一种用于燃料电池分水件的测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池分水件的测试装置。


背景技术：

2.在燃料电池运行过程中，阴极会产生大量的水。由于水的渗透与拖曳作用，部分水会渗透至阳极，如果阴/阳极的水不能顺利排出，会造成电堆的单片性能衰减/下降，甚至影响整个电堆的寿命。
3.燃料电池的氢气侧出口、空气侧出口处一般均设有分水件，分水件的分水效率十分重要。氢气侧出口的分水件的分水效率不高，会导致电堆内部含水量较高，出现水淹，长时间运行导致电堆的性能/寿命出现较大的不可逆损伤，以及，流阻比较高，在大电密工况下，出现穿堆/漏堆的风险。空气侧出口的分水件的分水效率不高，会导致较多的水进入膨胀机，影响膨胀机的性能/寿命，以及，流阻比较高，在大电密工况下，出现限电流和穿堆/漏堆的风险。
4.目前，现有分水件的测试方法只考虑到分水效率，而忽略了流阻是否适配电堆的问题。如果分水件的流阻持续增大，会增加入堆氢气的压力，导致出现穿堆漏堆的风险。目前，尚无燃料电池分水件的分水效率/流阻的具体量化方法，且分水件上下试验台架的步骤较为繁琐，验证分水效率不便利。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种用于燃料电池分水件的测试装置，用以解决现有测试装置未量化分水件的分水效率且忽略了分水件的流阻对电堆适配性的问题。
6.一方面，本实用新型实施例提供了一种用于燃料电池分水件的测试装置，包括气源（4）、水泵（1）、加热器（2）、气液混合室（8）、开关阀二（6）、水收集器一（13）、水收集器二（14），以及，用于获取水收集器一（13）、水收集器二（14）内储水量得出待测分水件的分水效率的第一解算单元；
7.水泵（1）的出水口一路经加热器（2）接其入水口，构成内循环支路，另一路经气液混合室（8）接其入水口，构成外循环支路；
8.气液混合室（8）的进气口经开关阀二（6）接气源（4），其出气口接待测分水件的输入端；待测分水件的排水口接水收集器一（13），其排气口接水收集器二（14）。
9.上述技术方案的有益效果如下：通过设置水收集器一（13）、水收集器二（14）并采集其内的存水量，量化了待测分水件的分水效率，防止出现测试后分水件的分水效率不足以满足使用需求的情况，避免待测分水件繁琐地上下试验台架，减少了试验周期，方便快捷地判断了待测分水件的分水效率合理性和适配性。上述结构的配合使用，使得该测试装置能够真实地模拟燃料电池使用时分水件内部的水、气状态，使得测试结果更加贴合实际结
果，有效提高了用户体验。
10.基于上述装置的进一步改进，该测试装置还包括用于启动后获取待测分水件的输入端-排气口的气压差得出待测分水件的流阻的第二解算单元。
11.进一步，该测试装置还包括开关阀一（3）、开关阀三（5）、开关阀四（9）和开关阀五（10）；其中，
12.水泵（1）的出水口一路依次经加热器（2）、开关阀一（3）接其入水口，构成内循环支路，另一路依次经气液混合室（8）内腔体顶部的雾化喷头、气液混合室（8）内腔体底部的出水口、开关阀三（5）后接其入水口，构成外循环支路；
13.气液混合室（8）的出气口经开关阀四（9）接待测分水件的输入端，其注水口经开关阀五（10）接外部注水设备。
14.进一步，所述气液混合室（8）的注水口设于该气液混合室（8）的顶部位置，其进气口设于该气液混合室（8）的一侧，其出气口设于该气液混合室（8）的进气口的对侧。
15.进一步，所述开关阀一（3）为球阀；
16.所述开关阀二（6）、开关阀三（5）、开关阀四（9）和开关阀五（10）为旋拧阀。
17.进一步，该测试装置还包括用于接收到测试指令后先启动开关阀一（3）并关闭开关阀二（6）、开关阀三（5）、开关阀四（9）和开关阀五（10）以加热内循环支路内的介质以及在加热过程中监测到水泵（1）的出水口温度达到设定值时启动开关阀三（5）并在监测到气液混合室（8）内气体温度达到目标温度时启动开关阀二（6）以及在气液混合室（8）内气体压力达到目标压力后启动开关阀四（9）、第一解算单元、第二解算单元的控制器；其中，
18.所述控制器的输出端与开关阀一（3）、开关阀二（6）、开关阀三（5）、开关阀四（9）和开关阀五（10）、第一解算单元、第二解算单元的控制端连接。
19.进一步，所述控制器进一步依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
20.进一步，所述数据采集单元进一步包括：
21.液体温度传感器，设于水泵（1）的出水口处管道内壁上；
