一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法，通过引入具有保温功能的第二储液箱，在测试过程中，通过加湿液在第一储液箱与第二储液箱之间的相互转移可以快速调节第一储液箱中加湿液的液位高度。根据对鼓泡加湿器的实验标定结果，可以把直接的湿度控制问题转化为间接的液位控制问题，避免了湿度传感器测量滞后引起的湿度调节准确度低的问题。本发明专利技术一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法，可以实现气体流量与设定湿度变化时，被加湿气体湿度的快速响应。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法
本专利技术涉及一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法。
技术介绍
随着人们对环境和能源问题的日益关注，通过电化学反应将化学能直接转化为电能的质子交换膜燃料电池(PEMFC)在许多混合动力系统中有着广阔的应用前景。PEMFC的有效性能在很大程度上取决于电池内部的水管理。质子以水合氢离子的形式从阳极转移到阴极，水在膜内的传输由电渗透力、扩散和对流共同作用，质子导电性取决于膜的水合作用，膜的水合不足会降低质子电导率，导致电阻损失增加，燃料电池堆的净功率降低，局部热点会显著降低膜的寿命。当水从阴极到阳极的反向扩散不足以满足膜的水合要求时，为了保持膜的水合，需要对进堆前的反应气体加湿。目前存在的燃料电池加湿技术主要有有鼓泡加湿、喷淋加湿与膜加湿。其中鼓泡加湿由于加湿液存在热容，因此升温降温过程较慢，无法实现加湿后气体温度的快速调节。喷淋加湿方式，加湿后气体中含有液态水滴，可能会引起电堆水淹，且调节过程中水流量和加热管功率的波动会引起湿度较大的变化。使用出电堆气体加湿进电堆气体的膜加湿方式，不能主动精确的调节入堆气体湿度，并且在流量突然改变时，湿度调节存在滞后，膜加湿方式不能满足加湿快速性要求。当燃料电池出口空气温度与湿度较低时，膜加湿方式不能达到理想的加湿效果。现有技术未对湿度传感器测量滞后给出解决方案，湿度传感器本身的滞后也会影响温度调节的稳定性与准确性。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，通过引入具有保温功能的第二储液箱，可以有效补偿气体流量与设定湿度突然变化时，由于湿度传感器测量滞后引起的湿度调节准确度低的问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，包括：鼓泡加湿器；所述鼓泡加湿器包括用于储存加湿液的第一储液箱、浸没在加湿液中的气体分布器、开设于所述第一储液箱上的且位于所述气体分布器下方的进气口、开设于所述第一储液箱上的用于通出湿化气体的出气口、用于为加湿液控温的控温机构，用于测量所述湿化气体湿度的湿度传感器；液位控制系统；所述液位控制系统包括用于储存加湿液的且具有保温功能的第二储液箱、用于检测所述第一储液箱中液位高度的液位传感器、连通在所述第一储液箱和所述第二储液箱之间的第一补水管路、连通在所述第一储液箱和所述第二储液箱之间的排水管路、连通在所述第一储液箱上的第二补水管路；所述第二储液箱，用于储存所述第一储液箱中加热到设定温度的部分加湿液。优选地，所述装置具有稳态调节、升液位调节和降液位调节过程：在稳态调节中，关闭所述第一补水管路和所述排水管路，打开所述第二补水管路，小幅度调节液位；在升液位调节中，关闭所述排水管路和所述第二补水管路，打开所述第一补水管路，将所述第二储液箱中具有设定温度加湿液送入所述第一储液箱中；在降液位调节中，关闭所述第一补水管路和所述第二补水管路，打开所述排水管路，将所述第一储液箱中具有设定温度的加湿液送入所述第二储液箱中。优选地，所述第二储液箱上裹设有保温层。优选地，所述第二储液箱的容积小于等于所述第一储液箱的容积。优选地，所述第二储液箱顶端低于所述第一储液箱顶端。优选地，所述控温机构包括用于检测所述第一储液箱中加湿液温度的温度传感器、两端均与所述第一储液箱连通的控温回路管,所述控温回路管上设有第一水泵、电加热器和风冷换热器。优选地，所述装置还包括设于所述第一补水管路上的第二水泵和补水流量计、设于所述排水管路上的排水电磁阀、设于所述第二补水管路上的补水电磁阀。优选地，所述装置还包括与所述进气口连通的气体质量流量控制器。本专利技术的第二个目的是提供一种燃料电池测试系统加湿方法，通过引入具有保温功能的第二储液箱，可以有效补偿气体流量与设定湿度突然变化时，由于湿度传感器测量滞后引起的湿度调节准确度低的问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种燃料电池测试系统加湿方法，通过上述的鼓泡加湿装置实现，包括以下步骤：根据实验得出所述鼓泡加湿装置在相同加湿温度下气体流量、液位高度、湿化气体湿度的关系示意图；S1：根据测试要求给定气体加湿后的设定湿度与设定温度，选取所述设定温度对应的所述关系示意图；S2：通过控温机构调节第一储液箱中加湿液的温度，使其等于所述设定温度；S3：打开排水管路，将所述第一储液箱中达到所述设定温度的加湿液部分送入第二储液箱中，使所述第二储液箱中的加湿液达到所述设定温度；S4：根据所述气体流量和所述设定湿度，从所述关系示意图中得出设定液位高度，比较所述设定液位高度和实时液位高度，判断液位调节过程：若为稳态调节，转入步骤S5；若为升液位调节，转入步骤S6；若为降液位调节，转入步骤S7；S5：打开第二补水管路，根据所述液位传感器测得的实时液位，小幅度调节所述第一储液箱中加湿液的液位；S6：打开第一补水管路，使所述第一储液箱中加湿液的液位快速上升，直至等于所述设定液位高度；S7：打开排水管路，使所述第一储液箱中加湿液的液位快速下降，直至等于所述设定液位高度；S8：在液位调节过程中，通过所述控温机构调节所述第一储液箱中加湿液的温度，使其等于所述设定温度。优选地，在S2中，先将所述第二储液箱中全部加湿液送入所述第一储液箱中，再将所述第一储液箱中的加湿液调节至所述设定温度；在S8之后；S9：判断是否结束测试：若是，则转入步骤S10；否则转入步骤S4；S10：打开所述排水管路，将所述第一储液箱中具有设定温度的加湿液全部送入所述第二储液箱中。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置及加湿方法，通过引入具有保温功能的第二储液箱，在测试过程中，通过加湿液在第一储液箱与第二储液箱之间的相互转移可以快速调节第一储液箱中加湿液的液位高度。该装置可以实现气体流量与设定湿度变化时，被加湿气体湿度的快速响应。附图说明附图1为本专利技术装置的结构示意图；附图2为本专利技术方法的方法流程图；附图3为本专利技术装置在相同温度下气体流量、液位高度、湿化气体湿度的关系示意图。其中：1、第一储液箱；2、气体分布器；3、进气口；4、出气口；5、湿度传感器；6、第二储液箱；7、液位传感器；8、第一补水管路；9、排水管路；10、第二补水管路；11、保温层；12、温度传感器；13、控温回路管；14、第一水泵；15、电加热器；16、风冷换热器；17、第二水泵；18、补水流量计；19、排水电磁阀；20、补水电磁阀；21、气体质量流量控制器；22、氢气/空气入口；23、氢气/空气出口。具体实施方式下面结合附图来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。参见图1所示，上述一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，包括鼓泡加湿器和液位控制系统。...

