用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统和方法技术方案

本发明专利技术属于燃料电池领域，公开了一种用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统和方法，用于燃料电池燃料氢气引射泵性能测试，特别是提供温度影响的测定，通过对氢气子系统结构的温度做主动管理和定量分析，获得宽谱的结冰、凝水的条件，为发动机集成中的氢气管理提供温度和热交换参数，对系统匹配设计提供依据，也可以从小型测试获得大型应用的放大设计参数。该发明专利技术可以节约研发时间和成本，有利于提高燃料电池发动机的可控性。利于提高燃料电池发动机的可控性。利于提高燃料电池发动机的可控性。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统和方法


[0001]本专利技术属于燃料电池领域，涉及燃料电池氢气回流部件引射泵的测试方法，更具体地说，涉及一种通过建立氢气引射泵运行中的温度条件控制的测试，以获得在燃料电池中深化气体回流的一种重点在于温度管理的优化系统和方法。

技术介绍

[0002]氢质子交换膜燃料电池(FEMFC)使用氢气和氧气反应，产生电能，其氢气一般需要回流以增加入口氢气湿度、增加阳极流场的流速、带出液态水份和稀释富集的非氢气组分，常规技术采用了消耗动力的回流泵和不外加消耗动力的回流器来实现气体的回流。
[0003]其中，不消耗外加动力的回流器采用引射泵比较多，引射泵或称引射器、喷射泵。为保障电堆输出电力的要求，引射泵需要在运行条件下，包括新氢气的温度压力，电堆出口氢气的温度、湿度、压力、液态水，设备的环境温度等，维持一定的氢气回流流量或比例。在具体运行中可能会出现一些不利状况，如出现回流量不足、进堆氢气温度未优化、线路中发生结冰堵塞、液态水进入电堆等现象。
[0004]具体流程范围的氢气，从引射泵的两个气源进口气源源头、引射泵泵体、经过出口直到进入电堆氢气总管，根据电堆系统的设计不同，沿途有独立的管道、阀体、容器等，可能还有端板，这些器壁与氢气之间具有温度和水汽的传导或交换发生。这些影响回流的问题目前还未能很好地研究和解决，也缺乏解决的技术和方法。
[0005]目前对引射泵，检测的技术主要在元件测试、电堆或模拟电堆运行，完成减压和温湿度检测、流量控制和流量检测，对氢气加热加湿，模拟电堆的阳极氮气富集和阴极氮气透过膜向阳极扩散影响分析，上述技术很少涉及到建立供气的主动温度管理和评价。
[0006]如，CN113067018A，对氢气循环进行测试。CN110374856B，测试氢气引射泵，模拟氢气消耗和氮气渗透影响，测试的引射性能是流量。CN111063916B，引射泵将经过控温的阳极回流分离水吸入新氢中，送入电堆。CN112228331A，以测试电堆工况和参数需求的回流泵为目的，与引射泵原理略有不同。以上技术均不包括原料氢气和回流过程的环境温度以及热交换等因素，不考虑沿途冰冻阻塞、进堆的液态形成的条件。
[0007]CN112510228B，该技术用于电堆控制，主要针对低温启动，对阳极回路提供电加热和阴极废热加热措施，没有涉及到引射泵性能测试和相关参数。
[0008]计算模拟是一项主要技术辅助手段，但是其模拟仍然很难涉及到复杂的主动温度管理，并且其研究结果仍然需要测试来验证和改进，而测试验证又多在缺少主动温度管理的真实系统进行。

