燃料电池空气加湿器性能测试装置及方法与流程

1.本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池空气加湿器性能测试装置及方法。


背景技术：

2.燃料电池拥有节能、转换效率高、不需要石油燃料、排放达到零污染、性能接近内燃机等特点，是目前处理环境污染、能源衰竭的最佳动力源。
3.空气加湿器是燃料电池系统中的重要组成部分，为燃料电池反应发电提供不同条件的湿气体，以满足不同工况下燃料电池系统对反应空气的需求。
4.空气加湿器类型多，每个厂家对加湿器的需求都有所不同，空气加湿器的测试面临着型号规格功率不一致，测试条件单一，测试效率低下，测试方法不明确的问题，并且市场上的燃料电池空气加湿器测试设备兼容性不强，无法做到全方位应用于不同功率类型的燃料电池加湿器测试。


技术实现要素：

5.针对以上技术问题，本发明提供一种燃料电池空气加湿器性能测试装置，以应用于不同功率类型的燃料电池空气加湿器的性能测试。相应的，本发明还提供一种燃料电池空气加湿器性能测试方法，以及一种燃料电池空气加湿器气密性测试方法，以简化并规范燃料电池空气加湿器的测试步骤，提高测试效率。
6.根据本发明的一方面，提供一种燃料电池空气加湿器性能测试装置，它包括：
7.燃料电池模拟器，连接至目标加湿器；
8.湿空气产生单元，通过一第一管路连接至目标加湿器的进气口，用以向所述目标加湿器提供符合预设流量、压力、温度及湿度的湿空气；
9.干空气产生单元，通过所述第一管路连接至目标加湿器的进气口，用以向所述目标加湿器提供符合预设流量、压力及温度的干空气；
10.第一传感器组件，设于所述第一管路，至少用以获取进入所述目标加湿器的空气的压力、温度及湿度数据；
11.一第二管路，连接至所述目标加湿器的排气口，该第二管路上设有一背压阀；
12.第二传感器组件，设于所述第二管路，且位于所述背压阀与所述排气口之间，至少用以获取流出所述目标加湿器的空气的压力、温度及湿度数据；以及
13.上位机，用以根据测试工况设置所述燃料电池模拟器的参数及背压阀的输出压力参数，根据进入及流出所述目标加湿器的空气的实时压力之差绘制出燃料电池空气加湿器的流阻曲线，以及根据进入及流出所述目标加湿器的空气的实时湿度之差绘制出燃料电池空气加湿器的加湿特性曲线。
14.在本发明的一实施方式中，所述湿空气产生单元包括：
15.水箱，存储有去离子水；
16.加湿罐，通过一第三管路连接至所述水箱；所述加湿罐设有加热组件和冷却组件，用以调节该加湿罐内去离子水的温度；以及
17.第四管路，连接至所述加湿罐的进气口；该第四管路上设有一第一减压阀和一第一电磁阀，用以向所述加湿罐输送预设压力的空气；以及
18.多个第五管路，一端连接至所述加湿罐的排气口，另一端连接至所述第一管路；每个第五管路上均设有一组预设规格电磁阀、质量流量控制器及加热保温带，用以控制自加湿罐流入所述目标加湿器的湿空气的流量、压力及温度。
19.在本发明的一实施方式中，所述干空气产生单元包括：一第六管路，该第六管路的一端通入外部空气，另一端连接至多个第七管路的第一端；该第六管路上设有一第二减压阀和一第二电磁阀，用以向所述第七管路输送预设压力的空气；各所述第七管路的第二端均连接至所述第一管路；每个第七管路上均设有一组预设规格电磁阀、质量流量控制器及加热保温带，用以控制自所述第六管路流入所述目标加湿器的干空气的流量、压力及温度。
20.在本发明的一实施方式中，所述第一传感器组件包括一第一压力传感器、一第一温度传感器和一第一湿度传感器。
21.在本发明的一实施方式中，所述第二传感器组件包括一第二压力传感器、一第二温度传感器和一第二湿度传感器。
22.在本发明的一实施方式中，所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置还包括若干第八管路，所述第八管路的一端连接至所述第一管道，另一端与外部连通；所述第八管路上设有控制阀，用以调节所述第一管道内气体的压力。
23.在本发明的一实施方式中，所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置还包括一第九管路，该第九管路的一端通入测试气体，另一端连接至所述第一管路；该第九管路上设有一第三减压阀和一第三电磁阀。
