CN217932527U - 气体温湿度控制系统及燃料电池台架试验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，公开了一种气体温湿度控制系统及燃料电池台架试验设备，将气体干路一内的气体送入多个气体支路内，利用温湿度检测单元检测气体干路二内的气体温度和湿度，根据温湿度检测单元的检测结果控制温度调节支路安装的温度调节单元，及湿度调节支路安装的湿度调节单元工作，无需对全部的气体进行温度调节和湿度调节，提高响应的及时性；通过干路流量检测单元调节检测经过气体干路一的气体流量，根据温湿度检测单元的检测结果以及干路流量检测单元的检测结果，合理分配需要进行温度调节和湿度调节的气体流量以调节相应的气体支路的流量，提高了气体温度和湿度调节的控制精度。能够提高台架试验时试验结果的准确性。

Description

气体温湿度控制系统及燃料电池台架试验设备

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种气体温湿度控制系统及燃料电池台架试验设备。

背景技术

燃料电池研发过程中需要进行台架试验，鉴于燃料电池的运行特性，在对燃料电池进行台架试验时，气体的湿度和温度的动态响应性能是影响台架试验效果的重要因素。

如图1所示，目前对燃料电池台架试验时，气体温湿度调节方式如下：将所有气体送入加湿罐200内进行加湿，将加湿后的所有气体送至加热器100进行加热，并通过循环泵400将加湿罐200和换热器300构成循环回路，维持加湿罐200内的气体温度。该种方式是对所有的气体进行加湿加热，具有调节周期长，响应速度慢，温湿度控制精度不高的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种气体温湿度控制系统及燃料电池台架试验设备，能够缩短温湿度调节周期，提高响应速度及温湿度控制精度。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

气体温湿度控制系统，包括气体干路一、气体干路二及N个相互并联的气体支路，N≥2；每个所述气体支路的上游端、下游端分别与所述气体干路一、所述气体干路二相连；

N个气体支路包括至少一个温度调节支路和至少一个湿度调节支路，所述温度调节支路设置有用于调节其内气体温度的温度调节单元，所述湿度调节支路设置有用于调节其内气体湿度的湿度调节单元；

所述气体干路一设置有干路流量检测单元，所述气体干路二设有用于检测其内气体温度和湿度的温湿度检测单元；每个所述气体支路上设有支路流量调节单元，或所述气体干路一上设有干路流量调节单元，且至少N-1个所述气体支路上设有支路流量调节单元。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，所述温度调节支路设有两个，每个所述温度调节支路均设置有温度调节单元；

其中一个所述温度调节单元为用于对其所在的所述温度调节支路内的气体进行升温的升温装置，另一个所述温度调节单元为用于对其所在的所述温度调节支路内的气体进行降温的降温装置。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，所述升温装置为电加热器或换热器，和/或，所述降温装置为换热器。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，所述湿度调节支路设有两个，每个所述湿度调节支路均设置有湿度调节单元；

其中一个所述湿度调节单元为用于对其所在的所述湿度调节支路内的气体进行加湿的加湿装置，另一个所述湿度调节单元为用于对其所在的所述湿度调节支路内的气体进行除湿的除湿装置。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，所述加湿装置为超声波加湿器、鼓泡加湿器或喷淋加湿器。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，所述支路流量调节单元为比例阀。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，至少一个所述湿度调节支路设置有支路流量检测单元，所述支路流量检测单元的检测精度大于所述干路流量检测单元的检测精度。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，在设置所述支路流量检测单元的所述湿度调节支路上，所述支路流量检测单元位于所述湿度调节单元的上游。

