一种燃料电池空气过滤器对气体过滤的测试装置的制作方法

本实用新型涉及氢燃料电池汽车技术领域，特别涉及一种燃料电池空气过滤器对气体过滤的测试装置。

背景技术：

由于国内空气质量的现状会影响燃料电池的性能并减少其寿命，所以在燃料电池动力系统中必须使用空气过滤器，既可以过滤物理颗粒物，同时又可以滤除有毒有害气体。但目前国内对于燃料电池空气过滤器对有害气体的过滤效率及过滤性能认定缺乏专业测试机构，燃料电池空气过滤器对气体过滤的测试装置也有别于传统汽车滤清器、汽车空调滤清器测试装置，因其对气体过滤的种类及特性要求不同，传统汽车滤清器、汽车空调滤清器测试主要针对物理颗粒物及甲醛、voc等气体。而目前国内燃料电池客车、物流车已达数千辆级规模，燃料电池空气过滤器的过滤性能亟需一套相对完善、成熟的测试方法及装置进行评估，以助力燃料电池汽车行业的发展。

空气中对燃料电池阴极催化剂影响比较大的气体是二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、氨、一氧化碳、苯、甲苯等，根据对全国各大城市空气质量的监测，在以上几种气体中，通常空气中浓度含量高于燃料电池阴极空气进气指标的气体是二氧化硫、氮氧化物和氨，因此，需要一套测试装置能够同时测试燃料电池空气过滤器对以上三种气体的吸附性能及效率，对燃料电池空气过滤器的过滤性能进行认定与评估。

因每个地区与城市空气质量不同，空气中含有对燃料电池电堆影响的有毒有害气体浓度也不相同，因此，除了对燃料电池空气过滤器过滤性能通过测试认定以外，也需要对燃料电池空气过滤器在不同地区的具体寿命进行测试评估，以确定其滤芯的更换周期，避免提前或延迟更换，降低经济成本，减少开支，避免因延迟更换对燃料电池性能造成影响。

本实用新型提供了可以同时测试二氧化硫、氮氧化物和氨的测试装置，弥补了国内对于燃料电池空气过滤器过滤性能无法认定评估的不足；进一步的，通过对不同地区燃料电池空气过滤器的寿命进行准确的测试评估，可以确定其滤芯的最佳更换周期。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种燃料电池空气过滤器对气体过滤的测试装置，有利于实现对燃料电池空气过滤器对化学气体的过滤效率及过滤性能的综合评估，还可对燃料电池空气过滤器的使用寿命进行准确的测试评估。

本实用新型采用的技术方案为，一种燃料电池空气过滤器对气体过滤的测试装置，包括：

测试主管路，其两端设有进气端和排气端，该进气端用于输送测试所需的混合毒化空气；

所述进气端的下游管路设有湿度传感器、温度传感器和气体流量计；

所述气体流量计的下游管路连接至空气过滤器，该空气过滤器的两端管路上分别设有采样口，两个采样口之间分别连接气体浓度监测仪和压降测试仪；

所述空气过滤器的下游管路安装有风机，用于调节主管路中的风速。

由上，在进行测试时，打开风机设置所需风速，使混合毒化空气通过该测试装置的进气端进入到主管路，并通过温度传感器和湿度传感器对该混合毒化空气进行温度和湿度的检测，混合毒化空气经过主管路进入到空气过滤器进行过滤，通过实时采集上游采样口和下游采样口的空气浓度及压强，计算得出该空气过滤器的过滤效率和性能，达到测试评估的目的。

进一步改进，还包括一混匀仓，该混匀仓的进气口分别通过管路连接空气进气口和毒化气体进气口；

该混匀仓的内部安装有搅拌风扇，用于将空气和毒化气体进行搅拌混匀后输送至所述测试主管路的进气端。

由上，利用混匀仓可将空气与高浓度毒化气体进行搅拌混匀，使其满足测试所需的混合毒化空气条件，同时，该混匀仓应采用密封抗腐蚀材料，使搅拌风扇在其内部工作，避免空气泄漏造成污染。

