[發(fā)明專利]燃料電池增濕器用多孔介質(zhì)板的熱濕傳遞特性測(cè)試系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510543342.2
• 申請(qǐng)日: 2015-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN105116011A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王世學(xué);王飛;謝添璽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/20
• 分類號(hào): G01N25/20;G01N33/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張金亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱濕傳遞特性測(cè)試系統(tǒng)，特別是一種燃料電池增濕器用多孔介質(zhì)板的熱濕傳遞特性測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

多孔介質(zhì)是由固體骨架和流體組成的一類復(fù)合介質(zhì)，它構(gòu)成了地球生物圈的物質(zhì)基礎(chǔ)。多孔介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)過程在自然界和人類生產(chǎn)、生活中廣泛存在，對(duì)社會(huì)的發(fā)展具有重要的影響。土壤中水、肥、污染物的吸收、保持和遷移過程，地下巖層中石油、天然氣和地下水的開采，地?zé)豳Y源的開發(fā)以及利用土壤巖層的蓄熱蓄冷過程，都涉及到多孔介質(zhì)中能量與物質(zhì)的傳輸過程；與人民生活密切相關(guān)的農(nóng)副產(chǎn)品、食品、木材和紡織品的干燥，建筑物的隔熱保溫是典型的多孔介質(zhì)熱質(zhì)遷移過程。因此研究多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)對(duì)于改造自然、造福人類具有重要的意義。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種高效、無污染的動(dòng)力源。以其為動(dòng)力裝置的燃料電池汽車被認(rèn)為是具有廣泛競(jìng)爭(zhēng)力的新一代交通工具。在實(shí)際的燃料電池汽車應(yīng)用中，需要一個(gè)獨(dú)立的燃料電池增濕器為其加濕，以確保陰極的反應(yīng)氣體(通常是空氣)在進(jìn)入燃料電池并發(fā)生反應(yīng)之前被合理增濕。多孔介質(zhì)增濕器被廣泛應(yīng)用于對(duì)燃料電池陰極進(jìn)氣增濕，它包含一個(gè)干空氣流道，一個(gè)濕空氣或者液態(tài)水流道，兩者之間用能夠透過水分的多孔介質(zhì)板隔開。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)形成較大壓降，是理想的燃料電池增濕裝置。

目前，有關(guān)使用多孔介質(zhì)板的增濕器在設(shè)計(jì)方面仍有許多亟待解決的問題，比如多孔板的物性、流體狀態(tài)參數(shù)等因素對(duì)熱濕傳遞的影響尚不完全明了。因此，需要建立一套實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，從實(shí)驗(yàn)的角度研究水分透過多孔介質(zhì)板時(shí)的熱濕傳遞規(guī)律，為增濕器的實(shí)際設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種燃料電池增濕器用多孔介質(zhì)板的熱濕傳遞特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠比較全面地模擬利用燃料電池排氣對(duì)陰極進(jìn)氣增濕的過程，用于研究多孔板的物性、流體狀態(tài)參數(shù)等因素對(duì)多孔介質(zhì)板熱濕傳遞特性的影響，為燃料電池多孔介質(zhì)增濕器的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種燃料電池增濕器用多孔介質(zhì)板的熱濕傳遞特性測(cè)試系統(tǒng)，包括對(duì)接的低溫低濕氣體流道和高溫高濕氣體流道，所述多孔介質(zhì)板被夾裝在所述低溫低濕氣體流道和所述高溫高濕氣體流道之間構(gòu)成所述燃料電池增濕器結(jié)構(gòu)，所述低溫低濕氣體流道和所述高溫高濕氣體流道內(nèi)均設(shè)有多個(gè)熱電偶；所述低溫低濕氣體流道的進(jìn)口處和出口處以及所述高溫高濕氣體流道的進(jìn)口處和出口處各設(shè)有一溫濕度計(jì)；所述熱電偶和所述溫濕度計(jì)均與計(jì)算機(jī)連接；所述低溫低濕氣體流道的進(jìn)口與低溫供氣支管的出口連接，在所述低溫供氣支管上自上游至下游依次設(shè)有第一支管調(diào)氣閥、第一流量計(jì)、干燥管和第一加熱器；所述高溫高濕氣體流道的進(jìn)口與高溫供氣支管的出口連接，在所述高溫供氣支管上自上游至下游依次設(shè)有第二支管調(diào)氣閥、第二流量計(jì)、水箱和第二加熱器，在所述水箱內(nèi)設(shè)有水溫加熱器；所述低溫供氣支管的進(jìn)口和所述高溫供氣支管的進(jìn)口均與供氣主管的出口連接，在所述供氣主管上自上游至下游依次設(shè)有空氣壓縮機(jī)、空氣濾清器和主管調(diào)氣閥。

所述低溫低濕氣體流道和所述高溫高濕氣體流道的橫截面均為矩形，且它們與所述多孔介質(zhì)板相對(duì)的側(cè)壁是采用有機(jī)玻璃制成的，其它側(cè)壁由不銹鋼制成，在由不銹鋼制成的側(cè)壁外表面上設(shè)有保溫層。

所述熱電偶為直徑0.25mm的K型熱電偶。

所述的干燥管中的干燥劑為變色硅膠。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：能夠用于研究多孔介質(zhì)板的物性參數(shù)以及流體參數(shù)對(duì)多孔介質(zhì)板的熱濕傳遞特性的影響，為燃料電池多孔介質(zhì)增濕器的具體設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過控制低溫供氣支管和高溫供氣支管上的調(diào)氣閥開度以及加熱器功率，可以模擬不同溫度、不同相對(duì)濕度以及不同流量下的增濕氣體，能夠比較全面地模擬利用燃料電池排氣對(duì)陰極進(jìn)氣增濕的過程，測(cè)量全面且精確；低溫低濕氣體流道和高溫高濕氣體流道采取保溫措施，能夠良好地阻隔其與周圍環(huán)境之間的傳熱，能夠達(dá)到較好的隔熱效果。并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行測(cè)試的多孔介質(zhì)板與低溫低濕氣體流道和高溫高濕氣體流道構(gòu)成的燃料電池增濕器的工作原理圖。