作为上述气体温湿度控制系统的一种优选技术方案，所述干路流量检测单元和所述支路流量检测单元均为流量计。

本实用新型还提供了一种燃料电池台架试验设备，包括上述任一方案所述的气体温湿度控制系统。

本实用新型有益效果：本实用新型提供的气体温湿度控制系统，将气体干路一内的气体送入多个气体支路内，利用温湿度检测单元检测气体干路二内的气体温度和湿度，根据温湿度检测单元的检测结果控制温度调节支路安装的温度调节单元，及湿度调节支路安装的湿度调节单元工作，无需对全部的气体进行温度调节和湿度调节，提高响应的及时性；通过干路流量检测单元调节检测经过气体干路一的气体流量，根据温湿度检测单元的检测结果以及干路流量检测单元的检测结果，合理分配需要进行温度调节和湿度调节的气体流量以调节相应的气体支路的流量，提高了气体温度和湿度调节的控制精度。

本实用新型提供的燃料电池台架试验设备，包括上述气体温湿度控制系统，通过设置上述气体温度湿度控制系统，可以提高试验控制的及时高效性，并提高了试验结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的气体温湿度控制系统原理图；

图2是本实用新型实施例一提供的气体温湿度控制系统原理图；

图3是本实用新型其他实施例提供的气体温湿度控制系统原理图；

图4是本实用新型其他实施例提供的气体温湿度控制系统原理图；

图5是采用图1所示的气体温湿度控制系统及图2所示的的气体温湿度控制系统进行温湿度调节的对比图；

图6是本实用新型实施例二提供的气体温湿度控制系统原理图。

图中：

1、气体干路一；2、气体干路二；31、温度调节支路；32、湿度调节支路；41、加湿装置；42、除湿装置；51、升温装置；52、降温装置；6、支路流量调节单元；7、干路流量检测单元；8、支路流量检测单元；9、温湿度检测单元；100、加热器；200、加湿罐；300、换热器；400、循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图2所示，本实施例提供了一种气体温湿度控制系统及燃料电池台架试验设备，燃料电池台架试验设备包括气体温湿度控制系统，通过气体温湿度控制系统可以精确控制送入待测电堆内的氢气湿度和温度、空气湿度和湿度，提高试验结果的准确性。该气体温湿度控制系统不仅可以用于燃料电池台架试验设备，还可以用于其他对气体温度和湿度要求较高的设备，在此不再具体说明。

气体温湿度控制系统包括气体干路一1、气体干路二2及N个相互并联的气体支路，N≥2；每个气体支路的上游端、下游端分别与气体干路一1、气体干路二2相连；N个气体支路包括至少一个温度调节支路31和至少一个湿度调节支路32，温度调节支路31设置有用于调节其内气体温度的温度调节单元，湿度调节支路32设置有用于调节其内气体湿度的湿度调节单元；气体干路一1设置有干路流量检测单元7，气体干路二2设有用于检测其内气体温度和湿度的温湿度检测单元9；每个气体支路上设有支路流量调节单元6。

将气体干路一1内的气体送入多个气体支路内，利用温湿度检测单元9检测气体干路二2内的气体温度和湿度，根据温湿度检测单元9的检测结果控制温度调节支路31安装的温度调节单元，及湿度调节支路32安装的湿度调节单元工作，无需对全部的气体进行温度调节和湿度调节，提高响应的及时性；通过干路流量检测单元7调节检测经过气体干路一1的气体流量，根据温湿度检测单元9的检测结果以及干路流量检测单元7的检测结果，合理分配需要进行温度调节和湿度调节的气体流量以调节相应的气体支路的气体流量，提高了气体温度和湿度调节的控制精度。

此外，只需在气体干路二2设置一个温湿度检测单元9即可满足对气体湿度和温度调节的控制需求，所需使用的温湿度检测单元的个数少，降低气体温湿度控制系统的成本。示例性的，温湿度检测单元9包括温度传感器和湿度传感器。

在将上述气体温湿度控制系统应用于燃料电池台架试验设备，通过设置上述气体温度湿度控制系统，可以提高试验控制的及时高效性，并提高了试验结果的准确性。

于其他实施例中，还可以在气体干路一1上设置干路流量调节单元，且在至少N-1个气体支路上设置支路流量调节单元6，同样可以起到根据温湿度检测单元9的检测结果以及干路流量检测单元7的检测结果，合理分配需要进行温度调节和湿度调节的气体流量，提高了气体温度和湿度调节的控制精度。