进一步改进，所述混匀仓的下游管路还设有气压计，用于监测环境大气压。

由上，通过在混匀仓下游管路设一气压计，可用于监测环境大气压。

进一步改进，所述空气进气口处安装有恒温恒湿器，使进入测试主管路的空气保持在恒温、恒湿状态。

由上，在空气进气口采用恒温恒湿器对自然空气进行加温加湿，使进入主管路的空气满足测试所需条件。

其中，所述空气进气口与所述混匀仓的连接管路上设置有阀门。

由上，由于空气进气口和毒化气体进气口合并进入混匀仓，为防止毒化气体通过空气进气口溢出，可在空气进气口与混匀仓的连接管路上设置一安全阀门，在紧急情况下通过关闭阀门，避免毒化气体溢出污染空气。

其中，所述毒化气体进气口连接装有毒化气体的气瓶，该气瓶的出气口处设有气体流量计。

由上，高浓度的毒化气体具有强腐蚀性，因此需要保存在具有抗腐蚀性的气瓶内，在进行测试时，打开气瓶的阀门，使毒化气体通过管路进入到混匀仓内，并采用气体流量计对毒化气体的流量进行实施监测。

进一步改进，还包括连接在排气端的回收装置，用于将穿透空气过滤器的混合毒化空气进行回收。

由上，由于经过空气过滤器过滤后的空气中容易含有毒化气体，为保证环境安全，在排气端还需设置一回收装置，对气体进行充分净化后再排出室外，避免造成空气污染。

其中，所述回收装置内设置有酸性和碱性的吸附材料。

由上，根据毒化气体的特性，该回收装置可同时设置在酸液中浸泡的改性分子栅/活性炭和在碱液中浸泡的改性分子栅/活性炭，当测试二氧化硫、氮氧化物等酸性气体时，使用碱液中浸泡改性后的分子栅/活性炭通道进行回收；测试氨等碱性气体时，使用酸液中浸泡改性后的分子栅/活性炭通道进行回收。

其中，所述气体浓度监测仪两端设置有阀门。

由上，通过在气体浓度监测仪两端设置阀门，当对上游采样口的气体进行监测时，打开上游的阀门，关闭下游的阀门，此时可测得未经过滤的毒化气体浓度，当对下游采样口的气体进行监测时，关闭上游的阀门，打开下游的阀门，此时可测得过滤后的毒化气体浓度，通过对浓度进行对比，即可测试出空气过滤器的过滤性能和效率。

可选的，所述空气过滤器安装于一密封的测试气仓内，该测试气仓连接于所述测试主管路中。

由上，该空气过滤器可直接通过管路连接于测试主管路中，也可以设置一个测试气仓，将空气过滤器放置其中进行测试。空气过滤器与测试主管路的连接需要密封，不可以漏气，其进气口连接于上游管路，其出气口连接于下游管路。

附图说明

图1为本实用新型燃料电池空气过滤器毒化气体测试装置的原理示意图；

图2为本实用新型回收装置的示意图；

图3为本实用新型燃料电池空气过滤器寿命测试装置的原理示意图。

具体实施方式

本实用新型的主要目的在于提供一种燃料电池空气过滤器对气体过滤的测试装置，有利于实现对燃料电池空气过滤器对化学气体的过滤效率及过滤性能的综合评估，还可对燃料电池空气过滤器的使用寿命进行准确的测试评估。

下面参照附图所示实施例，对本实用新型的工作原理及工作步骤进行详细说明。

如图1所示，本实用新型的第一实施例提供了一种燃料电池空气过滤器毒化气体测试装置，包括：

测试主管路1，采用不锈钢材质，其两端设有进气端和排气端，该进气端分别设有空气进气口和毒化气体进气口，该空气进气口和毒化气体进气口的下游设有混匀仓2，该混匀仓2采用抗腐蚀不锈钢材质，其内设有搅拌风扇，从空气进气口进入的空气和从毒化气体进气口进入的高浓度毒化气体，经过搅拌风扇搅拌混匀之后，生成测试所需的混合毒化空气；

上述毒化气体进气口通过软管连接一存储测试所需的高浓度毒化气体的气瓶3，该气瓶3与毒化气体进气口之间还设有气体流量计4，用于实时监测进入测试主管路1的毒化气体的流量；

上述空气进气口通过软管连接一恒温恒湿器5，用于对进入空气进气口的新鲜空气进行加温加湿，使用于测试的空气保持在恒温恒湿的状态下，保证测试数据的准确，该恒温恒湿器5与空气进气口之间还设有一阀门6，当停止测试时，关闭阀门6，防止气瓶3泄漏，导致毒化气体从空气进气口处溢出污染空气；

