一种大功率燃料电池测试气体加热增湿方法及增湿装置与流程

1.本发明涉及燃料电池检测技术领域，具体为一种大功率燃料电池测试气体加热增湿方法及增湿装置。


背景技术：

2.燃料电池系统指用于车辆、游艇、航空航天及水下动力设备等作为驱动动力电源或辅助动力，通过电化学反应过程将反应物(燃料和氧化剂)的化学能转化为电能和热能的系统。其中质子交换膜燃料电池应用最为广泛，为保证质子交换膜燃料电池系统在最佳的环境下高效运行，需要对所提供反应气体进行加温、增湿等处理，所以如何精确快速控制反应气体的温度和湿度尤为重要，湿度控制上还需要防止有液态水的产生。
3.随着燃料电池汽车对燃料电池功率要求的提高，燃料电池对增湿器以及增湿器系统的要求越来越高，现有设备中仅仅利用传统工业增湿器对其增湿处理，而传统的增湿器在使用的过程中仅仅利用增湿器中的有机膜与水配合处理，而这样的增湿器在对大功率大流量的测试气体进行处理的过程中极易造成增湿器有机膜破裂受到冲击破裂，一定程度上增大了处理的成本，为此，我们提出一种大功率燃料电池测试气体加热增湿方法及增湿装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种大功率燃料电池测试气体加热增湿方法及增湿装置，以解决背景技术中需要解决的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大功率燃料电池测试气体加热增湿方法，包括以下步骤:
6.a1：首先利用干气进气管将与增湿器固定连通，随后干气进气管输送的干气则会通过进气机构的干气进气腔输送至由多组金属板组成的第一分隔板分隔的干气输送腔内部；
7.a2：随后将湿气进气管与增湿器固定连通，而湿气进气管输送的湿气为电堆反应后的高温高湿尾气，随后湿气进气管输送的湿气则会通过进气机构的湿气进气腔输送至多组第一分隔板分隔形成的湿气输送腔内部；
8.a3：随后因为第一分隔板表面贯穿开设有多组贯穿槽，而利用干气输送腔和湿气输送腔分别输送的干气和湿气则会经过第一分隔板进行汇合，随后便可以利用湿气输送腔输送的湿气对干气输送腔输送的干气进行加湿处理，随后因为输送的湿气会由于空气的冷却作用而凝结成水，进而提高燃料电池电堆的尾气中水的利用率，并且含有多组贯穿槽的第一分隔板具有良好的导热性能使得进入燃料电池的反应空气的温度得到上升，随后空气温度的上升有利于贯穿槽内径中吸附水的扩散；
9.a4：随后冷凝之后的一部分水会通过收集腔向第一出水管的内部进行输送，随后便可以利用增湿机构对干气输送腔内部输送的干气进行二次加湿处理；
10.a5：干侧气体被加热增湿后，会进入电堆进行电化学反应，产生电能的同时产生大量的热量和水，形成高温高湿尾气排出电堆，通过背压阀后进入增湿器湿侧通道，从而达到循环作用；
11.a6：随后通过增湿器增湿之后的气体通过第一连接管输送至冷却板换的内部充分冷却，随后经过冷却板换冷却后的会产生一定的冷凝水，随后冷却板换经过第二连接管与气液分离器固定连通，随后气液分离器将输送后的物料分离为冷凝水和气体，产生的气体则通过尾气排气管直接排放，而产生的冷凝水通过第三连接管和电磁阀输送至回水泵的内部，随后回水泵便可以将冷凝水通过第四连接管输送至收集罐的内部进行储存备用即完成测试气体的增湿以及水回收。
12.优选的，所述增湿器壳体的内部设置有处理机构，所述增湿器壳体的一侧固定连接有进气机构，所述进气机构用于将湿气和干气输送至处理机构内部进行增湿处理，所述进气机构的顶部通过两组第二连接部固定连接有两组管道安装管，两组所述管道安装管均通过第一固定机构与第二固定机构与干气进气管和湿气进气管固定连通，所述增湿器壳体的另一侧通过第一连接部固定连接有输出管，所述处理机构内部形成的冷凝水通过增湿机构回收利用至处理机构的内部，并对输送至处理机构内部的干气进行增湿处理。