可选地，支路流量调节单元6为流量调节比例阀，提高了气体温度和湿度调节的控制精度。为了实现自动控制，提高响应及时性，可选地，支路流量调节单元6为电磁比例阀。

可选地，温度调节支路31设有两个，每个温度调节支路31均设置有温度调节单元；其中一个温度调节单元为用于对其所在的温度调节支路31内的气体进行升温的升温装置51，另一个温度调节单元为用于对其所在的温度调节支路31内的气体进行降温的降温装置52。将升温装置51和降温装置52设置在不同的温度调节支路31上，可以实现升温和降温的独立控制，而且可以避免将升温装置51和降温装置52设置在同一温度调节支路31上时升温和降温之间相互影响，进一步提高了气体温度控制的控制精度。

可选地，升温装置51为电加热器或换热器，降温装置52为换热器。升温装置51和降温装置52并不仅限于此，可以根据需求选择现有技术中的升温和降温结构，在此不再具体介绍。

可选地，湿度调节支路32设有两个，每个湿度调节支路32均设置有湿度调节单元；其中一个湿度调节单元为用于对其所在的湿度调节支路32内的气体进行加湿的加湿装置41，另一个湿度调节单元为用于对其所在的湿度调节支路32内的气体进行除湿的除湿装置42。

将加湿装置41和除湿装置42设置在不同的温度调节支路31上，可以实现加湿和除湿的独立控制，而且可以避免将加湿装置41和除湿装置42设置在同一湿度调节支路32上时加湿和除湿之间相互影响，进一步提高了气体湿度控制的控制精度。

可选地，加湿装置41可以为超声波加湿器、鼓泡加湿器或喷淋加湿器。加湿装置41并不仅限于此，可以根据需求选择现有技术中的加湿结构，在此不再具体介绍。

示例性地，气体支路设有四个，其中三个气体支路上设有支路流量调节单元6。无需在每个气体支路上均设置支路流量调节单元6，在气体干路一1的流量确定的情况下，其中三个气体支路的流量确定，另一个气体支路的流量相应地就被确定，如此可以降低气体温湿度控制系统的硬件成本。可选地，两个湿度调节支路32上均设置有支路流量调节单元6，其中一个温度气体支路31上设置有支路流量调节单元6，一个温度气体支路31上未设置支路流量调节单元6。如此设置，可以满足进行燃料电池台架试验时对气体湿度的高要求。

于其他实施例中，如图3所示，可以在每个气体支路上分别设置一个支路流量调节单元6。如图4所示，还可以设置五个气体支路，其中两个气体支路为温度调节支路31，两个气体支路为湿度调节支路32，一个气体支路流通的气体无需进行温度和湿度调节，可以在满足温度和湿度控制要求的前提进一步减小需要进行温度调节和湿度调节的气体量，缩短温度和湿度调节的时间，只需将多个气体支路的气体回流到气体干路二2中进行混合即可得到满足湿度和温度要求的气体。

可选地，干路流量检测单元7为流量计，成本低，测量精度高。示例性地，干路流量检测单元7为涡流流量计。相比采用气体质量流量控制器而言，硬件成本低，响应快。

图5是采用图1所示的现有气体温湿度控制系统及图2所示的本实施例提供的气体温湿度控制系统进行温湿度调节的对比图，在相同气体流量的情况下，设定目标露点为90℃。如图5所示的曲线1，采用图1所示的现有气体温湿度控制系统时，从起始露点43℃升至稳态露点89℃，总共用时约35min。如图5所示的曲线2，采用图2所示的本实施例提供的气体温湿度控制系统时，从起始露点45℃升至稳态露点89℃，总共用时约15min。两者对比而言，采用图2所示的本实施例提供的气体温湿度控制系统进行温湿度调节的效率提升约57％，具有明显的快速响应优势。