上述混匀仓2的下游管路设有气压计17、湿度传感器7、温度传感器8和气体流量计9，分别用于测试环境大气压和混合毒化空气的湿度、温度，以及通过测试主管路1的混合毒化空气的流量；

所述气体流量计9的下游管路连接至燃料电池空气过滤器10，该燃料电池空气过滤器10可直接通过管路连接于测试主管路1中，也可设置一个测试气仓，将该燃料电池空气过滤器10置于该气仓内，使其处于模拟的空气环境中进行测试，与该燃料电池空气过滤器10连接的两端管路上分别设有上游采样口和下游采样口，上下游采样口之间通过软管连接一气体浓度监测仪11，该气体浓度监测仪11连通于上下游采样口之间都设有阀门12和阀门13，可选择监测上游或下游的混合毒化空气浓度；

上述上游采样口和下游采样口之间还连接一压降测试仪14，用于监测不同风速下燃料电池空气过滤器10的压降，上游采样口和下游采样口尽可能靠近燃料电池空气过滤器10的进风口和出风口，使压降测试仪测试准确；

上述燃料电池空气过滤器10的下游管路设置有可调速的风机15，可提供测试所需的风速，保证混合毒化空气从上游向下游流动；

该风机15的下游设置有回收装置16，如图2所示，该回收装置16用于将穿透燃料电池空气过滤器10的毒化气体进行回收，回收装置16中同时设置有在酸液中浸泡的改性分子栅/活性炭和在碱液中浸泡的改性分子栅/活性炭，回收装置中在酸液和碱液中浸泡改性后的分子栅/活性炭分两路放置，测试二氧化硫、氮氧化物等酸性气体时，使用碱液中浸泡改性后的分子栅/活性炭通道进行回收；测试氨等碱性气体时，使用酸液中浸泡改性后的分子栅/活性炭通道进行回收，回收装置中在酸液和碱液中浸泡改性后的分子栅/活性炭定期需要维护更换；

经过回收处理后的测试气体，可以经过测试主管路上的排气口，直接排放到室外环境空气中，注意排气口需要放置在室外，不可放置在室内等封闭的环境中。

本实施例所述的燃料电池空气过滤器毒化气体测试装置的工作原理如下：

将待测试的燃料电池空气过滤器10连接于测试主管路1中，确认密封无泄漏，依次打开阀门6、风机15、混匀仓2中的搅拌风扇，使经过恒温恒湿器处理后的洁净空气通过空气进气口进入测试主管路1，调节风机15使测试主管路中的空气风速至所需额定风速，用测试主管路1中的气体流量计9监测确认，保持风机15稳定运转，使空气流速稳定；

打开压降测试仪14，测试在额定风速下燃料电池空气过滤器10的压降，并记录测试条件及结果数据，判断此燃料电池空气过滤器10是否可以满足燃料电池系统空气进气的压降需求；

待测试主管路中的空气风速稳定后，使用湿度传感器7测试主管路中空气的湿度，温度传感器8测试主管路中空气的温度，确认空气的温度和湿度保持在稳定的值域范围；

等待上述条件稳定后，打开阀门12，使气体浓度监测仪11连通于上游采样口，之后打开气瓶3瓶口阀，使用气体流量计4调节毒化气体的流速，流速调节由小逐渐到大，毒化气体经过混匀仓2充分混匀，经上游采样口进入气体浓度监测仪11，实时读取上游浓度数据，调节气体流量计4，使上游的混合毒化空气浓度稳定在设定的浓度范围，保持稳定不变；

当上游采样口采集的气体浓度达到测试所需要的稳定数值后，关闭阀门12，打开阀门13，使通过燃料电池空气过滤器10滤除后的气体经过下游采样口进入气体浓度监测仪11，实时读取下游浓度数据，并计算燃料电池空气过滤器10的初始过滤效率，公式为初始过滤效率＝(上游浓度-下游浓度)/上游浓度*100％