13.优选的，所述处理机构包括多组安装于增湿器壳体内部的第一分隔板，所述第一分隔板的制造材料为金属材料，所述增湿器壳体的内部且位于增湿器壳体内壁的底部固定安装有泄水板，所述泄水板的表面贯穿开设有多组过水孔，所述增湿器壳体内壁的底部与泄水板的底部形成收集腔，所述收集腔的底部固定连通有第一出水管，多组锁住第一分隔板形成交错分布的用于干气输送的干气输送腔和用于湿气输送的湿气输送腔，所述增湿器壳体的顶部设置有对干气输送腔内部的干气进行二次增湿处理的增湿机构，所述第一分隔板的底部固定连接有两组相互对称的垫块，所述第一分隔板的表面贯穿开设有多组贯穿槽。
14.优选的，所述增湿器壳体内壁的两侧且对应第一出水管顶部的位置固定连接有倾斜设置的导流板。
15.优选的，所述进气机构包括内部中的进气仓、卡接板、第一输送板和第二输送板，所述进气仓的一侧固定安装有两组与增湿器壳体的外壁相贴合的卡接板，所述进气仓的内部固定连接有第二分隔板，所述第二分隔板将内部中空的进气仓分隔为湿气进气腔和干气进气腔，所述进气仓的表面设置有多组交错分布的第一输送板和第二输送板，所述第一输送板和第二输送板的一端分别贯穿进气仓的表面并分别延伸至湿气进气腔和干气进气腔的内部，所述第一输送板与第二输送板的一端分别插接至干气输送腔和湿气输送腔的内部。
16.优选的，所述增湿机构包括增湿机构、水泵、进水管，所述第一出水管的一侧固定可连通有分流管，所述增湿机构固定安装于增湿器壳体的顶部，所述增湿机构的进水一端通过进水管与分流管固定连通，所述水泵的出水位置固定连通有第二出水管，所述第二出水管延伸至处理机构的内部，所述第二出水管的外表面且位于干气输送腔的内部通过分流管固定连通有雾化喷头。
17.优选的，两组所述管道安装管均通过第一固定机构和第二固定机构与干气进气管和湿气进气管固定连通，所述第一固定机构对管道安装管和干气进气管进行密封连接，所
述第二固定机构用于防止干气进气管和湿气进气管与管道安装管相互脱离。
18.优选的，所述第一固定机构包括外螺纹和螺纹管，所述干气进气管、湿气进气管和管道安装管的连接位置设置有内凹的第三连接部，所述干气进气管、湿气进气管和管道安装管的外表面均固定安装有外螺纹，所述管道安装管的外表面设置有对与外螺纹相啮合的螺纹管，所述螺纹管的内壁且对应第三连接部的位置固定连接有密封垫，所述密封垫的制造材料为橡胶材料。
19.优选的，所述第二固定机构包括第一弹性件和第二弹性件，所述管道安装管的外表面固定连接有两组弹性材料制造的第一弹性件，所述第一弹性件的底部贯穿开设有多组半圆形的卡接槽，所述干气进气管和湿气进气管的外表面均铰接有两组第二弹性件，所述第二弹性件的一侧固定连接有第四连接部，所述第四连接部的外表面且对应卡接槽的位置固定连接有与卡接槽相互卡接的卡块。
20.优选的，所述干气进气管、湿气进气管和管道安装管的顶部且分别对应第一弹性件和第二弹性件底部的位置固定连接有圆形的挡环。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.1、本发明燃料电池电堆反应产生了大量的水与热经过气体流量控制器调节至特定流量，进入增湿器干侧通道，而增湿器的湿侧通道所进气体为电堆反应后的高温高湿尾气，在增湿器的作用下，干侧气体被加热增湿后，进入电堆进行电化学反应，产生电能的同时产生大量的热量和水，形成高温高湿尾气排出电堆，随后通过背压阀后进入增湿器湿侧通道，从而便可以快速完成测试气体的增湿过程，而高温高湿尾气通过增湿器湿侧后，进入冷却板换，充分冷却，并产生了大量冷凝水，经过气液分离器分水后，气体排空，而液态水经过回收水泵进入储水罐，储存备用，以此实现水热回收；
23.2、而增湿器设置有将干气和湿气进行混合增湿的处理机构，并且通过设置使其进气腔和干气进气腔可以使湿气和干气得到充分的混合增湿，并且另外增加的增湿机构可以对干气进行二次增湿，从而保证可以得到相应湿度的湿气，而且增湿机构的设置可以直接对冷凝后的水进行直接利用；
24.3、而设置的管道安装管均通过第一固定机构和第二固定机构与干气进气管和湿气进气管固定连通，第一固定机构对管道安装管和干气进气管进行密封连接，而第二固定机构用于防止干气进气管和湿气进气管与管道安装管相互脱离。
附图说明
