[发明专利]一种集成式燃料电池测试平台气体加湿加温装置

说明书

本发明公开了一种集成式燃料电池测试平台气体加湿加温装置，包括壳体和湿热交换模块，湿热交换模块包括第一隔水板、第二隔水板和换热管，第一隔水板、第二隔水板和壳体之间形成气体流道、第一循环热水流道和第二循环热水流道，换热管的两端分别与上述两块隔水板相连，换热管连通第一循环热水流道和第二循环热水流道，壳体上设有循环热水进口、循环热水出口、喷淋水进口、喷淋水出口、气体进口和气体出口。本发明以加湿片阵列和换热管阵列作为湿/热交换主体，喷淋水在湿/热交换模块的表面形成大面积水膜和蒸气，保证气‑水表面充分接触，实现了同时进行湿热交换的过程。

技术领域

本发明涉及气体加湿加温技术领域，具体涉及一种集成式燃料电池测试平台气体加湿加温装置。

背景技术

燃料电池测试平台是一种用于测试和评价燃料电池的专业设备，可以对电池堆进行性能测试、耐久性测试、活化、出厂检验等，是燃料电池研究、生产和质量检测不可缺少的设备。质子交换膜燃料电池在反应过程中，需要有适量的水分子参与才能保证其电化学反应顺利进行，水分子不足和过量都会严重影响电池性能，而控制燃料电池进气温湿度可以实现电池湿度的控制。所以在燃料电池测试平台中，气体温湿度控制与模拟技术至关重要，是评测燃料电池的一项关键技术。

目前，燃料电池测试平台进气加湿技术主要有鼓泡加湿、焓轮加湿、膜增湿器加湿、蒸汽加湿、喷淋加湿、湿膜加湿等。鼓泡加湿是将气体以气泡的形式与水接触，实现加温加湿；该技术的缺点是难于精准控制、响应速度慢、气量要求大时设备体积过于庞大。焓轮加湿属于气-气加湿，是一种利用燃料电池排出废气中的水分和热量来给进入燃料电池的气体加湿加热的方法；焓轮增湿的湿度控制范围较窄、可靠性差，不适用于大功率的燃料电池测试系统。膜增湿器加湿可以进行气-气加湿，也可以进行气-水加湿，但膜增湿器存在密封和承压问题，气-气(水)压差要求苛刻且耐压能力差。蒸汽加湿是将高温蒸汽喷射到气体管道内，与干气混合使气体增湿，蒸汽加湿缺点是需要高温蒸汽且系统复杂。喷淋加湿是将液态水通过高压喷嘴将液体雾化喷射到容器内与气体混合，使气体加温加湿，其加湿效率低，特别是对于大气量要求时效果不理想。湿膜加湿是利用湿膜材料加湿气体，当干燥的加热气体通过湿膜材料时，干燥的气体被加湿；湿膜加湿的设备体积偏大、气体需要提前加热，而且湿膜材料易变质污染，需要经常更换、清洗和换水，操作复杂。

专利CN101577338B公开了一种燃料电池加湿器，包括气液交换区、热交换区以及喷头控制区。其工作原理是：气体进入气液交换区后与喷头控制区喷出的水雾进行水热交换，使气体达到过饱和，然后经过下部热交换区加热升温，再经过滤器除去液态水进入燃料电池。该装置利用喷头喷出的水雾进行水热交换，与现有喷淋加湿技术的原理基本相同，不同的是引进了燃料电池冷凝水加热技术，让冷凝水通过多孔换热板对气体进行升温，并在气体出口增加了电加热装置再次对气体加热控温。该装置对喷淋水量要求较为严格，系统较为复杂，水量调整和水压调整无法实现快速响应，对于大气量加湿需求，该发明的加湿加热效果仍不理想。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种集成式燃料电池测试平台气体加湿加温装置，来解决现有加湿加热装置的加湿效率低、响应速度慢、加湿效果不理想的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种集成式燃料电池测试平台气体加湿加温装置，包括壳体和湿热交换模块，所述湿热交换模块设于所述壳体的内部，所述湿热交换模块包括第一隔水板、第二隔水板和至少一根换热管，所述第一隔水板和第二隔水板均将所述壳体的内部空间隔断，所述第一隔水板和第二隔水板之间形成气体流道，所述第一隔水板与所述壳体之间形成第一循环热水流道，所述第二隔水板与所述壳体之间形成第二循环热水流道，所述换热管设于所述气体流道内，所述换热管的两端分别与所述第一隔水板和第二隔水板相连，所述换热管连通所述第一循环热水流道和第二循环热水流道，所述壳体上设有与所述第一循环热水流道或第二循环热水流道相连的循环热水进口，所述壳体上设有与所述第一循环热水流道或第二循环热水流道相连的循环热水出口，所述壳体上设有与所述气体流道相连的喷淋水进口、喷淋水出口、气体进口和气体出口。