技术实现思路

[0009]针对上述不足，本专利技术用于燃料电池燃料氢气引射泵的性能测试，通过对氢气子系统结构路径上的温度做主动管理和定量分析，获得更宽的结冰、凝水的条件，为发动机集成中的氢气管理提供温度和热交换参数，对回流系统硬件匹配的设计提供依据。本专利技术也
有利于根据小型测试获得大型应用的放大设计参数，即可以节约整体研发时间和成本，也有利于提高燃料电池发动机的可控性。
[0010]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0011]用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，系统由管路顺序连接有新气气源单元、气源选择单元、流量控制单元、回流器单元、模拟电堆单元和排放单元，模拟电堆单元之后具有两路回路分支，第一路分支是回到回流器单元，该分支是模拟回流单元；第二路分支是回到气源选择单元，该分支是升压复用单元；
[0012]其中新气气源单元，氢气源连接减压阀，减压阀后的管路上连接有减压输出压力计；
[0013]气源选择单元，由新氢开关阀和新氢单向阀一路、复用氢气开关阀和复用氢气单向阀一路，两路并联组成；
[0014]流量控制单元，依次设有干氢流量计、干氢流量控制阀、干氢温度换热器、干氢温度压力计；
[0015]回流器单元，导热器的一端与引射泵相连，另一端与导热器换热器相连，导热器换热器与混氢换热器相连，导热器设有导热器温度计，混氢换热器前后分别设有换热前温度计和换热后温度计，混氢换热器带有观测窗；
[0016]模拟电堆单元，主体是集气罐，集气罐上方连接有集气罐压力计，集气罐具有温度控制装置；
[0017]排放单元，从集气罐连接出的尾气排放单元，由背压分支的背压阀和直排分支的尾排开关阀并联，然后合并到尾排流量计计量流量；
[0018]上述第一路分支是模拟回流，从集气罐连接出来，由顺序连接的回流泵、回流流量计、回流增湿器、回流温湿度压力计和其间管路组成；
[0019]第二路分支是升压复用，顺序地连接复用氢气控制阀、复用氢气缓冲罐、复用氢气增压泵、复用氢气换热器、复用氢气增压储罐、复用氢气控温器，分支还包括其中的连接管路。其中复用氢气缓冲罐具有复用氢气压力计，复用氢气增压储罐具有复用氢气温度压力计。
[0020]进一步的，集气罐的温度控制装置优选为采用水浴方式。
[0021]进一步的，集气罐的体积设定为为目标电堆阳极总空间的50％～200％。
[0022]进一步的，集气罐压力计与回流温湿度压力计检测压力相差为具体限制的设定数值，控制其偏差处于该设定值范围内，其偏差为
±
0.5kPa。
[0023]进一步的，回流增湿器控制的含水量，可以是不饱和、饱和或过饱和，以喷雾式增湿器为佳。
[0024]用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试方法，按照以下的方法运行：
[0025]步骤S001，启动指令，进行步骤S002；
[0026]步骤S002，设置设备条件和运行参数，包括设定减压阀的压力、干氢流量控制阀控制的流量、干氢温度换热器控制的干氢温度、导热器换热器控制的引射泵温度、混氢换热器控制的温度、集气罐控制的温度和压力、尾排开关阀的开启条件、背压阀的设定压力、模拟回流单元的温度、回流增湿器设定的湿度、复用氢气增压储罐的压力范围、复用氢气控温器设定的温度、复用氢气压力计压力低于集气罐的具体差值、应用目标电堆系统的氢气流量、
应用目标电堆系统的氢气尾排脉冲周期和开启时间长度；集气罐压力计、回流温湿度压力计检测压力的差值设为定值，最后选定一项或多项测试、顺序地进行测试，进行步骤S003；
[0027]步骤S003，判断，如果系统为初次启动，则进行步骤S004；如果系统为非初次启动，即已经充氢气，则进行步骤S014；
[0028]步骤S004，室温下，全系统使用惰性气体吹扫，结合封闭抽真空或单独抽真空，调节减压阀压力为设定运行的压力值，系统空间充新氢气至常压，然后进行步骤S005；
[0029]步骤S005，判断，如果不使用氢气复用系统时，直接到步骤S007；如果使用氢气复用系统，则进行步骤S006；
[0030]步骤S006，通过初始充气阀直接对复用氢气增压储罐充气，充气压力是减压阀设定压力，然后关闭初始充气阀，进行步骤S007；