25.图1为本发明连接结构示意图；
26.图2为本发明增湿器剖视图结构示意图；
27.图3为本发明进气机构立体图结构示意图；
28.图4为本发明a结构放大示意图；
29.图5为本发明管道安装管与干气进气管剖视图连接结构示意图；
30.图6为本发明第一分隔板立体图结构示意图。
31.图中：1干气进气管、2湿气进气管、3增湿器、4湿气出气管、5冷却板换、6气液分离器、7第一连接管、8第二连接管、9尾气排气管、10第三连接管、11回水泵、12电磁阀、13第四连接管、14收集罐、15增湿器壳体、16处理机构、17第一分隔板、18泄水板、19收集腔、20导流
板、21干气输送腔、22湿气输送腔、23进气机构、24第一连接部、25输出管、26进气仓、27卡接板、28第二分隔板、29湿气进气腔、30干气进气腔、31第一输送板、32第二输送板、33第二连接部、34管道安装管、35增湿机构、36水泵、37第一出水管、38分流管、39进水管、40第二出水管、41雾化喷头、42第三连接部、43外螺纹、44螺纹管、45第一弹性件、46卡接槽、47第二弹性件、48第四连接部、49卡块、50密封垫、51挡环、52垫块、53贯穿槽。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种大功率燃料电池测试气体加热增湿方法，包括以下步骤:
34.a1：首先利用干气进气管1将与增湿器3固定连通，随后干气进气管1输送的干气则会通过进气机构23的干气进气腔30输送至由多组金属板组成的第一分隔板17分隔的干气输送腔21内部；
35.a2：随后将湿气进气管2与增湿器3固定连通，而湿气进气管2输送的湿气为电堆反应后的高温高湿尾气，随后湿气进气管2输送的湿气则会通过进气机构23的湿气进气腔29输送至多组第一分隔板17分隔形成的湿气输送腔22内部；
36.a3：随后因为第一分隔板17表面贯穿开设有多组贯穿槽53，而利用干气输送腔21和湿气输送腔22分别输送的干气和湿气则会经过第一分隔板17进行汇合，随后便可以利用湿气输送腔22输送的湿气对干气输送腔21输送的干气进行加湿处理，随后因为输送的湿气会由于空气的冷却作用而凝结成水，进而提高燃料电池电堆的尾气中水的利用率，并且含有多组贯穿槽53的第一分隔板17具有良好的导热性能使得进入燃料电池的反应空气的温度得到上升，随后空气温度的上升有利于贯穿槽53内径中吸附水的扩散；
37.a4：随后冷凝之后的一部分水会通过收集腔19向第一出水管37的内部进行输送，随后便可以利用增湿机构35对干气输送腔21内部输送的干气进行二次加湿处理；
38.a5：干侧气体被加热增湿后，会进入电堆进行电化学反应，产生电能的同时产生大量的热量和水，形成高温高湿尾气排出电堆，通过背压阀后进入增湿器湿侧通道，从而达到循环作用；
39.a6：随后通过增湿器3增湿之后的气体通过第一连接管7输送至冷却板换5的内部充分冷却，随后经过冷却板换5冷却后的会产生一定的冷凝水，随后冷却板换5经过第二连接管8与气液分离器6固定连通，随后气液分离器6将输送后的物料分离为冷凝水和气体，产生的气体则通过尾气排气管9直接排放，而产生的冷凝水通过第三连接管10和电磁阀12输送至回水泵11的内部，随后回水泵11便可以将冷凝水通过第四连接管13输送至收集罐14的内部进行储存备用即完成测试气体的增湿以及水回收。
40.请参阅图2，所述增湿器壳体15的内部设置有处理机构16，所述增湿器壳体15的一侧固定连接有进气机构23，所述进气机构23用于将湿气和干气输送至处理机构16内部进行增湿处理，所述进气机构23的顶部通过两组第二连接部33固定连接有两组管道安装管34，
两组所述管道安装管34均通过第一固定机构与第二固定机构与干气进气管1和湿气进气管2固定连通，所述增湿器壳体15的另一侧通过第一连接部24固定连接有输出管25，所述处理机构16内部形成的冷凝水通过增湿机构35回收利用至处理机构16的内部，并对输送至处理机构16内部的干气进行增湿处理。
