燃料电池检测平台气体加温加湿系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种适用于燃料电池测试平台的气体加温加湿系统。


背景技术：

2.燃料电池用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件，没有噪声污染，排放出的有害气体极少，对环境无污染，因此，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
3.燃料电池在反应过程中，需要有适量的水分子参与才能保证其电化学反应的顺利进行，水分子不足和过量都会严重影响电池性能，而控制燃料电池进气温度、湿度可以实现电池湿度的控制，因此，在燃料电池测试平台中，气体温度湿度的控制与模拟至关重要，是评测燃料电池的一项关键技术。
4.现有的燃料电池测试平台，具有多种气体加温加湿方式，但是都存在自动化程度低，加温加湿反应速度慢、效率低的缺点，影响测试效率；另外，不能对气体的温度和湿度进行精确控制，响应速度慢，加湿气体还容易夹带液体，进而影响燃料电池测试平台的测试精度。
5.因此，有必要提供一种反应速度快，加温加湿稳定，能够进行精确控制的气体加温加湿系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种反应速度快，加温加湿稳定，能够进行精确控制的燃料电池检测平台气体加温加湿系统。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种燃料电池检测平台气体加温加湿系统，其包括加温加湿机构、加热机构以及控制器；其中，加温加湿机构包括加温加湿罐、加热加湿单元、水气分离单元、第一进气管以及第一出气管，所述加热加湿单元、所述水气分离单元依次由下而上设于所述加温加湿罐内，所述加温加湿罐内具有的去离子水淹没所述加热加湿单元，所述第一进气管连通所述加温加湿罐的底部，所述第一出气管连通所述加温加湿罐的顶部，气体依次经过所述加热加湿单元被加温加湿、所述水气分离单元分离出液态水后通过所述第一出气管排出；所述加热机构包括水气换热器、第二进气管以及第二出气管，所述第二进气管、所述第二出气管分别连接于所述水气换热器的两端，所述水气换热器还连通热源而形成一外部循环回路，气体经过所述水气换热器时在其内与所述外部循环回路内的加热液进行热交换而被加热，加热后的干燥气体通过所述第二出气管排出；控制器分别电连接于所述加温加湿机构及所述加热机构，用于控制所述加温加湿机构对气体进行加温加湿或所述加热机构对气体进行加热，或用于控制所述加温加湿机构、所述加热机构同时运行并进行干湿气体混合。
8.较佳地，所述加热加湿单元包括气体鼓泡层及加热棒，所述气体鼓泡层、所述加热
棒依次设于所述加温加湿罐的底部，且所述气体鼓泡层设于所述第一进气管的上方，所述加热棒电连接于所述控制器。
9.较佳地，所述水气分离单元包括水气分离滤芯，所述水气分离滤芯设于所述加温加湿罐的顶部，所述第一出气管连接于所述水气分离滤芯的上方。
10.较佳地，所述水气分离单元还包括水气分离腔，所述水气分离腔设于所述加温加湿罐的顶部并连通所述第一出气管，所述水气分离腔的外壁与所述加温加湿罐的内壁之间设有气体通道，所述水气分离腔的顶部与所述气体通道之间通过通气管相连通，所述水气分离滤芯安装于所述水气分离腔的顶部并连接所述通气管，所述水气分离滤芯与所述水气分离腔的底部相间隔。
11.较佳地，所述水气分离单元还包括溢流阀，所述溢流阀连通所述水气分离腔的底部并设于所述加温加湿罐之外。
12.较佳地，所述加温加湿机构还包括气体加热器，所述气体加热器设于所述第一出气管上。
13.较佳地，所述加温加湿机构还包括设于所述第一进气管上的第一控制阀，所述加热机构还包括设于所述第二进气管上的第二控制阀，所述第一控制阀、所述第二控制阀分别电连接于所述控制器，所述控制器用于控制所述第一控制阀、所述第二控制阀打开、关闭或进行开度调节。
14.较佳地，所述第一出气管、所述第二出气管相连通，所述控制器通过控制所述第一控制阀、所述第二控制阀的开度比例以进行干湿气体混合。
15.较佳地，所述加热机构还包括进水管、出水管及循环泵，所述水气换热器通过所述进水管、所述出水管连通所述热源，所述循环泵设于所述进水管或所述出水管，所述热源、所述进水管、所述出水管、所述水气换热器形成所述外部循环回路。
16.较佳地，所述进水管、所述出水管分别连通所述加温加湿罐的下端，利用加温加湿罐内被加热的去离子水作为水气换热器所需的外部循环热水的水源，可以使整个设备的结构简化。
