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一、简介

氢燃料电池测试对气体温湿度控制的响应速度和气体相对湿度的品质期望很高,质子交换膜只有在合适的含水量(λ)下才能获得良好的电堆性能, 膜含水量(λ)与膜表面的水蒸汽的活性(a)相关:λ=0.043+17.18a-39.85a2+36a3,通常采用膜所在气氛的相对湿度(ψ=pv/Psat)代表(a=ψ)膜表面的水蒸汽活性(注意!是水蒸汽,而不是液态水)。由此,氢燃料电池进气的增湿最佳方式只能是水蒸汽增湿,用于增湿的水蒸汽首先要满足蒸汽无液态水夹带,增湿后的气体如果含有液态水就无法反应膜含水量与电堆性能的真实关系。

氢燃料电池测试在电堆变载时,要求进气温湿度具备很快的响应速度,现有的增湿方式通常有喷淋增湿、鼓泡增湿、蒸汽锅炉+调节阀增湿等。这些增湿方式首先无法保证加湿后气体内无液态水因而无法通过相湿度传感器直接测量气体相对湿度,只能通过温度和压力来换算相对湿度,相对湿度(水蒸汽活性)的准确性和真实性无法判定。其次,这些增湿方的加湿量控制与目标含湿量通常没有单值对应关系,因而不能实现加湿质量流量的精确、快速控制,无法适应电堆快速变载要求。氢燃料电池电堆测试、质子交换膜的性能测试、电堆增湿器的性能测试,期待一种大流量的、更具适应性的气体恒温恒湿装置。

采用完全蒸发技术,水在蒸发器内完全蒸发,蒸发器内不存在液体滞留区,调节液态水流量即何实现加湿量的精确、快速控制,加湿水蒸汽干度可控制、水蒸汽在混合罐内与加热后的气体混合,即可实现期望的气体温湿度。采用完全蒸发技术的气体恒温增湿装置,对氢燃料电池电堆测试、质子交换膜的性能测试、电堆增湿器的性能测试更具适应性。

二、系统组成及原理

燃料电池增湿器测试系统由湿侧气体模拟单元、干测气体模拟单元、PLC控制单元、数据处理分析单元四部分组成。

增湿器湿侧气体模拟单元由供水泵、完全蒸发器、混合罐、电加热器、温湿度传感器、温度传感器、压力传感器、流量控制器、压力控制器组成,

PLC控制单元由CPU、输入输出模、通讯模块、触摸屏组成,完成现设备控制,并将现场传感器数据传送至上位机。PLC检测并控制湿侧模拟气体的蒸发温度、温度、湿度、流量、压力。

三、系统参数:

流量范围

6000L/min(600Kpa)

流量精度

±1%

供气压力

600Kpa

压力精度

±1Kpa

用气压力

130400Kpa(绝压)

温度精度

±0.5

温度范围   

6085 

湿度精度

±3%

湿度范围

20100%

初始响应

15 min 

加湿范围

80250Kg/h

露点响应

3min

温湿度响应

6min

混合器加热功率

15Kw

蒸发器加热功率

200Kw

总配电功率

220KW

供水泵功率

0.75KW

接口尺寸

DN32/50

设备尺寸

1600*1200*2000