41.其中，设置的处理机构16可以对利用进气机构23输送的干气以及湿气进行进行增湿处理，而设置的进气机构23可以将干气以及湿气进行有效区分，并可以使湿气和干气进行均分混合，从而便可以有效完成干气和湿气的初步混合，而设置的增湿机构35可以对干气进行二次混合，从而达到预期湿度的气体。
42.请参阅图1、图2和图3，所述处理机构16包括多组安装于增湿器壳体15内部的第一分隔板17，所述第一分隔板17的制造材料为金属材料，所述增湿器壳体15的内部且位于增湿器壳体15内壁的底部固定安装有泄水板18，所述泄水板18的表面贯穿开设有多组过水孔，所述增湿器壳体15内壁的底部与泄水板18的底部形成收集腔19，所述收集腔19的底部固定连通有第一出水管37，多组锁住第一分隔板17形成交错分布的用于干气输送的干气输送腔21和用于湿气输送的湿气输送腔22，所述增湿器壳体15的顶部设置有对干气输送腔21内部的干气进行二次增湿处理的增湿机构35，所述第一分隔板17的底部固定连接有两组相互对称的垫块52，所述第一分隔板17的表面贯穿开设有多组贯穿槽53，所述增湿器壳体15内壁的两侧且对应第一出水管37顶部的位置固定连接有倾斜设置的导流板20，所述进气机构23包括内部中的进气仓26、卡接板27、第一输送板31和第二输送板32，所述进气仓26的一侧固定安装有两组与增湿器壳体15的外壁相贴合的卡接板27，所述进气仓26的内部固定连接有第二分隔板28，所述第二分隔板28将内部中空的进气仓26分隔为湿气进气腔29和干气进气腔30，所述进气仓26的表面设置有多组交错分布的第一输送板31和第二输送板32，所述第一输送板31和第二输送板32的一端分别贯穿进气仓26的表面并分别延伸至湿气进气腔29和干气进气腔30的内部，所述第一输送板31与第二输送板32的一端分别插接至干气输送腔21和湿气输送腔22的内部。
43.其中，在气体输送的过程中可以将干气和湿气分别输送至相应的干气进气腔30和湿气进气腔29的内部，随后便可以经过第一输送板31和第二输送板32输送至第一分隔板17内部形成的用于干气输送的干气输送腔21和用于湿气输送的湿气输送腔22内部，而第一分隔板17的表面贯穿开设有多组贯穿槽53，随后便可以使均匀输送的干气和湿气进行初步混合，随后因为输送的湿气会由于空气的冷却作用而凝结成水，进而提高燃料电池电堆的尾气中水的利用率，并且含有多组贯穿槽53的第一分隔板17具有良好的导热性能使得进入燃料电池的反应空气的温度得到上升，随后空气温度的上升有利于贯穿槽53内径中吸附水的扩散。
44.请参阅图2和图4，所述增湿机构35包括增湿机构35、水泵36、进水管39，所述第一出水管37的一侧固定可连通有分流管38，所述增湿机构35固定安装于增湿器壳体15的顶部，所述增湿机构35的进水一端通过进水管39与分流管38固定连通，所述水泵36的出水位置固定连通有第二出水管40，所述第二出水管40延伸至处理机构16的内部，所述第二出水管40的外表面且位于干气输送腔21的内部通过分流管固定连通有雾化喷头41。
45.其中，当冷凝后的水经过导流板20输送至收集腔19内部时，当需要对干气和湿气进行增湿处理的时候，启动水泵36运作，水泵36的运作可以将经过第一出水管37输送的水
经过第二出水管40进行输送，并且可以经过多组雾化喷头对气体进行增湿处理，这样的设置可以快速达到气体的增湿处理。
46.请参阅图2和图5，两组所述管道安装管34均通过第一固定机构和第二固定机构与干气进气管1和湿气进气管2固定连通，所述第一固定机构对管道安装管34和干气进气管1进行密封连接，所述第二固定机构用于防止干气进气管1和湿气进气管2与管道安装管34相互脱离，所述第一固定机构包括外螺纹43和螺纹管44，所述干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34的连接位置设置有内凹的第三连接部42，所述干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34的外表面均固定安