17.与现有技术相比，由于本发明的燃料电池检测平台气体加温加湿系统，首先设置可以独立控制以及运行的加温加湿机构、加热机构，通过加温加湿机构、加热机构单独或同时运作，可以实现气体的加温加湿、干燥气体的加温以及干、湿气体的混合，加温加湿机构、加热机构的反应速度快，使气体加湿加湿的速度快、效率高，并且加湿、加湿稳定，从而提高测试效率；其次，再对温湿气体及干燥的加温气体进行混合的过程中可以快速的调节气体的温度及湿度，实现气体的温度、湿度的精确控制，从而得到满足需求的加温加湿气体，提高测试精度；再者，加温加湿机构设有水气分离单元，经过加温加湿的气体由水气分离单元分离出液态水后再排出，可以使加温加湿后的温湿气体不夹带液体，进一步保证加温加湿效果以及测试精度。
附图说明
18.图1是本发明燃料电池检测平台气体加温加湿系统一实施例的结构示意图。
19.图2是本发明燃料电池检测平台气体加温加湿系统另一实施例的结构示意图。
20.图3是图2中加温加湿机构的局部放大示意图。
具体实施方式
21.现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明所提供的燃料电池检测平台气体加温加湿系统1，并不仅限于在燃料电池检测平台使用，其还可以用于其他相类型的设备中。
22.下面先参看图1
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图2所示，本发明所提供的燃料电池检测平台气体加温加湿系统1，其包括加温加湿机构100、加热机构200以及控制器(图未示)。其中，加温加湿机构100、加热机构200分别连接于总进气管300，加温加湿机构100用于对气体进行加温加湿，加热机构200仅用于对气体进行加温。控制器分别电连接于加温加湿机构100、加热机构200，所述控制器用于控制加温加湿机构100、加热机构200分别独立运行或者同时运行，当两者同时运行时，控制器还可控制加温加湿机构100、加热机构200对加温后的干、湿气体进行混合，以调节并达到所需要的气体温度以及湿度。
23.继续参看图1
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图2所示，所述加温加湿机构100包括第一进气管110、加温加湿罐120、加热加湿单元130、水气分离单元140以及第一出气管150。其中，加热加湿单元130、水气分离单元140依次由下而上设于所述加温加湿罐120内，并且加温加湿罐120内具有的去离子水淹没所述加热加湿单元130，加热加湿单元130用于对气体进行加热加湿，水气分离单元140位于去离子水的液面上方，用于对加热加湿之后的气体所夹带的液态水进行分离。第一进气管110的一端连接于加温加湿罐120的底部并位于加热加湿单元130的下方，第一进气管110的另一端连通总进气管300，用于将总进气管300排出的气体通入加温加湿罐120内；并且，第一进气管110上还设有第一控制阀111，第一控制阀111和控制器电连接，控制器控制第一控制阀111打开、关闭或控制其进行开度调节，以实现气体的通入、关闭以及气体流量的调节。第一出气管150连接于加温加湿罐120的顶部并与之相连通，经过加热加湿单元130进行加温加湿以及水气分离单元140分离液态水之后得到的温湿气体，通过第一出气管150排出。
24.更具体地，所述加热加湿单元130包括气体鼓泡层131及加热棒132，气体鼓泡层131、加热棒132依次设于加温加湿罐120的底部，并且两者均被加温加湿罐120内的去离子水淹没，同时，气体鼓泡层131设于第一进气管110的上方，第一进气管110通入的气体经过气体鼓泡层131后形成气泡以与去离子水接触，通过去离子水对气体加湿而得到加湿气体，本发明的加湿方式，加湿反应速度快，并且加湿稳定；所述加热棒132用于对加温加湿罐120内的去离子水进行加热，被加热棒132加热的去离子水再对前述加湿气体进行加热，从而得到加温加湿的温湿气体，并且，加热棒132还与控制器电连接，通过控制器来控制加热棒132的升降温，可以达到控制气体的温度的目的。当然，加热棒132的位置并不以本实施方式中的为限，其只要能够对加温加湿罐120内的去离子水进行加热即可。
25.继续参看图1
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图2所示，所述水气分离单元140至少包括水气分离滤芯141，水气分离滤芯141设于加温加湿罐120的上端，具体位于去离子水的液面上方，用于将加温加湿后的温湿气体中所夹带的液体水分离出来。
26.参看图1所示，在本发明的一种实施方式中，水气分离滤芯141的外径与加温加湿罐120的内径相对应，水气分离滤芯141的边缘密封地连接于加温加湿罐120的内壁，并且水气分离滤芯141与加温加湿罐120的顶部之间具有一定间隔。同时，第一出气管150连接于水气分离滤芯141的上方。这样，当加温加湿后的温湿气体上升经过水气分离滤芯141时，水气
分离滤芯141将温湿气体中所夹带的液体水分离出来，分离出的液体水回流至加温加湿罐120内，而经过分离之后的温湿气体不夹带液态水，并且温度和湿度都能够达到要求，因此使得加温加湿的效果更好。
27.下面参看2图
