在固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池以及质子交换燃料电池的实验测试流程中，反应气体的湿度条件直接影响电化学反应进程。对于SOEC电解水实验，反应气源需要携带定量水蒸气进入电池阳极，而部分SOFC工况下燃料气体也需要维持特定露点条件，湿度出现波动，会造成电池极化特性发生偏移，长周期稳定性实验的数据可信度也会随之下降。鼓泡式加湿器作为燃料电池测试体系中专门用于调控进气露点的专用设备，依靠气液传质原理实现气体加湿，广泛应用于各类燃料电池实验室测试平台当中。
鼓泡加湿的基础实现逻辑是将待加湿的工艺气体通入经过精密控温的纯水内部，气体在水体内部形成气泡向上运动，气液两相充分接触发生传质，水体内部水分子蒸发进入流动的气体当中，离开液相腔体之后的气体，其露点会趋近于液态水体的温度，以此实现对输出气体露点的调控。相较于其他加湿方式，该种方式的逻辑简单直接，只需要稳定维持液相水体温度，就可以获得对应露点的加湿气体，便于科研人员理解与设定实验条件。但想要获得稳定的加湿效果，不能仅依靠简单水浴加热，液相水体温度会受到通入气体的热交换影响，气体经过液相腔体之后，气相管路温度下降也会带来水汽冷凝风险，因此设备在设计层面采用液相与气相相互独立温控的方案，液相腔体维持水体目标温度，气相管路同步做温度管控，减少气体离开储水腔体之后出现的温度跌落，设备整体升温到达目标工况的用时较短，工况切换之后可以快速重新进入稳定状态，适配多组不同露点条件的对比实验。
硬件结构层面，整套设备包含储液腔体、温控执行单元、液位感知模块、气体管路回路以及人机控制模块。液位感知器件布置在储液腔体外部，不直接接触水体，减少长期纯水浸泡带来器件损耗，提升设备运行的可靠程度。设备具备自动补水功能，实验运行期间水体持续被气流带走，液位会逐步下降，自动补水机制可以维持腔体内部液位处于合理区间，规避液位过低造成加湿失效，也可以避免液位过高带来液体被气流裹挟进入后端测试管路的问题。整机的控制逻辑由PLC搭配触摸屏实现，操作人员在交互界面上完成温度、补水相关参数设置，设备运行过程中的温度等采样数据可以完成记录，同时支持数据导出，便于实验人员追溯整套测试流程中加湿单元的运行状态。设备内部关键感知与执行元器件选用进口部件，保障长期连续运行条件下的工作稳定性，整套设备可以适配氮气、空气、氢气等不溶于水的工艺气体，能够覆盖燃料电池测试常见气源种类。
在接入燃料电池测试系统使用时，设备出气端管路保温需要给予足够关注。即便加湿器本体输出气体露点稳定，如果后端传输管路温度低于气体露点，水蒸气就会在管路内部凝结成液态水，液态水滴随气流进入电池夹具，会对高温陶瓷电池样品形成冲击，造成电池开裂、电极材料损毁，同时凝结水会改变实际通入电池的水汽含量，让实际实验工况与设定工况产生偏差。所以在系统搭建阶段，出气通往电池夹具的管路应当配套伴热保温结构，管路整体温度维持高于目标露点，抑制管路内部冷凝现象的发生。同时需要关注设备允许的气体流量区间，当气体流量超出适用区间，气泡在水体内部停留时间不足，气液传质不够充分，输出气体露点将达不到设定值，无法满足实验条件，实验设计阶段气体流量参数需要落在设备适配范围之内。
设备日常选用的工作介质建议使用蒸馏水或者超纯水，水体内部含有杂质的情况下，水汽蒸发之后杂质会残留在储水腔体内部，随着运行时长累积，腔体、管路内部会出现杂质沉积，沉积物质会干扰换热效率，也可能随气流进入下游测试系统，给实验带来额外变量。按照使用工况，需要定期更换腔体内部的水体，减少杂质累积带来的负面影响。在启动实验流程的时候，需要预留设备升温稳定的时间，从开机加热到整套系统达到工况稳定需要一定时长，不建议加热刚刚启动就直接通入实验气体开展正式测试，应当等待温度状态趋于稳定之后，再把加湿气体切入电池测试回路。实验结束之后，应当停止加热，待腔体温度回落，根据实验安排选择排空内部水体，避免水体长期静置滋生杂质。
设备运行期间需要关注液位、温度相关报警提示，当出现液位异常、温度偏离设定区间的情况，应当及时排查诱因。如果启用自动补水功能，需要确认补水供给回路状态，保证补给水供给正常。定期检查进气出气各个接头密封情况，气体泄漏一方面会改变实际通入后端设备的气体流量，另一方面氢气等可燃气体泄漏还会带来实验室安全隐患。作为燃料电池测试系统重要配套单元，鼓泡式加湿器的运行状态直接决定水汽工况的准确度，正确的使用方式和周期性的维护工作，可以降低设备故障概率，保障SOFC、SOEC相关加湿工况实验的数据质量，减少设备因素引入的实验误差，更好服务于氢能相关的科研探索工作。
更新时间：2026-10-15
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