22.气体温度-压力一体式传感器（7），设于气液混合室（8）内腔体的内壁上；
23.气体压力传感器（11、12），分别设于待测分水件的输入端管道内壁上、排气口管道内壁上；
24.液位高度传感器，设于气液混合室（8）内腔体的内壁上；
25.质量传感器，分别设于水收集器一（13）、水收集器二（14）的底部。
26.进一步，该测试装置还包括tvp粒径分布仪；其中，
27.所述tvp粒径分布仪的输入端与待测分水件的气体出口连接。
28.进一步，气液混合室（8）的出气口-待测分水件的输入端之间的管道内表面设有耐腐蚀隔热层。
29.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
30.1、快速检测出待测分水件的流阻，防止出现氢/空压差超过目标值，长时间运行导致电堆阴/阳互窜、后端背压较大，使得相应零部件均处于超负荷的状态，容易诱发事故的现象。如果待测分水件的分水效率达标，而流阻不达标，会缩短燃料电池零部件正常的使用寿命。
31.2、防止待测分水件的分水效率不够，繁琐地上下试验台架，减少了试验周期，方便
快捷地判断待测分水件的分水效率合理性与适配性，通过模拟真实分水件内部水/气状态（增设雾化喷头），使测试结果更加趋向于实际结果。
32.3、内、外循环的切换减少了加热时间，缩短了试验周期。
33.4、测试装置的测试范围宽泛，适用于大多数种类的待测分水件的流阻/分水效率的检测。
34.5、通过设置控制器，可降低人工控制进入分水器内气体的温度/压力造成的人为误差。
35.6、实用性广泛，氢气路/空气路的分水件或分水器，均可以适用。
36.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
37.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
38.图1示出了实施例1用于燃料电池分水件的测试装置组成示意图；
39.图2示出了实施例2用于燃料电池分水件的测试装置组成示意图。
40.附图标记：
[0041]1‑ꢀ
水泵；2
‑ꢀ
加热器；3
‑ꢀ
开关阀一；4
‑ꢀ
气源；5
‑ꢀ
开关阀三；6
‑ꢀ
开关阀二；7
‑ꢀ
气体温度-压力一体式传感器；8-气液混合室；9
‑ꢀ
开关阀四；10
‑ꢀ
开关阀五；11、12
‑ꢀ
气体压力传感器；13
‑ꢀ
水收集器一、14
‑ꢀ
水收集器二；0
‑ꢀ
待测分水器；vcu
‑ꢀ
控制器。
具体实施方式
[0042]
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0043]
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0044]
实施例1
[0045]
本实用新型的一个实施例，公开了一种用于燃料电池分水件的测试装置，如图1所示，包括气源4、水泵1、加热器2、气液混合室8、开关阀二6、水收集器一13、水收集器二14，以及，第一解算单元。
[0046]
水泵1的出水口一路经加热器2接其入水口，构成内循环支路（用于加热），另一路经气液混合室8接其入水口，构成外循环支路（用于测试）。
[0047]
气液混合室8的进气口经开关阀二6接气源4，其出气口接待测分水件的输入端；待测分水件的排水口接水收集器一13，其排气口接水收集器二14。
[0048]
第一解算单元，用于获取水收集器一13内储水量q1、水收集器二14内储水量q2得出待测分水件的分水效率。水收集器一13内的出水量越高且水收集器二14内储水量越低，说明分水效率越好。
[0049]
具体地，储水量可以是液位高度、液体体积、液体质量中的一种。分水效率的计算方法可参见 cn202110602502.1，即q1/（q1+q2），该计算方法不涉及任何程序的改进。
[0050]
与现有技术相比，本实施例提供的测试装置通过设置水收集器一、水收集器二并采集其内的存水量，量化了待测分水件的分水效率，防止出现测试后分水件的分水效率不足以满足使用需求的情况，避免待测分水件繁琐地上下试验台架，减少了试验周期，方便快捷地判断了待测分水件的分水效率合理性和适配性。上述结构的配合使用，使得该测试装置能够真实地模拟燃料电池使用时分水件内部的水、气状态，使得测试结果更加贴合实际结果，有效提高了用户体验。
[0051]
实施例2
[0052]
在实施例1的基础上进行改进，该测试装置还包括用于启动后获取待测分水件的输入端-排气口的气压差得出待测分水件的流阻的第二解算单元。
[0053]