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3图所示，在本发明另一种更优选的实施方式中，所述水气分离单元140还包括一水气分离腔142，水气分离腔142设于加温加湿罐120的顶部并连通第一出气管150，并且水气分离腔142的外壁与加温加湿罐120的内壁之间设有气体通道121。在本实施方式中，水气分离腔142的外壁的至少一部分与加温加湿罐120的内壁相间隔，两者之间相间隔的间隙即形成所述气体通道121，由此可简化水气分离单元140的结构。另外，水气分离腔142的顶部与气体通道121之间通过通气管122相连通，具体地，该通气管122设于加温加湿罐120的外部，且其一端连接于加温加湿罐120的顶部并连通气体通道121，其另一端连接于水气分离腔142的顶部。
28.在本实施方式中，水气分离滤芯141安装于水气分离腔142的顶部并连接通气管122，当然，水气分离滤芯141并不限于安装在水气分离腔142的顶部，其当然可以设于水气分离腔142内的任何位置，优选的是通气管122直接连接水气分离滤芯141以将温湿气体直接送入水气分离滤芯141内；另外，水气分离滤芯141与水气分离腔142的底部相间隔，同时第一出气管150的连接位置与水气分离滤芯141相间隔。
29.本实施方式中的结构设置，使得加温加湿后的温湿气体上升后依次通过气体通道121、通气管122循环进入水气分离滤芯141进行液态水的分离。通过水气分离腔142的设置，一方面使得液态水的分离过程在独立的水气分离腔142内进行，与加温加湿罐120的加温加湿过程不会相互干涉，使液态水的分离效果更好，进而保证温湿气体不夹带液体，另一方面使得水气分离滤芯141分离出的液态水可以被单独回收，当该液态水累积到一定程度后通过水气分离腔142排出，不与加温加湿罐120内部的气体或去离子水相干涉，保证气体的加温加湿效果。
30.继续参看图2
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3所示，在本实施方式中，所述水气分离单元140还进一步包括溢流阀143，溢流阀143设于水气分离腔142的底部，并且优选设于加温加湿罐120的外部，这样，当水气分离腔142内的液态水累积到溢流阀143充满时，可通过溢流阀143自动排出至加温加湿罐120之外，采用溢流阀143可以使自动排出液态水的结构及方式更简单。可理解地，并不限于通过溢流阀143来实现液态水的自动排出，当然还可以通过其他方式，例如通过设置电磁阀并由控制器控制其打开或关闭，同样可以实现液态水的自动排出。
31.继续参看图1
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图2所示，在本发明一种更优选的实施方式中，所述加温加湿机构100还包括气体加热器160，该气体加热器160设于第一出气管150上，当加温加湿后得到的温湿气体通过第一出气管150流动到气体加热器160时，由气体加热器160对该温湿气体进一步进行加热，在保证气体露点温度的情况下，进一步提升温湿气体的温度，并可以实现气体温度和露点温度的分开控制。
32.下面再次参看图1
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图2所示，本发明中，所述加热机构200包括水气换热器210、第二进气管220以及第二出气管230。其中，所述第二进气管220、第二出气管230分别连接于水气换热器210的两端，并且第二进气管220的另一端连接于总进气管300，第二进气管220上还设有第二控制阀221，该第二控制阀221与控制器电连接，所述控制器通过控制第二控制阀221打开、关闭或控制其进行开度调节，以实现气体的通入、关闭以及气体流量的调节。另
外，水气换热器210还通过外部循环管路240连接热源，所述热源、外部循环管路240、水气换热器210形成一外部循环回路，该外部循环回路内流动的加热液与流经水气换热器210的气体进行热交换而实现对气体的加热。
33.继续参看图1
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图2所示，在一种实施方式中，所述外部循环管路240包括进水管241、出水管242及循环泵243，水气换热器210的两端分别通过进水管241、出水管242连通所述热源，所述循环泵243设于进水管241或出水管242，在本实施方式中，循环泵243设于出水管242上，所述热源、进水管241、出水管242、水气换热器210形成所述外部循环回路，并且在循环泵243的作用下，热源所提供的加热液通过进水管241进入水气换热器210，流经水气换热器210之后通过出水管242返回所述热源，由此使加热液在所述外部循环回路内循环流动。此过程中，总进气管300排出的气体通过第二进气管220进入水气换热器210，在水气换热器210内与所述加热液进行热交换而被加热，由于加热液与气体相隔离，因此，可以仅对气体加温而不对其加湿，所得到的干燥的加温气体通过第二出气管230排出。
