第四章 實驗設備與方法
4.1 實驗設備與系統組件
為測試進口氫氣溫度與濕度對電池運轉效率的影響，建立其溫度濕度與電壓電 流特性圖，作為性能分析的依據，根據本實驗室早期研究所建立的系統為基礎，重 新設計與整合測試系統，此測試系統主要分為供氣設備與管路系統、進氣加熱系統、
蒸汽加濕系統、量測系統四部分，圖 4.1 為系統示意圖，圖 4.2 為測試系統照片。
系統主要硬體部份包含：
（1）儲氫鋼瓶與儲氧鋼瓶，（2）空氣壓縮機，（3）氫氣隔水加熱裝置，（4）
氧氣與空氣加熱裝置，（5）恆溫控制箱（6）蒸汽產生裝置，（7）單一電池或電池 組。
供氣設備與管路系統
實驗中用的氫氣與氧氣皆由高壓鋼瓶(150 kg/cm2)所供應，由於氫氣易燃屬於危險氣 體，因此需要特別注重安全。就安全裝置而言，氫氣鋼瓶的瓶口裝有德製Witt 防爆裝置，
並製作了一個不鏽鋼箱隔絕氫氣鋼瓶，不鏽鋼箱的背後與室外相通，如有漏氣可直接散 至室外稀釋。鋼瓶內的氫氣經鋼瓶出口調壓閥初步減壓調壓後進入管路中，再經由精密 調壓閥將壓力調整到設定的實驗壓力，利用流量閥控制管路中的氫氣流量，經由流量顯 示器可得知氫氣瞬間與累積流量，其後氫氣進入埋於加熱水槽中的銅管，氫氣在2 公尺 長的銅管流動並吸收熱量，接著進入保溫儲存槽中，再由儲存槽經有三層保溫管輸送到 質子交換膜燃料電池之陽極側進行反應。高壓氮氣為在停止實驗時，用來清除管路中的
氫氣。氧氣則由高壓鋼瓶經鋼瓶出口調壓閥初步減壓調壓後進入管路，再經由精密調壓 閥將壓力調整到設定的實驗壓力，接著經過流量閥直接輸出到質子交換膜燃料電池陰極 側進行反應。實驗用的空氣是由空氣壓縮機壓縮到 75psi 後經過高精密除油除水過濾器 組後，再經精密調壓閥將壓力調整到設定的實驗壓力，再經過流量閥直接輸出到質子交 換膜燃料電池陰極。
進氣加熱系統
氫氣加熱設備如圖 4.3 所示，氫氣屬於易燃氣體，因此加熱時應特別注重安全，所 以採用隔水加熱的方式，先以比例控制的加熱控制器加熱恆溫水槽到實驗所需之溫度，
之後將氫氣流量控制閥打開，讓氫氣循著環繞於恆溫水槽中的銅管進行加溫動作，到達 銅管出口時氫氣的溫度已與我們設定的水溫相同，最後進入埋於恆溫水槽的保溫儲存槽 中並與蒸汽混合，以調配到所需的氫氣濕度。
蒸汽加濕系統
蒸汽加濕系統設備如圖4.4 所示，蒸汽系統主要為一蒸汽產生器，由自動供水管路 隨時補充水份，電熱器加熱水槽產生水蒸汽，產生的水蒸汽經由小流量針閥與耐熱管送 入氫氣保溫槽中調節氫氣濕度，此蒸汽加濕系統我們設有三種安全裝置，當有無水空燒、
蒸汽過壓、溫度過熱任一情況時，即自動斷電，以保護使用者安全。
量測系統
量測系統如圖 4.2 所示系統中使用多個壓力表與溫度計，掌握管路中壓力與溫度的 變化，濕度計裝設於保溫儲存槽中以隨時掌握濕度變化。質量流量計將用來量測氫氣的 質量流量，電壓則使用多個電阻與示波器加以量測，電流則使用電流計量測。藉AD/DA
卡，利用電腦記錄反應數據做後續的分析之用，其設備規格如下所列：
a.壓力顯示器(Model : P125CHI) Range : 0 to 50 psig
Input : 9 to 28 VDC
output : 0 to 5 VDC
Increasing Nonlinearity : -0.05 % fso
Decreasing Nonlinearity : 0.03 % fso
Hysteresis : -0.08 % fso
b.氫氣進口流量計(Model : 822S-L-2-OV1-PV1-V1)
Display : 3 1/2 digital LCD
Output Signal : Linear 0-5 VDC standard ，1000 ohms min
Power Requirement : 12-15 VDC nominal ，1000 mA max
Accuracy :
±
1.5 % of full scaleRepeatability :
±
0.5 % of full scaleResponse : 800 ms time constant ; 2 seconds to within
±
2 % of fianl value over 25 to 100 % of full scalec.示波器(Model: HP 54645D)
頻寬: DC 到 100 MHz
Maximum Input : 400 V（dc + 峰值 ac ）
Range : 1 mV/div 到 5mV/div
Accuracy :
±
5 % FSd. 量測用精密電阻：本實驗使用 0.01、0.02、0.03、0.05、0.1、0.2、0.3Ω、
0.5、0.56、0.75、1.0、1.5、2.0、3.9、6.2、7.5、8.2、9.1、10、51、
100、200、390、680、820、1000 及 1500Ω等共 27 種電阻，前 4 種 為線阻，後23 種為精密薄膜電阻，可與示波器與電流計並用以量測 電壓電流值。
4.2 系統效能與穩定性測試