【技术保护点】
1.一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，其特征在于：包括：/n鼓泡加湿器；所述鼓泡加湿器包括用于储存加湿液的第一储液箱、浸没在加湿液中的气体分布器、开设于所述第一储液箱上的且位于所述气体分布器下方的进气口、开设于所述第一储液箱上的用于通出湿化气体的出气口、用于为加湿液控温的控温机构，用于测量所述湿化气体湿度的湿度传感器；/n液位控制系统；所述液位控制系统包括用于储存加湿液的且具有保温功能的第二储液箱、用于检测所述第一储液箱中液位高度的液位传感器、连通在所述第一储液箱和所述第二储液箱之间的第一补水管路、连通在所述第一储液箱和所述第二储液箱之间的排水管路、连通在所述第一储液箱上的第二补水管路；/n所述第二储液箱，用于储存所述第一储液箱中加热到设定温度的部分加湿液。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，其特征在于：包括：
鼓泡加湿器；所述鼓泡加湿器包括用于储存加湿液的第一储液箱、浸没在加湿液中的气体分布器、开设于所述第一储液箱上的且位于所述气体分布器下方的进气口、开设于所述第一储液箱上的用于通出湿化气体的出气口、用于为加湿液控温的控温机构，用于测量所述湿化气体湿度的湿度传感器；
液位控制系统；所述液位控制系统包括用于储存加湿液的且具有保温功能的第二储液箱、用于检测所述第一储液箱中液位高度的液位传感器、连通在所述第一储液箱和所述第二储液箱之间的第一补水管路、连通在所述第一储液箱和所述第二储液箱之间的排水管路、连通在所述第一储液箱上的第二补水管路；
所述第二储液箱，用于储存所述第一储液箱中加热到设定温度的部分加湿液。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，其特征在于：所述装置具有稳态调节、升液位调节和降液位调节过程：
在稳态调节中，关闭所述第一补水管路和所述排水管路，打开所述第二补水管路，小幅度调节液位；
在升液位调节中，关闭所述排水管路和所述第二补水管路，打开所述第一补水管路，将所述第二储液箱中具有设定温度加湿液送入所述第一储液箱中；
在降液位调节中，关闭所述第一补水管路和所述第二补水管路，打开所述排水管路，将所述第一储液箱中具有设定温度的加湿液送入所述第二储液箱中。


3.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，其特征在于：所述第二储液箱上裹设有保温层。


4.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，其特征在于：所述第二储液箱的容积小于等于所述第一储液箱的容积。


5.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，其特征在于：所述第二储液箱顶端低于所述第一储液箱顶端。


6.根据权利要求1所述的一种燃料电池测试系统鼓泡加湿装置，其特征在于：所述控温机构包括用于检测所述第一储液箱中加湿液温度的温度传感器、两端均与所述第一储液箱连通的控温回路管,所述控温回路管上设有第一水泵、电加热器和风冷换热器。


7.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹继申，吴敏，顾玉杰，李凯，
申请(专利权)人：苏州市华昌能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32