24.本发明所提出的燃料电池空气加湿器性能测试装置可以应用于不同功率类型的燃料电池空气加湿器的性能测试，覆盖面广、测试效率及可靠性高。
25.根据本发明的另一方面，提供一种燃料电池空气加湿器气密性测试方法，它采用如上所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置，包括如下步骤：
26.根据目标加湿器的压力范围调节第三减压阀的输出压力；
27.控制第三电磁阀开启，以使测试气体流入目标加湿器；
28.获取第三电磁阀开启第一时间后流出所述目标加湿器的测试气体的第一压力数据；
29.获取第三电磁阀开启第二时间后流出所述目标加湿器的测试气体的第二压力数据；
30.比较所述第一压力数据和所述第二压力数据的差值；
31.若所述差值等于0，则所述目标加湿器无泄漏，气密性测试通过；反之则所述目标加湿器存在泄露，气密性测试不通过。
32.本发明提出的燃料电池空气加湿器气密性测试方法，可以简化并规范燃料电池空气加湿器气密性的测试步骤，提高测试效率。
33.根据本发明的又一方面，提供一种燃料电池空气加湿器性能测试方法，它采用如上所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置，包括如下步骤：
34.设置目标加湿器的测试工况，以湿空气作为测试介质；
35.根据所述测试工况，设置燃料电池模拟器参数、湿空气产生单元的进气压力参数，以及背压阀输出压力参数；
36.根据目标加湿器的功率，通过湿空气产生单元向所述目标加湿器提供符合预设流量、压力、温度及湿度的湿空气；
37.获取第一管路及第二管路中气体的实时压力数据；
38.根据第一管路及第二管路中气体的实时压力数据之差绘制出目标空气加湿器的流阻曲线，完成目标空气加湿器湿空气流阻测试；
39.获取第一管路及第二管路中气体的实时湿度数据；
40.根据第一管路及第二管路中气体的实时湿度数据之差绘制出目标空气加湿器的加湿特性曲线，完成目标空气加湿器湿空气加湿能力测试。
41.本发明提出的燃料电池空气加湿器性能测试方法，可以简化并规范燃料电池空气加湿器的测试步骤，提高测试效率。
42.根据本发明的再一方面，提供一种燃料电池空气加湿器性能测试方法，它采用如上所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置，包括如下步骤：
43.设置目标加湿器的测试工况，以干空气作为测试介质；
44.根据所述测试工况，设置燃料电池模拟器参数、干空气产生单元的进气压力参数，以及背压阀输出压力参数；
45.根据目标加湿器的功率，通过干空气产生单元向所述目标加湿器提供符合预设流量、压力及温度的干空气；
46.获取第一管路及第二管路中气体的实时压力数据；
47.根据第一管路及第二管路中气体的实时压力数据之差绘制出目标空气加湿器的流阻曲线，完成目标空气加湿器干空气流阻测试；
48.获取第一管路及第二管路中气体的实时湿度数据；
49.根据第一管路及第二管路中气体的实时湿度数据之差绘制出目标空气加湿器的加湿特性曲线，完成目标空气加湿器干空气加湿能力测试。
50.本发明提出的燃料电池空气加湿器性能测试方法，可以简化并规范燃料电池空气加湿器的测试步骤，提高测试效率。
附图说明
51.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1是本发明一实施例中燃料电池空气加湿器性能测试装置的整体结构示意图。
53.图2为图1所示燃料电池空气加湿器性能测试装置中湿空气产生单元的放大示意图。
54.图3为图1所示燃料电池空气加湿器性能测试装置中湿空气产生单元的放大示意图。
55.图4是本发明一实施例中燃料电池空气加湿器气密性测试方法的流程图。
56.图5是本发明一实施例中燃料电池空气加湿器性能测试方法的流程图。
57.图6是本发明另一实施例中燃料电池空气加湿器性能测试方法的流程图。
58.附图标记
59.101水箱
60.102加湿罐
61.103第三管路
62.104加热组件
63.105冷却组件
64.106第四管路
65.107第一减压阀
66.108第一电磁阀
67.109第一单元电磁阀
68.110第一单元质量流量控制器
69.111第一单元加热保温带
70.112第五管路
71.200第一管路
72.201第一压力传感器
73.202第一温度传感器
74.203第一湿度传感器
