燃料电池系统增湿器性能测试规范

1燃料电池系统增湿器性能测试规范本文件规定了燃料电池系统用增湿器台架技术要求及性能测试规范。本文件适用于车用燃料电池发动机用气-气式增湿器。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T23711.6塑料衬里压力容器试验方法GB/T28816燃料电池术语GB/T30832阀门流量系数和流阻系数试验方法3术语和定义GB/T28816界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1气-气式增湿器gas-gastypehumidifier利用湿气对干气进行加湿的增湿器。3.2增湿膜humidificationmembrane利用物理或化学特性，让水通过其自身，从而达到增湿效果的膜材。3.3干侧dryside气-气式增湿器内，流通干气的一侧。3.4湿侧wetside气-气式增湿器内，流通湿气的一侧。3.5干气入口（干入）dryairinport（dryin）气-气式增湿器内，流通干气的入口。3.6干气出口（干出）dryairoutport(dryout)2气-气式增湿器内，流通干气的出口。3.7湿气入口（湿入）wetairinport(wetin)气-气式增湿器内，流通湿气的入口。3.8湿气出口（湿出）wetairoutport(wetout)气-气式增湿器内，流通湿气的出口。3.9露点温度（露点）dewpoint（DewT）水汽含量不变，保持气压一定的情况下，使空气冷却至完全饱和或达到100％相对湿度的温度。3.10相对湿度relativehumidity(RH)空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比，或湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。3.11露点接近温度approachdewpointtemperature(ADT)气-气式增湿器的湿入空气露点与干出空气露点的差值。3.12水分传输效率watertransferefficiency(WTE)气-气式增湿器的干出水分质量与湿入水分质量的百分比。3.13压降pressuredrop(ㅿP)空气流经一段腔体时的压力降（压力损失）。3.14气体流量airflowrate(Q)单位时间内流经某一截面的空气量。3.15外漏值externalleakagevalue增湿器内部气体泄漏到外部的量。3.163内漏值internalleakagevalue增湿器干侧和湿侧互相窜漏的量。4试验要求4.1样件要求对被测样品进行上文所述外漏测试及内漏测试，测试结果满足该产品的技术要求方可进行4.2试验环境a）试验应在可控温控湿的密闭空间内进行；b）试验场地应有可靠的安全防护措施；c）需满足试验设备的供电要求。4.3设备仪器要求表1主要测量器件及精度℃4.4内外漏及耐压测试台架要求a)压力提供装置可选用稳压惰性气体或压缩空气，其压力值应满足所测压力范围；b)压力调节设备需自带压力传感器，传感器量程为最高试验压力的1.5~2倍，传感器精度满足表1要求；c)压力调节设备需具备10min以上的保压能力，压力衰减应小于1kPa；d)气体输送管路应具备较低的压降，确保增湿器内漏时仍能保持干湿两侧压差在设定值的±2kPa以内。4.5增湿性能及流阻测试台架要求4.5.1台架架构增湿性能及流阻测试台架架构图如图1所示。4图1增湿器增湿性能及流阻测试示意图4.5.2增湿性能及流阻测试台架湿气系统a）湿气发生器应采用加热蒸发式和水-气式，需使用去离子水作为湿气来源；b）应采用气体压缩机输送湿气；c）产生的湿气进入被测增湿器时不应包含液态水，即湿入相对湿度在100%以下；d）湿气进入被测增湿器前，必须经过过滤装置（具体过滤要求视增湿器特性而定），防止颗粒物和有害气体对增湿器造成损害；e）具备湿气流量和压力的调节功能。4.5.3增湿性能及流阻测试台架干气系统a）应从自然环境取气作为干气来源。（亦应加装除湿设备进行干气制备）；b）应采用气体压缩机输送干气；c）干气进入被测增湿器前，必须经过过滤装置（具体过滤要求视增湿器特性而定），防止颗粒物和有害气体对增湿器造成损害；d）具备干气流量和压力的调节功能。4.5.4增湿性能及流阻测试台架温控系统a）应采用电加热/散热或水浴加热/散热进行温度控制；b）具备对干入和湿入空气温度的调节功能；c）冷却能力需满足实验设备的电机和控制器不超温。