实施例的燃料电池分水测试装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例的燃料电池分水测试装置的测试方法的流程图。

附图标记：

1-高压气源；2-压力调节阀；3-控制流量计；4-鼓泡加湿罐；401-补水口；5-液位传感器；6-温度传感器；7-压力传感器；8-循环水泵；9-热交换器；10-动力泵；11-水流量计；12-露点检测仪；13-喷淋器；14-分水件；15-TVP粒径分布仪；16-显示端；17-排水阀；18-存储水箱。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池分水件测试装置，包括高压气源1、压力调节阀2、控制流量计3、鼓泡加湿罐4、热交换器9、循环水泵8、喷淋器13、露点检测仪12、分水件14、排水阀17和TVP粒径分布仪15，高压气源1与控制流量计3连接，控制流量计3与鼓泡加湿罐4的气体入口连接，鼓泡加湿罐4的气体出口连接至分水件14，鼓泡加湿罐4的循环入口和循环出口之间连接有热交换器9和循环水泵8，鼓泡加湿罐4的水出口与气体出口的管路之间依次连接有露点检测仪12和喷淋器13，分水件14的液体出口连接排水阀17、气体出口连接TVP粒径分布仪15。具体地，本实施例的高压气源1为N₂，TVP粒径分布仪15与显示端16通信连接，用于直观地读取测量的水的粒径大小。

进一步地，燃料电池分水件测试装置还包括控制器，压力调节阀2、控制流量计3均与控制器通信连接。优选地，鼓泡加湿罐4上设置有温度传感器6、压力传感器7和液位传感器5，温度传感器6、压力传感器7和液位传感器5均与控制器通信连接。通过热交换器9进行调节鼓泡加湿罐4内水的温度，使得鼓泡加湿罐4内的温度与电堆氢气出口的气体温度相同。通过压力调节阀2将高压气源1的气体降至与电堆氢气出口位置的气体压力相同。通过控制流量计3控制进入加湿罐内气体流量与电堆氢气出口的氢气流量相同。

可选地，燃料电池分水件测试装置还包括存储水箱18，存储水箱18设置在排水阀17下游，用于存储分水件14分离的液态水。

优选地，存储水箱18内设置有液位指示器，用于指示存储水箱18内的水体积。

进一步地，鼓泡加湿罐4的水出口和露点检测仪12之间的管路上依次设置有动力泵10和水流量计11，动力泵10优选水泵，用于自鼓泡加湿罐4中抽出液态水，用于对鼓泡加湿罐4出来的气体进行喷淋，保证气体的温度不会发生变化，且通过水流量计11可控制喷淋量，准确计算进入分水件14后液态水的多少。

进一步地，鼓泡加湿罐4的底部设有补水口401，用于向鼓泡加湿罐4内补充液态水。

如图2所示，本实施例还提供了一种如上述燃料电池分水件测试装置的测试方法，包括如下步骤：

S100：获取电堆工作时氢气出口位置的温度T、压力P、及氢气流量Q；

S200：通过热交换器9进行调节鼓泡加湿罐4内水的温度，使得鼓泡加湿罐4内的温度与电堆氢气出口的气体温度相同；

S300：通过压力调节阀2将高压气源1的气体降至与电堆氢气出口位置的气体压力相同；

S400：通过控制流量计3控制进入加湿罐内气体流量与电堆氢气出口的氢气流量相同；

S500：鼓泡加湿罐4出来的气体通过露点检测仪12对其露点温度进行检测，并判断在气体的相对湿度与电堆氢气出口的气体湿度相同的前提下，电堆氢气出口是否有液态水存在，若是，具体地：如此时的气体相对湿度与电堆氢气出口气体的工作点所对应的湿度相同时，且电堆氢气出口中无液态水存在时，则进入S600；若否，具体地，如此时的气体相对湿度与电堆氢气出口气体的工作点所对应的湿度相同时，且电堆氢气出口中有液态水存在时，则进入S700；

S600：喷淋器13工作，模拟液态水的存在，进入S800，具体地，通过抽取鼓泡加湿罐4内的水进行喷淋，保证气体的温度不会发生变化，且通过水流量计11可控制喷淋量，准确计算进入分水件14后液态水的多少；

S700：喷淋器13不工作，进入S800；

S800：气体进入分水件14进行汽水分离，其中，排水阀17的开始时间和周期可根据电堆工作时的运行参数进行同步；

S900： 分水后的气体通过TVP粒径分布仪15检测气体的液态水粒径的大小，用于判断分水件14的分水的能力，再通过存水罐内液态水的体积多少计算分水件14的分水效率。

同样在当模拟电堆动态变载时分水件14的分水效率时，可输入变载时电堆氢气路上的参数：温度T、压力P、及氢气流量Q，进一步模拟验证分水件14的性能是否满足设计时的需求。

本实施例提供的燃料电池分水件测试装置及其测试方法，采用鼓泡加湿罐4对气体进行加湿，通过压力调节阀2及控制流量计3控制气体压力和流量可准确模拟电堆下的运行状态；采用鼓泡加湿罐4内的水对气体加湿提供过饱和气体；分水件14后采用TVP粒径检测仪对分水后气体中水的粒径大小进行检测，检测结果准确；分水件14后采用排水阀17周期性开启可进一步模拟分水件14在电堆上运行时状态。综上，本实施例能够准确模拟电堆下的运行状态，进而对在该模拟的电堆运行状态下的分水件14进行单独性能测试，测试效果准确、效率高、成本低。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种燃料电池分水测试装置，其特征在于，包括高压气源（1）、压力调节阀（2）、控制流量计（3）、鼓泡加湿罐（4）、热交换器（9）、循环水泵（8）、喷淋器（13）、露点检测仪（12）、分水件（14）、排水阀（17）和TVP粒径分布仪（15），高压气源（1）与控制流量计（3）连接，控制流量计（3）与鼓泡加湿罐（4）的气体入口连接，鼓泡加湿罐（4）的气体出口连接至分水件（14），鼓泡加湿罐（4）的循环入口和循环出口之间连接有热交换器（9）和循环水泵（8），鼓泡加湿罐（4）的水出口与气体出口的管路之间依次连接有露点检测仪（12）和喷淋器（13），分水件（14）的液体出口连接排水阀（17）、气体出口连接TVP粒径分布仪（15）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，还包括控制器，所述压力调节阀（2）、所述控制流量计（3）均与所述控制器通信连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，所述鼓泡加湿罐（4）上设置有温度传感器（6）、压力传感器（7）和液位传感器（5），所述温度传感器（6）、压力传感器（7）和液位传感器（5）均与所述控制器通信连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，还包括存储水箱（18），所述存储水箱（18）设置在所述排水阀（17）下游，用于存储分水件（14）分离的液态水。

5.根据权利要求4所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，所述存储水箱（18）内设置有液位指示器，用于指示存储水箱（18）内的水体积。

6.根据权利要求1所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，所述鼓泡加湿罐（4）的水出口和所述露点检测仪（12）之间的管路上依次设置有动力泵（10）和水流量计（11）。

7.根据权利要求1所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，所述高压气源（1）为N2。

8.根据权利要求1所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，还包括显示端（16），所述TVP粒径分布仪（15）与所述显示端（16）通信连接。

9.根据权利要求1所述的燃料电池分水测试装置，其特征在于，所述鼓泡加湿罐（4）的底部设有补水口（401），用于向所述鼓泡加湿罐（4）内补充液态水。

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