75.300目标加湿器
76.400燃料电池模拟器
77.500第二管路
78.501第二压力传感器
79.502第二温度传感器
80.503第二湿度传感器
81.504背压阀
82.505第十管路
83.506换热器
84.507汽水分离器
85.600第六管路
86.601第二减压阀
87.602第二电磁阀
88.700第七管路
89.701第二单元电磁阀
90.702第二单元质量流量控制器
91.703第二单元加热保温带
92.800第八管路
93.900第九管
94.901第三减压阀
95.902第三电磁阀
具体实施方式
96.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
97.实施例1
98.图1是本发明一实施例中燃料电池空气加湿器性能测试装置的整体结构示意图；图2为图1所示燃料电池空气加湿器性能测试装置中湿空气产生单元的放大示意图；以及图3为为图1所示燃料电池空气加湿器性能测试装置中湿空气产生单元的放大示意图。根据本发明的一方面，提供一种燃料电池空气加湿器性能测试装置，它包括：燃料电池模拟器400、湿空气产生单元、干空气产生单元、第一传感器组件、一第一管路200、一第二管路500、第二传感器组件，以及上位机。所述燃料电池模拟器400连接至目标加湿器300。所述湿空气产生单元通过所述第一管路200连接至目标加湿器300的进气口，用以向所述目标加湿器300提供符合预设流量、压力、温度及湿度的湿空气。所述干空气产生单元通过所述第一管路200连接至目标加湿器300的进气口，用以向所述目标加湿器300提供符合预设流量、压力及温度的干空气。所述第一传感器组件设于所述第一管路200，至少用以获取进入所述目标加湿器300的空气的压力、温度及湿度数据。所述第二管路500连接至所述目标加湿器300的排气口，该第二管路500上设有一背压阀504。所述第二传感器组件设于所述第二管路500，且位于所述背压阀504与所述排气口之间，至少用以获取流出所述目标加湿器300的空气的压力、温度及湿度数据。所述上位机用以根据测试工况设置所述燃料电池模拟器400的参数及背压阀504的输出压力参数，根据进入及流出所述目标加湿器300的空气的实时压力之差绘制出燃料电池空气加湿器的流阻曲线，以及根据进入及流出所述目标加湿器300的空气的实时湿度之差绘制出燃料电池空气加湿器的加湿特性曲线。
99.本发明所提出的燃料电池空气加湿器性能测试装置可以应用于不同功率类型的燃料电池空气加湿器的性能测试，覆盖面广、测试效率及可靠性高。
100.如图2所示，所述湿空气产生单元可以包括：水箱101、加湿罐102、一第三管路103、一第四管路106、以及多个第五管路112。所述水箱101存储有去离子水。所述加湿罐102通过一第三管路103连接至所述水箱101。所述加湿罐102设有加热组件104和冷却组件105，用以调节该加湿罐102内去离子水的温度。所述加热组件104和冷却组件105采用现有技术即可，此处不再赘述。所述第四管路106连接至所述加湿罐102的进气口。该第四管路106上设有一第一减压阀107和一第一电磁阀108，用以向所述加湿罐102输送预设压力的空气。所述第五管路112的一端连接至所述加湿罐102的排气口，另一端连接至所述第一管路200。每个第五
管路112上均设有一组预设规格的电磁阀、质量流量控制器及加热保温带，用以控制自加湿罐102流入所述目标加湿器300的湿空气的流量、压力及温度。由此可以用于对不同功率规格的目标加湿器300进行性能测试。当然，本领域技术人员应当理解的是，所述第三管路103上还可根据需要设置水泵，用以向所述加湿罐102供水。
101.如图3所示，所述干空气产生单元可以包括：一第六管路600，该第六管路600的一端通入外部空气，另一端连接至多个第七管路700的第一端。该第六管路600上设有一第二减压阀601和一第二电磁阀602，用以向所述第七管路700输送预设压力的空气。各所述第七管路700的第二端均连接至所述第一管路200。每个第七管路700上均设有一组预设规格的电磁阀、质量流量控制器及加热保温带，用以控制自所述第六管路600流入所述目标加湿器300的干空气的流量、压力及温度。由此可以用于对不同功率规格的目标加湿器300进行性能测试。