流阻（或者流阻系数）的计算方法可参见cn201610096522.5。流阻与流速、压差等测量值有关，由于流速一定，仅测量气压差可得出待测分水件的流阻，也可以直接用气压差结果代替流阻。该计算方法不涉及任何程序的改进。
[0054]
优选地，该测试装置还包括开关阀一3、开关阀三5、开关阀四9和开关阀五10，如图2所示。
[0055]
其中，水泵1的出水口一路依次经加热器2、开关阀一3接其入水口，构成内循环支路，另一路依次经气液混合室8内腔体顶部的雾化喷头、气液混合室8内腔体底部的出水口、开关阀三5后接其入水口，构成外循环支路。
[0056]
气液混合室8的出气口经开关阀四9接待测分水件的输入端，其注水口经开关阀五10接外部注水设备。
[0057]
开关阀五10可用于回收水，避免水浪费与再加热的繁杂。
[0058]
优选地，所述气液混合室8的注水口设于该气液混合室8的顶部位置，其进气口设于该气液混合室8的一侧，其出气口设于该气液混合室8的进气口的对侧。
[0059]
优选地，所述开关阀一3为球阀，所述开关阀二6~开关阀五10为旋拧阀。
[0060]
优选地，该测试装置还包括控制器。
[0061]
控制器，用于接收到测试指令后先启动开关阀一3并关闭开关阀二6~开关阀五10以加热内循环支路内的介质以及在加热过程中监测到水泵1的出水口温度达到设定值时启动开关阀三5并在监测到气液混合室8内气体温度达到目标温度时启动开关阀二6以及在气液混合室8内气体压力达到目标压力后启动开关阀四9、第一解算单元、第二解算单元，并输出并显示第一解算单元、第二解算单元获得的分水效率、流阻。
[0062]
控制器的输出端与开关阀一3~开关阀五10、第一解算单元、第二解算单元的控制端连接。
[0063]
优选地，所述控制器进一步依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
[0064]
优选地，所述数据采集单元进一步包括液体温度传感器、气体温度-压力一体式传感器7、气体压力传感器11、12、液位高度传感器、质量传感器。
[0065]
液体温度传感器，设于水泵1的出水口处管道内壁上，用于获取水泵1的出水口温度。
[0066]
气体温度-压力一体式传感器7，设于气液混合室8内腔体的内壁上，用于获得气液混合室8内气体温度、气体压力。根据该气体压力，控制开关阀二6的开度，将压力控制在设定的目标压力范围之内。
[0067]
气体压力传感器11、12，分别设于待测分水件的输入端管道内壁上、排气口管道内壁上，用于分别获取待测分水件的输入端、中部的排气口处的气压。气液混合室内气体混合均匀后，压力p2、p3用于测流阻。
[0068]
液位高度传感器，设于气液混合室8内腔体的内壁上，用于获取气液混合室8内的液位高度。
[0069]
质量传感器，分别设于水收集器一13、水收集器二14的底部，用于获取水收集器一13内的储水质量q1、水收集器二14内的储水质量q2。气液混合室内气体混合均匀后，水收集器一、二底部的质量传感器用于测分水效率。
[0070]
优选地，该测试装置还包括tvp粒径分布仪。其中，所述tvp粒径分布仪的输入端与待测分水件的气体出口连接。tvp粒径分布仪用于分析水雾粒径，得出分水效果。
[0071]
优选地，气液混合室的出气口-待测分水件的输入端之间的管道内表面设有耐腐蚀隔热层，防止多次测试后由于腐蚀保温效果不佳影响测试结果。
[0072]
与现有技术相比，本实施例提供的测试装置具有如下有益效果：
[0073]
1、快速检测出待测分水件的流阻，防止出现氢/空压差超过目标值，长时间运行导致电堆阴/阳互窜、后端背压较大，使得相应零部件均处于超负荷的状态，容易诱发事故的现象。如果待测分水件的分水效率达标，而流阻不达标，会缩短燃料电池零部件正常的使用寿命。
[0074]
2、防止待测分水件的分水效率不够，繁琐地上下试验台架，减少了试验周期，方便快捷地判断待测分水件的分水效率合理性与适配性，通过模拟真实分水件内部水/气状态（增设雾化喷头），使测试结果更加趋向于实际结果。
[0075]
3、内、外循环的切换减少了加热时间，缩短了试验周期。
[0076]
4、测试装置的测试范围宽泛，适用于大多数种类的待测分水件的流阻/分水效率的检测。
[0077]
5、通过设置控制器，可降低人工控制进入分水器内气体的温度/压力造成的人为误差。
[0078]
6、实用性广泛，氢气路/空气路的分水件或分水器，均可以适用。
[0079]
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。