装有外螺纹43，所述管道安装管34的外表面设置有对与外螺纹43相啮合的螺纹管44，所述螺纹管44的内壁且对应第三连接部42的位置固定连接有密封垫50，所述密封垫50的制造材料为橡胶材料，所述第二固定机构包括第一弹性件45和第二弹性件47，所述管道安装管34的外表面固定连接有两组弹性材料制造的第一弹性件45，所述第一弹性件45的底部贯穿开设有多组半圆形的卡接槽46，所述干气进气管1和湿气进气管2的外表面均铰接有两组第二弹性件47，所述第二弹性件47的一侧固定连接有第四连接部48，所述第四连接部48的外表面且对应卡接槽46的位置固定连接有与卡接槽46相互卡接的卡块49。
47.其中，当需要使干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34进行固定连通时，首先旋转螺纹管44，螺纹管44的旋转可以使其与外螺纹43相接触，从而便可以使橡胶材料制造的密封垫50与内凹的第三连接部42相接触，这样的设置既可以使干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34相互连接，又可以避免连接位置出现气体泄漏，随后，落下第二弹性件47和第四连接部48，从而便可以使具有弹性作用的第一弹性件45落在第四连接部的外表面，这样的设置可以使卡接槽46和卡块49相互卡接，从而可以对干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34进行二次锁紧固定。
48.所述干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34的顶部且分别对应第一弹性件45和第二弹性件47底部的位置固定连接有圆形的挡环51。
49.使用时，首先，设置的处理机构16可以对利用进气机构23输送的干气以及湿气进行进行增湿处理，而设置的进气机构23可以将干气以及湿气进行有效区分，并可以使湿气和干气进行均分混合，从而便可以有效完成干气和湿气的初步混合，而设置的增湿机构35可以对干气进行二次混合，从而达到预期湿度的气体，在气体输送的过程中可以将干气和湿气分别输送至相应的干气进气腔30和湿气进气腔29的内部，随后便可以经过第一输送板31和第二输送板32输送至第一分隔板17内部形成的用于干气输送的干气输送腔21和用于湿气输送的湿气输送腔22内部，而第一分隔板17的表面贯穿开设有多组贯穿槽53，随后便可以使均匀输送的干气和湿气进行初步混合，随后因为输送的湿气会由于空气的冷却作用而凝结成水，进而提高燃料电池电堆的尾气中水的利用率，并且含有多组贯穿槽53的第一分隔板17具有良好的导热性能使得进入燃料电池的反应空气的温度得到上升，随后空气温度的上升有利于贯穿槽53内径中吸附水的扩散，当冷凝后的水经过导流板20输送至收集腔19内部时，当需要对干气和湿气进行增湿处理的时候，启动水泵36运作，水泵36的运作可以将经过第一出水管37输送的水经过第二出水管40进行输送，并且可以经过多组雾化喷头对气体进行增湿处理，这样的设置可以快速达到气体的增湿处理，当需要使干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34进行固定连通时，首先旋转螺纹管44，螺纹管44的旋转可以使其
与外螺纹43相接触，从而便可以使橡胶材料制造的密封垫50与内凹的第三连接部42相接触，这样的设置既可以使干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34相互连接，又可以避免连接位置出现气体泄漏，随后，落下第二弹性件47和第四连接部48，从而便可以使具有弹性作用的第一弹性件45落在第四连接部的外表面，这样的设置可以使卡接槽46和卡块49相互卡接，从而可以对干气进气管1、湿气进气管2和管道安装管34进行二次锁紧固定。
50.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。