102.进一步地，所述第一传感器组件可以包括一第一压力传感器201、一第一温度传感器202和一第一湿度传感器203。由此可以获取进入所述目标加湿器300的空气的压力、温度及湿度数据。所述第二传感器组件可以包括一第二压力传感器501、一第二温度传感器502和一第二湿度传感器503。由此可以获取流出所述目标加湿器300的空气的压力、温度及湿度数据。
103.如图1所示，所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置还可以包括若干第八管路800，所述第八管路800的一端连接至所述第一管道，另一端与外部连通；所述第八管路800上设有控制阀，用以调节所述第一管道内气体的压力。具体而言，其中一第八管道上设有一安全阀，还可以有一第八管路800上设有一电磁阀，还可以有一第八管路800上设有一节流阀。可以通过控制所述安全阀、所述电磁阀及所述节流阀的开启或关闭，以调节第一管路200内气体的压力，降低安全隐患。
104.进一步地，所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置还可以包括一第九管900，该第九管900的一端通入测试气体，另一端连接至所述第一管路200。该第九管900上设有一第三减压阀901和一第三电磁阀902。由此可以对目标加湿器300进行气密性测试。
105.此外，本发明燃料电池空气加湿器性能测试装置还可以包括一余热回收组件，所述余热回收组件包括一换热器506和一第十管路505，所述换热器506的进气口连接至所述第二管路500。所述第十管路505的一端接入冷却水，另一端连接至所述换热器506的进水口。由此可以对流经第二管路500的气体的热量进行回收，促进资源的循环利用。
106.此外，本发明燃料电池空气加湿器性能测试装置还可以包括一汽水分离器507，所述汽水分离器507连接至所述换热器506的排气口。由此可以对流经第二管路500的气体中的水分进行回收，促进资源的循环利用。所述换热器506可以为板式换热器506。
107.综上，本发明所提出的燃料电池空气加湿器性能测试装置可以应用于不同功率类型的燃料电池空气加湿器的性能测试，覆盖面广、测试效率及可靠性高。
108.实施例2
109.图4是本发明一实施例中燃料电池空气加湿器气密性测试方法的流程图。如图4所示，根据本发明的另一方面，提供一种燃料电池空气加湿器气密性测试方法，它采用如上所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置，包括如下步骤：
110.s110，根据目标加湿器300的压力范围调节第三减压阀901的输出压力。
111.s120，控制第三电磁阀902开启，以使测试气体流入目标加湿器300。
112.s130，获取第三电磁阀902开启第一时间后流出所述目标加湿器300的测试气体的第一压力数据。所述第一时间可以是2分钟，待所述第一压力数据稳定即可。
113.s140，获取第三电磁阀902开启第二时间后流出所述目标加湿器300的测试气体的第二压力数据。所述第二时间可以根据需要设置，例如可以是5分钟。
114.s150，比较所述第一压力数据和所述第二压力数据的差值。
115.s160，若所述差值等于0，则所述目标加湿器300无泄漏，气密性测试通过。
116.s170，若所述差值不等于0，则所述目标加湿器300存在泄露，气密性测试不通过。
117.本发明提出的燃料电池空气加湿器气密性测试方法，可以简化并规范燃料电池空气加湿器气密性的测试步骤，提高测试效率。
118.实施例3
119.图5是本发明一实施例中燃料电池空气加湿器性能测试方法的流程图。如图5所示。根据本发明的又一方面，提供一种燃料电池空气加湿器性能测试方法，它采用如实施例1所述燃料电池空气加湿器性能测试装置，包括如下步骤：
120.s210，设置目标加湿器300的测试工况，以湿空气作为测试介质。
121.s220，根据所述测试工况，设置燃料电池模拟器400参数、湿空气产生单元的进气压力参数，以及背压阀504输出压力参数。
122.s230，根据目标加湿器300的功率，通过湿空气产生单元向所述目标加湿器300提供符合预设流量、压力、温度及湿度的湿空气。