实施例二

本实施例对实施例一进行了进一步的优化，对于燃料电池而言，对气体湿度的要求高于对气体温度的要求，为此，如图6所示，在至少一个湿度调节支路32设置支路流量检测单元8，支路流量检测单元8的检测精度大于干路流量检测单元7的检测精度。

如此设置，可以在满足燃料电池台架试验时对气体流量要求的同时，不仅能够满足对气体温度的调节要求，还可以提高对气体湿度的调节精度；合理选择适当检测精度的支路流量检测单元8和干路流量检测单元7，可以降低气体温湿度控制系统的硬件成本。

示例性地，其中一个湿度调节支路32上设置有支路流量检测单元8，将支路流量检测单元8和加湿装置41设置在同一湿度调节支路32上。于其他实施例中，还可以将支路流量检测单元8和除湿装置42设置在同一湿度调节支路32上；还可以在两个湿度调节支路32上各设置一个支路流量检测单元8。

可选地，在设置支路流量检测单元8的湿度调节支路32上，支路流量检测单元8位于温湿度调节单元的上游，由于湿度调节前后的气体流量存在微小差异，如此设置，可以提高湿度控制的控制精度。

可选地，支路流量检测单元8为流量计，成本低，测量精度高。示例性地，支路流量检测单元8为涡流流量计。相比采用气体质量流量控制器而言，硬件成本低，响应快。

此外，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.气体温湿度控制系统，包括气体干路一(1)、气体干路二(2)及N个相互并联的气体支路，N≥2；每个所述气体支路的上游端、下游端分别与所述气体干路一(1)、所述气体干路二(2)相连；

其特征在于，N个所述气体支路包括至少一个温度调节支路(31)和至少一个湿度调节支路(32)，所述温度调节支路(31)设置有用于调节其内气体温度的温度调节单元，所述湿度调节支路(32)设置有用于调节其内气体湿度的湿度调节单元；

所述气体干路一(1)设置有干路流量检测单元(7)，所述气体干路二(2)设有用于检测其内气体温度和湿度的温湿度检测单元(9)；每个所述气体支路上均设有支路流量调节单元(6)，或所述气体干路一(1)上设有干路流量调节单元，且至少N-1个所述气体支路上设有支路流量调节单元(6)。

2.根据权利要求1所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，所述温度调节支路(31)设有两个，每个所述温度调节支路(31)均设置有温度调节单元；

其中一个所述温度调节单元为用于对其所在的所述温度调节支路(31)内的气体进行升温的升温装置(51)，另一个所述温度调节单元为用于对其所在的所述温度调节支路(31)内的气体进行降温的降温装置(52)。

3.根据权利要求2所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，所述升温装置(51)为电加热器或换热器，和/或，所述降温装置(52)为换热器。

4.根据权利要求1所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，所述湿度调节支路(32)设有两个，每个所述湿度调节支路(32)均设置有湿度调节单元；

其中一个所述湿度调节单元为用于对其所在的所述湿度调节支路(32)内的气体进行加湿的加湿装置(41)，另一个所述湿度调节单元为用于对其所在的所述湿度调节支路(32)内的气体进行除湿的除湿装置(42)。

5.根据权利要求4所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，所述加湿装置(41)为超声波加湿器、鼓泡加湿器或喷淋加湿器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，所述支路流量调节单元(6)为比例阀。

7.根据权利要求1至5任一项所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，至少一个所述湿度调节支路(32)设置有支路流量检测单元(8)，所述支路流量检测单元(8)的检测精度大于所述干路流量检测单元(7)的检测精度。

8.根据权利要求7所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，在设置所述支路流量检测单元(8)的所述湿度调节支路(32)上，所述支路流量检测单元(8)位于所述湿度调节单元的上游。

9.根据权利要求7所述的气体温湿度控制系统，其特征在于，所述干路流量检测单元(7)和所述支路流量检测单元(8)均为流量计。

10.燃料电池台架试验设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的气体温湿度控制系统。

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