一种用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置及其增湿方法与流程

本发明属于燃料电池测试设备领域，具体涉及一种用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置及其增湿方法。

背景技术：

1、燃料电池，尤其是质子交换膜燃料电池，其核心部件——质子交换膜（如nafion膜）需要在一定湿度下才能保持质子导电性。膜过于（膜脱水）会导致质子传导电阻急剧上升，性能下降甚至损坏；膜过湿（水淹）则会阻塞气体扩散层的孔隙，阻碍反应气体传输，同样导致性能衰退。 因此，在燃料电池的研发、生产质检和耐久性测试中，必须精确模拟和控制进入电池的氢气（阳极）和空气/氧气（阴极）的湿度、温度、压力和流量。增湿器就是实现这一控制的关键子系统，其性能直接决定了测试数据的准确性、可重复性和可靠性，是燃料电池测试设备的核心技术高地之一。

2、增湿器的本质是一个气-气或气-液换热换质装置，其目标是将干燥的进气加湿到指定的相对湿度或露点温度。主要技术路线包括：

3、蒸汽注入法：

4、原理：将外部水源（如去离子水）加热产生蒸汽，通过管路将蒸汽定量注入到干燥的进气管道中，通过混合控制湿度。

5、优点：湿度调节范围宽，响应速度较快。

6、缺点：系统复杂（需独立蒸汽发生器），对蒸汽计量和混合均匀性要求高，在低流量时易发生冷凝，能耗较高。

7、湿气旁通法：

8、原理：将一部分进气深度加湿至饱和，然后与另一部分干燥进气按比例混合，通过调节混合比例来控制最终湿度。

9、优点：结构相对简单，响应速度尚可。

10、缺点：需要精密的流量控制系统，在极端湿度（极高或极低）下难以实现，且系统体积较大。

11、气泡加湿法：

12、原理：干燥气体以气泡形式通过一个装有恒温水（加湿水）的容器。气体在穿过水层时被加热和加湿，达到接近该水温的饱和湿度。

13、优点：结构简单，成本低，理论上可达100%相对湿度。

14、缺点：响应慢，湿度控制精度低（依赖于水温控制），携带水雾风险高，在流量、压力快速变化的测试工况下难以使用。目前主要用于对精度要求不高的基础测试或教学设备。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置及其增湿方法，装置结构高度集成，能够高效、低成本实现大功率燃料电池测试设备在使用过程中增湿效果。解决了成本高、系统复杂、体积庞大、携带水雾风险以及温度与液位控制困难等问题。

2、本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置，包括：

3、两段管柱焊接的容器，上段管柱直径小于下段管柱，下段管柱底部开设有增湿气体进口和增湿循环水出口，增湿气体进口连接下段管柱内部气体分布碎泡器，下段管柱外接多个增湿循环水加热器，在下段管柱上还设有增湿循环水温度传感器，上段管柱内设有上部的多孔板a和下部的多孔板b，多孔板a上方设有折流板除雾器，在上段管柱顶设有增湿气体出口、增湿出口温度传感器、增湿出口压力传感器，另有液位管连接上段管柱和下段管柱。

4、进一步的，两端管柱焊接的容器采用标准不锈钢管材、封头、法兰作为主体焊接而成。

5、本发明另一目的是保护使用上述用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置的增湿方法，步骤为：大流量反应气通过增湿气体进口进入增湿器内部，首先进入气体分布碎泡器，进行气体碎泡增湿。气体在增湿后通过多孔板a，进行第一步汽水分离，之后经过多孔板b进行第二次汽水分离，然后通过折流板除雾器进行小液滴的汽水分离，最后通过丝网除沫器彻底完成汽水分离之后通过增湿气体出口，完成整个气体增湿流程。

6、进一步的，增湿用循环水由气体分布碎泡器下方增湿循环水出口流出，由增湿循环水进口流入容器内，增湿循环水进口具有循环水导向功能，防止增使用循环水在进入容器内对增湿液位造成波动影响。增湿循环水温度通过增湿循环水加热器进行快速直接升温，通过增湿循环水进出口进行外部降温。用增湿循环水温度传感器进行控温检测是否达到目标值。循环水液位通过液位管进行循环水位检测与调节。

7、进一步的，增湿出口温度传感器和增湿出口压力传感器检测反应气的出口数值，是否达到目标值。

8、进一步的，补水排水通过循环水出口进行自动补排水。

9、本发明与现有技术相比的有益效果是：

10、1）本发明可对大流量反应气进行增湿、控温，适用于大功率燃料电池测试设备。

11、2）本发明增湿装置结构简单，成本低，集成度高，体积小。

12、3）本发明增湿装置可解决大流量下温度与液位控制问题。

13、4）本发明增湿装置设有多重气液分离结构，可解决大流量下增湿携带水雾问题。

1.一种用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置，其特征在于，所述两端管柱焊接的容器采用标准不锈钢管材、封头、法兰作为主体焊接而成。

3.使用如权利要求1所述的用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置的增湿方法，其特征在于，步骤为：大流量反应气通过增湿气体进口进入增湿器内部，首先进入气体分布碎泡器，进行气体碎泡增湿。气体在增湿后通过多孔板a，进行第一步汽水分离，之后经过多孔板b进行第二次汽水分离，然后通过折流板除雾器进行小液滴的汽水分离，最后通过丝网除沫器彻底完成汽水分离之后通过增湿气体出口，完成整个气体增湿流程。

4.根据权利要求3所述的用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置的增湿方法，其特征在于，所述增湿用循环水由气体分布碎泡器下方增湿循环水出口流出，由增湿循环水进口流入容器内，增湿循环水进口具有循环水导向功能，防止增使用循环水在进入容器内对增湿液位造成波动影响。增湿循环水温度通过增湿循环水加热器进行快速直接升温，通过增湿循环水进出口进行外部降温。用增湿循环水温度传感器进行控温检测是否达到目标值。循环水液位通过液位管进行循环水位检测与调节。

5.根据权利要求3所述的用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置的增湿方法，其特征在于，所述增湿出口温度传感器和增湿出口压力传感器检测反应气的出口数值，是否达到目标值。

6.根据权利要求3所述的用于大功率燃料电池测试设备的集成增湿装置的增湿方法，其特征在于，补水排水通过循环水出口进行自动补排水。