123.例如，如果是0～10kw小功率空气加湿器，通过上位机打开第一电磁阀108、第二电磁阀602及一第五管路112中的第一单元电磁阀109。根据测试工况调节该第五管路112上第一单元保温加热带以维持目标燃料电池加湿器对气体温度的需求，调节该第五管路112上第一单元质量流量控制器110达到测试工况需求，使满足条件的气体进入目标燃料电池空气加湿器。如果是10～100kw中等功率的空气加湿器，通过上位机打开第一电磁阀108、第二电磁阀602及另一第五管路112中的第一单元电磁阀109。根据测试工况调节该另一第五管路112上第一单元保温加热带以维持目标燃料电池加湿器对气体温度的需求，调节该另一第五管路112上第一单元质量流量控制器110达到测试工况需求，使满足条件的气体进入目标燃料电池空气加湿器。如果是100kw以上大功率空气加湿器，通过上位机打开第一电磁阀108、第二电磁阀602及又一第五管路112中的第一单元电磁阀109，根据测试工况调节该又一第五管路112上第一单元保温加热带以维持目标燃料电池加湿器对气体温度的需求，调节该又一第五管路112上第一单元质量流量控制器110达到测试工况需求，使满足条件的气体进入目标燃料电池空气加湿器。
124.s240，获取第一管路200及第二管路500中气体的实时压力数据。
125.s250，根据第一管路200及第二管路500中气体的实时压力数据之差绘制出目标空气加湿器的流阻曲线，完成目标空气加湿器湿空气流阻测试。
126.s260，获取第一管路200及第二管路500中气体的实时湿度数据。
127.s270，根据第一管路200及第二管路500中气体的实时湿度数据之差绘制出目标空气加湿器的加湿特性曲线，完成目标空气加湿器湿空气加湿能力测试。
128.本发明提出的燃料电池空气加湿器性能测试方法，可以简化并规范燃料电池空气
加湿器的测试步骤，提高测试效率。
129.实施例4
130.图6是本发明另一实施例中燃料电池空气加湿器性能测试方法的流程图。如图6所示，发明还提供另一种燃料电池空气加湿器性能测试方法，它采用如实施例1所述的燃料电池空气加湿器性能测试装置，包括如下步骤：
131.s310，设置目标加湿器300的测试工况，以干空气作为测试介质。
132.s320，根据所述测试工况，设置燃料电池模拟器400参数、干空气产生单元的进气压力参数，以及背压阀504输出压力参数。
133.s330，根据目标加湿器300的功率，通过干空气产生单元向所述目标加湿器300提供符合预设流量、压力及温度的干空气。
134.例如，如果是0～10kw小功率空气加湿器，通过上位机打开第一电磁阀108、第二电磁阀602及一第七管路700中的第二单元电磁阀701。根据测试工况调节该第七管路700上第二单元保温加热带以维持目标燃料电池加湿器对气体温度的需求，调节该第七管路700上第二单元质量流量控制器702达到测试工况需求，使满足条件的气体进入目标燃料电池空气加湿器。如果是10～100kw中等功率的空气加湿器，通过上位机打开第一电磁阀108、第二电磁阀602及另一第七管路700中的第二单元电磁阀701。根据测试工况调节该另一第七管路700上第二单元保温加热带以维持目标燃料电池加湿器对气体温度的需求，调节该另一第七管路700上第二单元质量流量控制器702达到测试工况需求，使满足条件的气体进入目标燃料电池空气加湿器。如果是100kw以上大功率空气加湿器，通过上位机打开第一电磁阀108、第二电磁阀602及又一第七管路700中的第二单元电磁阀701，根据测试工况调节该又一第七管路700上第二单元保温加热带以维持目标燃料电池加湿器对气体温度的需求，调节该又一第七管路700上第二单元质量流量控制器702达到测试工况需求，使满足条件的气体进入目标燃料电池空气加湿器。
135.s340，获取第一管路200及第二管路500中气体的实时压力数据。
136.s350，根据第一管路200及第二管路500中气体的实时压力数据之差绘制出目标空气加湿器的流阻曲线，完成目标空气加湿器干空气流阻测试。
137.s360，获取第一管路200及第二管路500中气体的实时湿度数据。
138.s370，根据第一管路200及第二管路500中气体的实时湿度数据之差绘制出目标空气加湿器的加湿特性曲线，完成目标空气加湿器干空气加湿能力测试。
139.本发明提出的燃料电池空气加湿器性能测试方法，可以简化并规范燃料电池空气加湿器的测试步骤，提高测试效率。
140.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。