燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，储液箱通过进水管道与蒸发罐内蒸发盘管入口连接，进气管道与进水管道同时连接至蒸发盘管入口，待增湿气体由进气管道进入，蒸发盘管出口由蒸发出气管道连接至带有气体加热器的加热罐，加热罐上设置有出气管道。本实用新型专利技术优点在于：该系统，可在精确开环控制水量，进而精确控制加湿量，为精确大范围加湿提供可靠保证；可以高效、完全地将水变成气态(汽化)，蒸发盘管内不存在液体滞留区，进而实现加湿量的快速动态精确控制和气汽充分混合；在较低的过余温度时，水即可在蒸发盘管内完全蒸发，使得气体的温度湿度控制更加快速稳定。更加快速稳定。更加快速稳定。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统


[0001]本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种利用氢气与氧气产生电力的电化学反应装置，质子交换膜只有在合适的含水量时才能获得良好的电堆性能，质子交换膜从进气的汽相中吸水与电堆的工作状态更为接近，通常采用电堆进气的相对湿度(不含液态水)代表膜表面的水蒸汽活性。
[0003]现有的鼓泡、喷淋气体恒温增湿系统中，气体直接接触过量(大于实际加湿量)的液态水，增湿后的湿气中必然存在液态水夹带，液态水含量主要由气体流速和气液接触过程决定，尽管通过过滤器和气液分离器可以除去湿气中的部分液滴，但是无法彻底除去“水雾”，“水雾”卷入气体时的蒸发传热系数很低，通过加热将液态水雾完全变成汽态时，难于实现气体温度控制的快速响应和温度精度。
[0004]现有恒温增湿系统采用闭环反馈控制气体湿度，需要选用带辅助加热功能的湿度传感器才能对含有液态水的湿气进行在线测量，测量结果失真且无法真实反应湿气中的液态水含量，气体的增湿控制不应该类似类于温度控制那样的闭环反馈控制，燃料电池进气增湿控制需要采用开环控制，而且需要能够评价湿气中液态水含量，电堆进气中液态水含量将成为燃料电池水管理的一个重要参数。
[0005]申请号为202021027108.7，申请名称为定量蒸发混合气体恒温增湿系统的技术专利，公开了一种定量蒸发混合气体恒温增湿系统，解决了湿度控制的液态水夹带和测量真实性问题，实现了加湿量的开环控制，但是原技术方案中，首先存在高温蒸汽与低温待增湿气体混合时的二次冷凝问题(产生液态水)，其次由于蒸发器温度控制滞后，在气体流量和压力快速变化时，容易造成气体超温，不能较好地满足燃料电池测试温度的快速性和稳定性要求。