根据初始过滤效率可以判断燃料电池空气过滤器10的过滤效果，是否可以满足燃料电池系统空气进气的指标要求；

毒化气体的上游浓度不宜定的过高，建议不超过实际道路交通空气中该毒化气体浓度的1000倍，否则初始过滤效率可能会不准确；

持续测试，保持上游毒化气体浓度的稳定，温度、湿度稳定，当下游浓度达到上游浓度的设定值时，测试终止，记录整个过程的测试时间；

依次关闭气瓶3瓶口阀、气体流量计4，持续通入洁净空气，使用气体浓度监测仪11监测毒化气体下游浓度达到室外环境中该毒化气体的浓度为止，再关闭气体流量计9、混匀仓2的搅拌风扇、气体浓度监测仪11、风机15，从测试主管路1中拿掉燃料电池空气过滤器10，恢复测试装置；

根据监测的毒化气体上下游浓度数据及测试时间，绘制燃料电池空气过滤器10的吸附效率曲线图，通过积分计算可以得到燃料电池空气过滤器对该毒化气体的饱和吸附量，饱和吸附量可以反映出空气过滤器对该毒化气体的过滤性能；

根据本实施例中的测试结果，估算出燃料电池空气过滤器的大致寿命。估算方法如下：对该地区环境空气中二氧化硫、氮氧化物、氨的浓度进行长期监测，二氧化硫、氮氧化物的环境浓度国家环境保护部网站会有监测并对外公布，氨额浓度可以通过定期采样测试来监测，将监测数据整理汇总后，计算出这三种气体的年平均浓度，根据本实施例中的测试结果，分别计算出燃料电池空气过滤器对每种气体不同的寿命，计算公式为：

估算寿命＝饱和吸附量/(当地某一种气体年平均浓度*风速)。

待测试的燃料电池空气过滤器可以是滤芯，也可是滤芯和外壳的过滤器总成；

上述气体浓度监测仪11采用具有较高精度的测试仪器，其采样频率为10s一次，满足测试燃料电池空气过滤器初始过滤效率的需求。

本实用新型提供的第二个实施例中，由于室外道路环境空气中有害气体成本复杂多样，与实验室中的单一有害气体的毒化测试差异较大，需要对燃料电池空气过滤器在不同地区的寿命进行相当精确的评估，如图3所示，本实用新型提供的燃料电池空气过滤器寿命测试装置取消了气瓶、混匀仓和回收装置等，将空气进气口直接置于空气中，本实施例中，测试气体采用测试地区当地的道路交通空气，测试装置安装在当地主要交通道路旁，其工作原理如下：

将一个新的燃料电池空气过滤器10安装到燃料电池客车或物流车上，并追踪记录燃料电池电堆运行时间及车辆行驶里程，当燃料电池电堆运行时间达到预估寿命80％时，将燃料电池空气过滤器10取下，妥善密封保存，用于准确的寿命评估测试；

对于取下的燃料电池空气过滤器10需要首先通过压降测试仪14进行压降测试，若符合进气需求，则进行下一步寿命测试，若不符合，说明该燃料电池空气过滤器已超过运行寿命，需要减少其在燃料电池车上的运行时间，再次进行同样的测试；

将待测试的燃料电池空气过滤器10安装到该燃料电池空气过滤器寿命测试装置的测试主管道1中，打开气体流量计9，监测测试主管道1中空气风量，调节风机14转速使风量稳定在燃料电池空气过滤器10运行的额定风量，打开气体浓度监测仪11，打开阀门12，监测上游气体浓度，至少记录三组数据，先确认实际监测值与环境保护部网站公布的监测值是否一致，再关闭阀门12，打开阀门13，监测下游气体浓度，至少记录三组数据；

先将下游气体浓度与上游气体浓度进行对比分析，再确认下游气体浓度值是否满足燃料电池系统空气进气的指标要求；

如果数值偏低，说明燃料电池空气过滤器10仍具有一定的过滤性能，未到其使用寿命，继续将燃料电池空气过滤器10装到车上运行，接近预估寿命时，再次进行测试，以确定其精确的寿命；若仍未达到其使用寿命，继续将燃料电池空气过滤器10装到车上运行至预估寿命的110％、120％，分别进行测试，以确定其精确的寿命；

如果数值接近，说明燃料电池空气过滤器寿命已到，需要更换滤芯；

如果数值超过进气指标，说明燃料电池空气过滤器寿命早已结束，需要再减少其在燃料电池车上的运行时间，再次进行同样的测试，以确定其精确的寿命；

上述湿度传感器7、温度传感器8和气压计17用来监测当地道路交通空气的湿度、温度和环境大气压。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。