4.5.5增湿性能及流阻测试台架尾排系统a）被测增湿器的干出和湿出需各自单独连接至尾排，避免相互压力造成影响；b）尾排可使用电控阀门来调节背压；c）尾排需从试验台架所处密闭空间引出至室外，避免尾排温度和湿度对试验环境造成影响。55试验方法5.1参数测量5.1.1压力测量被测增湿器的干入/干出/湿入/湿出气体的压力测量，应采用内壁光滑的圆形截面测量管，管道截面积不小于增湿器的接口面积。测试点距离增湿器出入口1～2倍管径，压力传感器应垂直于管壁安装。5.1.2温度测量温度测量点应该布置在距离被测增湿器接口1～2倍管径的位置处，插入深度应该满足传感器使用要求。5.1.3流量测量流量测量可采用气体质量流量计，测量点应该布置在入口5倍管径的位置，并按流量计使用说明进行安装设定。5.1.4湿度测量湿度测量可采用温湿度变送器，测量探头应该尽量靠近前文所述温度测量点，并确保不会有冷凝水流至探头处影响其温度表征。5.1.5泄露量测量a）压力衰减法：通过压力调节设备上一段时间内的压力衰减进行测量；b）泄露流量法：通过压力调节设备上的泄露流量值或外接数显气体流量计进行测量。5.2内外漏及耐压测试5.2.1试验前准备a）保压系统有充足气源，可提供稳定气压；b）所有支架安装稳固。5.2.2测试步骤5.2.2.1外漏测试a）将增湿器按照图2所示方式与保压系统进行连接，使气体从干入/湿入管口进入增湿器，确保接口完好；b）将压力调节至测量值（推荐值为210kPa）；c）保压2分钟，记录压力衰减或泄露流量值；d）试验完成后关闭电源、气源，整理试验台架。6图2增湿器外漏测试示意图5.2.2.2内漏测试a）将增湿器按照图3所示方式与保压系统和外部数显气体流量计进行连接，确保接口完好；b）将压力调节至测量值（推荐值为180kPa）；c）保压2分钟，记录泄露流量值；d）试验完成后关闭电源、气源，整理试验台架。图3增湿器内漏测试示意图5.2.2.3耐压测试a）将增湿器按照图2所示方式与保压系统进行连接，确保接口完好；b）先缓慢升压至试验压力的50%，保压10分钟后检查压力衰减是否异常。如无异常，继续按试验压力的10%的幅度逐步升压，直至试验压力（推荐为330kPa），在试验压力下的保压时间应不少于10分钟；c）保压完成后，按照5.2.2.1和5.2.2.2所述步骤进行外漏、内漏测试；d）试验完成后关闭电源、气源，整理试验台架。5.3性能及压降测试5.3.1试验前准备5.3.1.1安装布置a）被测样品安装至台架；7b）所有支架安装稳固；c）干气系统、湿气系统，温控系统、尾排系统管路连接完好；d）传感器线束、通讯线束连接完好；e）电源线连接完好。5.3.1.2状态检查a）传感器正常：有电压（或电流）信号输出；b）下位机正常：CAN发出数据与信号相符；c）上位机正常：上位机显示数据与CAN相符；d）温度在零件需求值范围内。5.3.2试验方法5.3.2.1启动台架a）温控系统启动；b）干气和湿气系统气体压缩机启动；c）无故障码产生；d）各通道显示数据合理。5.3.2.2测试准备a）控制干入/湿入气体温度至需测温度范围最低值；b）控制气体压缩机转速至最大值并保持；c）观察干入/湿入气体温度和湿度值波动，当温度波动小于1°C，湿度波动小于5%RH时，进入以下步骤。5.3.2.3性能测试a）结合待测增湿器自身特点及燃料电池系统运行工况制定测试点，测量不同进口空气流量条件下多组数据。测试点不可使温度、气体流量和干湿两侧压差超过增湿器样品承受范围。每个测试点下的干入流量（Q-d㌼y）和湿入流量（Q-wet）差值应保持在100sLPM以内，推荐每隔500-1000sLPM设定测试点；b）控制气体压缩机及尾排阀门，调节干入/湿入气体至测试点所需流量和压力；c）利用温控系统，调节干入/湿入气体至测试点所需温度；d）观察干入/湿入气体温度和湿度值波动，当温度波动小于1°C，相对湿度波动小于5%RH，并保持5分钟以上时，记录干出/湿出气体压力、温度、湿度（露点温度）数据；e）更换至其他测试点，重复上述过程；f）试验完成后关闭电源、气源，整理试验台架。6数据处理处理所采集的多组状态下数据，包括剔除异常数据、处理丢失数据（可使用插值方法补全或者舍弃）等。针对特定测试点数据，应分别按照下述步骤进行计算。分别计算干入/干出温度、压力、湿度、露点平均值。8分别计算湿入/湿出温度、压力、湿度、露点平均值。a)计算干侧压降其中，pdry_in——干入平均压力pdry_out——干出平均压力b)计算湿侧压降c)计算露点接近温度ADT=DewTwet-in—DewTdry-out……（3）ADT——露点接近温