34.继续参看图1
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图2所示，在本发明一种更优选的实施方式中，通过加温加湿罐120内的去离子水作为水气换热器210的热源，即，进水管241、出水管242分别连通加温加湿罐120的下端，使加温加湿罐120、进水管241、出水管242、加热水气换热器210形成所述外部循环回路，由此可以使整个设备的结构简化，并且气体的温度可通过加热棒132的升降温以及循环泵243的转速来控制，使得控制方式更简单，并且水气换热器210与加温加湿机构100共用一个热源，可以减少能量消耗。
35.继续参看图1
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图2所示，在本发明一种更优选的实施方式中，所述第一出气管150、第二出气管230相连通，这样，通过控制器通过控制第一控制阀111、第二控制阀221的开度比例即可对得到的加温加湿气体、干燥的加温气体进行混合，以达到调节气体湿度和温度的目的，使得到的气体湿度和温度符合要求，并且控制方式简单，控制精确。
36.下面再次结合图1
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图2所示，对本发明之燃料电池检测平台气体加温加湿系统1的工作原理进行说明。
37.当气体需要加温加湿时，控制器仅控制加温加湿机构100运行。具体地，控制器控制第一控制阀111打开，同时控制第二控制阀221关闭，此时，总进气管300排出的气体通过第一进气管110进入加温加湿罐120内，气体经过气体鼓泡层131后形成气泡并进入去离子水，通过去离子水加湿气体，此过程中，由于加热棒132加热了去离子水，因此热的去离子水同时对气体进行加温，从而得到加温加湿气体。该加温加湿气体上升通过气体通道121、通气管122循环进入水气分离腔142，由水气分离滤芯141对其夹带的液态水进行分离，分离得到的液态水被水气分离腔142回收，而经分离之后得到的不夹带液态水的温湿气体则通过第一出气管150排出。本发明的加温加湿机构100的反应速度快，加温加湿的速度快，并且加湿稳定，而且最终排出的温湿气体不夹带液体。
38.在上述加温加湿过程中，水气分离腔142内的液态水累积到溢流阀143充满时，会从溢流阀143自动排出至加温加湿罐120之外。另外，当第一出气管150排出的温湿气体经过气体加热器160时，在保证气体露点温度的情况下，可以进一步提升温湿气体的温度，从而实现气体温度和露点温度的分开控制，保证气体加温加湿的质量。
39.当气体不需要加湿，仅需要加温时，控制器仅控制加热机构200运行。具体地，控制器控制第一控制阀111关闭，同时控制第二控制阀221打开，总进气管300排出的气体通过第
二进气管220进入水气换热器210，在水气换热器210内，气体与外部循环回路内流动的热水进行热交换而被加热，由于外部循环回路内的热水与气体相隔离而间接加热，因此可以得到干燥的加温气体。在此过程中，可通过控制加热棒132的升降温以及循环泵243的转速来控制气体的温度，加热后得到的干燥的加温气体经过第二出气管230排出。
40.另外，还可以根据需求，控制加温加湿机构100、加热机构200同时运行，以使通过加温加湿机构100得到的温湿气体和加热机构200得到的干燥的加温气体进行混合；并且在此过程中，还可以通过控制器控制第一控制阀111、第二控制阀221的开度比例，以调节气体的湿度和湿度，从而使最终得到的气体的湿度和湿度符合要求，控制方式简单，并且可以精确控制，以保证气体的湿度和湿度的精确性。
41.综上所述，本发明的燃料电池检测平台气体加温加湿系统1，首先设置可以独立控制以及运行的加温加湿机构100、加热机构200，通过加温加湿机构100、加热机构200单独或同时运作，可以实现气体的加温加湿、干燥气体的加温以及干、湿气体的混合，加温加湿机构100、加热机构200的反应速度快，加湿、加湿的速度快、效率高，并且加湿、加湿稳定，从而提高测试效率；其次，对温湿气体及干燥的加温气体进行混合的过程中可以快速的调节气体的温度及湿度，实现气体的温度、湿度的精确控制，从而得到满足需求的加温加湿气体，提高测试精度；再者，加温加湿机构100设有水气分离单元140，经过加温加湿的气体由水气分离单元140分离出液态水后再排出，可以使加温加湿后的温湿气体不夹带液体，进一步保证加温加湿效果以及测试精度。
42.本发明所涉及到的燃料电池测试平台为本领域普通技术人员所熟知的常规结构，在此不再做详细的说明
43.以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。