技术实现思路

[0006]本技术是针对现有技术的不足，提供一种燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，定质量流量(根据气体流量、压力、温度、湿度计算所得)的液态水和待增湿气体一同进入蒸发器罐体内的蒸发盘管，根据热力学原理，在此条件下经热源加热蒸发水的蒸发温度取决于水蒸汽分压，而与总压无关，这样在较低的热源温度时，水即可经热源加热后在蒸发盘管内完全蒸发，在精确调节待蒸发水的质量流量、实现加湿量(对应气体流量、压力、温度时的相对湿度)精确控制和快速响应的同时，使得气体的温度控制更加快速稳定，水在完全蒸发汽化的同时与待增湿气体在蒸发盘管内充分混合升温，经加热罐内气体加热器加热后形成恒温恒湿的气体。
[0007]这种燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，储水箱通过进水管道与蒸发罐内的蒸发盘管入口连接，进气管道与进水管道同时连接至蒸发盘管入口，待增湿气
体由进气管道进入，蒸发盘管出口由蒸发出气管道连接至带有气体加热器的加热罐，加热罐上设置有出气管道。
[0008]进一步优化，所述的储水箱与蒸发盘管入口之间设置供水泵，储水箱通过进水管道与供水泵连接，供水泵通过供水管道与蒸发盘管入口连接。
[0009]进一步优化，所述的蒸发盘管入口与供水泵之间连接有止回阀。
[0010]进一步优化，所述的供水泵采用柱塞泵或隔膜泵，通过供水泵转速和行程调节，精确控制待蒸发水的质量流量、实现加湿量(对应气体流量、压力、温度时的相对湿度)精确控制和快速响应的。
[0011]进一步优化，当导热介质为液体导热介质时，所述的蒸发罐外接循环泵，液体循环出口管道与循环泵进口连接，循环泵出口与液体循环管道进口连接。
[0012]进一步优化，所述的蒸发加热器根据蒸发出气温度传感器检测蒸发出气温度进行PID自动调节，控制该温度高于混合气的露点温度低于气体目标温度。
[0013]进一步优化，加热器罐内的气体加热器根据气体温度传感器检测气体温度进行PID自动调节，控制该温度等气体目标温度。
[0014]进一步优化，所述的蒸发盘管为金属管，蒸发盘管与蒸发加热器之间设置有导热介质，蒸发盘管的蒸发过余温度小于10℃，增湿后气体温度精度
±
0.5℃，相对湿度精度
±
3％。
[0015]进一步优化，所述的当系统为直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统时，储水箱内液体为水；当系统为气体恒温定比例(浓度)系统时，储水箱内液体为其它液体，储水箱成为储液箱。
[0016]进一步优化，所述的待增湿气体为空气或氮气或氢气或氧气。
[0017]进一步优化，所述的蒸发罐、加热罐、蒸发出气管道和出气管道的外表面均有保温层。
[0018]本技术优点在于：1.该系统中，根据气体流量、压力、温度、湿度计算所得供水量，调节供水泵的转速和行程，可在较大范围内精确开环控制水量，进而精确控制加湿量，为精确大范围加湿提供可靠保证。
[0019]2.该系统中蒸发盘管，可以高效、完全地将水变成气态(汽化)，蒸发盘管内不存在液态水滞留区，盘管供水量即为蒸发量，进而实现加湿量的快速动态精确控制和气汽充分混合。
[0020]3.该系统中定质量流量的液态水和待增湿气体一同进入蒸发器，在较低的过余温度时，水即可在蒸发盘管内完全蒸发，使得气体的温度控制更加快速稳定。
[0021]4、当所述的储水箱内的水改为其它液体时，此系统变为直接混合定量蒸发气体恒温定浓度系统。
附图说明
[0022]图1为燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统导热介质为固体时的结构示意图。
[0023]图2为燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统导热介质为液体时的结构示意图。
[0024]图中标记：1
‑
储水箱，2
‑
进水管道，3
‑
供水泵，4
‑
供水管道，5
‑
止回阀，6
‑
蒸发罐，7
‑
蒸发温度传感器，8
‑
蒸发盘管，9
‑
蒸发加热器，10
‑
蒸发出气管道，11
‑
蒸发出气温度传感器，12
‑
气体加热器，13
‑
加热罐，14
‑
气体温度传感器，15
‑
气体湿度传感器，16
‑
出气管道，17
‑
进气管道，18
‑
导热介质，19
‑
液体循环出口管道，20
‑
液体循环进口管道，21
‑
循环泵。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统进行进一步说明。
[0026]实施例一：如图1，这种燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，储水箱1与供水泵3通过进水管道2连接，蒸发盘管8的进气口与进气管道17连接，蒸发盘管8的进水口通过供水管道4连接，蒸发盘管8缠绕在蒸发罐6内的蒸发加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，其特征在于：储水箱通过进水管道与蒸发罐内的蒸发盘管入口连接，进气管道与进水管道同时连接至蒸发盘管入口，待增湿气体由进气管道进入，蒸发盘管出口由蒸发出气管道连接至带有气体加热器的加热罐，加热罐上设置有出气管道。2.根据权利要求1所述的燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，其特征在于：所述的储水箱与蒸发盘管入口之间设置供水泵，储水箱通过进水管道与供水泵连接，供水泵通过供水管道与蒸发盘管入口连接。3.根据权利要求2所述的燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，其特征在于：所述的蒸发盘管入口与供水泵之间连接有止回阀。4.根据权利要求3所述的燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，其特征在于：所述的供水泵采用柱塞泵或隔膜泵。5.根据权利要求1
‑
4任意所述的燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿系统，其特征在于：所述的蒸发罐外接循环泵，液体循环出口管道与循环泵进口连接，循环泵出口与液体循环管道进口连接。6.根据权利要求1所述的燃料电池测试直接混合定量蒸发气体恒温增湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔忠杰，
申请(专利权)人：大连富德成套设备有限公司，
类型：新型
国别省市：