[0031]步骤S007，系统空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，其特征是，系统由管路顺序连接有新气气源单元、气源选择单元、流量控制单元、回流器单元、模拟电堆单元和排放单元，模拟电堆单元之后具有两路回路分支，第一路分支是回到回流器单元，该分支是模拟回流单元；第二路分支是回到气源选择单元，该分支是升压复用单元；其中新气气源单元，氢气源(1)连接减压阀(2)，减压阀(2)后的管路上连接有减压输出压力计(3)；气源选择单元，由新氢开关阀(4)和新氢单向阀(5)一路、复用氢气开关阀(34)和复用氢气单向阀(35)一路，两路并联组成；流量控制单元，依次设有干氢流量计(6)、干氢流量控制阀(7)、干氢温度换热器(8)、干氢温度压力计(9)；回流器单元，导热器(11)的一端与引射泵(10)相连，另一端与导热器换热器(13)相连，导热器换热器(13)与混氢换热器(14)相连，导热器(11)设有导热器温度计(12)，混氢换热器(14)前后分别设有换热前温度计(15)和换热后温度计(16)，混氢换热器(14)带有观测窗；模拟电堆单元，主体是集气罐(17)，集气罐(17)上方连接有集气罐压力计(18)，集气罐(17)具有温度控制装置；排放单元，从集气罐(17)连接出的尾气排放单元，由背压分支的背压阀(19)和直排分支的尾排开关阀(20)并联，然后合并到尾排流量计(21)计量流量。2.如权利要求1所述的用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，其特征是，所述第一路分支是模拟回流，从集气罐(17)连接出来，由顺序连接的回流泵(22)、回流流量计(23)、回流增湿器(24)、回流温湿度压力计(25)和其间管路组成。3.如权利要求1所述的用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，其特征是，所述第二路分支是升压复用，顺序地连接复用氢气控制阀(26)、复用氢气缓冲罐(28)、复用氢气增压泵(29)、复用氢气换热器(30)、复用氢气增压储罐(31)、复用氢气控温器(33)，分支还包括其中的连接管路，其中复用氢气缓冲罐(28)具有复用氢气压力计(27)，复用氢气增压储罐(31)具有复用氢气温度压力计(32)。4.如权利要求1所述的用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，其特征是，所述集气罐(17)的温度控制装置采用水浴方式。5.如权利要求1所述的用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，其特征是，所述集气罐(17)的体积设定为为目标电堆阳极总空间的50％～200％。6.如权利要求1所述的用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，其特征是，所述集气罐压力计(18)与回流温湿度压力计(25)检测压力相差为具体限制的设定数值，控制其偏差处于该设定值范围内，其偏差为
±
0.5kPa。7.如权利要求1所述的用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试系统，其特征是，所述回流增湿器(24)控制的含水量，可以是不饱和、饱和或过饱和，以喷雾式增湿器为佳。8.用于燃料电池引射泵供气系统温控优化的测试方法，其特征是，按照以下的方法运行：步骤S001，启动指令，进行步骤S002；步骤S002，设置设备条件和运行参数，包括设定减压阀(2)的压力、干氢流量控制阀(7)
控制的流量、干氢温度换热器(8)控制的干氢温度、导热器换热器(13)控制的引射泵(10)温度、混氢换热器(14)控制的温度、集气罐(17)控制的温度和压力、尾排开关阀(20)的开启条件、背压阀(19)的设定压力、模拟回流单元的温度、回流增湿器(24)设定的湿度、复用氢气增压储罐(31)的压力范围、复用氢气控温器(33)设定的温度、复用氢气压力计(27)压力低于集气罐(17)的具体差值、应用目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，盛武林，
申请(专利权)人：大连锐格新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：