CN101705497A - 压力可调氢气发生器及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种压力可调氢气发生器，包含开关电源模块、电解模块、储气装置、压力测量装置和控制模块；所述的开关电源模块电性连接电解模块，电解模块通过导气管连接输气装置，输气装置上设置有一压力测量装置，压力测量装置与控制模块的输入端电性连接，控制装置的输出端与开关电源模块电连接；所述的压力测量装置检测储气装置的氢气输出压力，将其转换为电信号后发送给控制模块，控制模块计算当前需要的产氢电压，将该产氢电压信号发送给开关电源模块，开关电源模块根据该产氢电压信号发出相应电解电流。本发明具有控制精度高，自限流保护电解模块不烧坏、操作方便，电解过程平稳的优点。

Description

压力可调氢气发生器及其调节方法
技术领域
本发明涉及一种氢气发生器，尤其涉及一种压力可调氢气发生器。
背景技术
目前，国内氢气发生器普遍采用机械表头与光电耦合器组合，采用挡光截止的方式，接通或截止电解电流。不断反复的截止接通动作，导致电解电流不连续，且开关电源不断启动过载，容易损坏电源及电解池。更老式型号使用变压器整流供电，缺乏有效的过流过压保护，更容易过载损坏电解池。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种平稳调节的恒流电解的压力可调氢气发生器，其控制精度高、自限流保护电解池不烧坏、操作方便、稳定可靠。
为了实现上述目的，本发明提供了一种压力可调氢气发生器，包含开关电源模块、电解模块、储气装置、压力测量装置和控制模块；
所述的开关电源模块电性连接电解模块，电解模块通过导气管连接输气装置，输气装置上设置有一压力测量装置，压力测量装置与控制模块的输入端电性连接，控制装置的输出端与开关电源模块电连接；
所述的压力测量装置检测储气装置的氢气输出压力，将其转换为电信号后发送给给控制模块，控制模块计算当前需要的产氢电压，将该产氢电压信号发送给开关电源模块，开关电源模块根据该产氢电压信号发出相应电解电流。
所述的电解模块包含储液桶装置和设置在储液桶装置下面的电解池装置；所述的储液桶装置中放置电解液，并设置阳极室，电解池装置中设置有阴极室；
所述的开关电源模块的正输出与所述的储液桶装置电性连接，所述的开关电源模块的负输出与电解池装置电性连接。
所述的开关电源模块为可调开关电源；
所述的压力测量装置为压力传感器。
所述的控制模块包含电路连接的输入电路、压力调节计算电路和输出电路；
输入电路用于接受压力传感器的电流信号，并将其转化为压力调节计算电路可接受的电压信号，压力调节计算电路接收输入电路输出的电压信号，并完成压力调节计算功能后将电压信号反馈给输出电路，输出电路将接收的电压信号平滑放大为代表产氢量的电压信号，并反馈给开关电源模块。
所述的压力调节计算电路包含主要包含依次连接的模数转换单元、比较单元、计算存储单元和数模转换单元。
一种压力可调氢气发生器的调节方法，包含以下步骤：
步骤1、开关电源模块为电解模块提供电解电流，电解模块中的电解液电解，产生氢气和氧气，氧气通过氧气排放口排放到大气中，氢气通过输气管进入储气装置中积聚，同时储气装置通过储气装置上的氢气排放口向其他设备提供氢气；
步骤2、压力传感器实时测量储气装置的氢气压力，将测得的氢气压力信号转化为电流信号后传送给控制模块，控制模块根据压力传感器测得的电流信号，进行相应的调节计算，计算当前需要的产氢电压，将该产氢电压信号发送给可调开关电源；
步骤2.1、控制模块的输入电路接收压力传感器的电流信号，并将该电流信号放大转换为压力调节计算电路可接收的电压信号；
步骤2.2、输入电路将上述电压信号发送给压力调节计算电路，在压力调节计算电路中执行压力调节计算功能，将计算后得出的电压信号发送给输出电路；
步骤2.2.1、在压力调节计算电路内的模数转换单元内进行模数转换操作，将接收的输入电路的电压信号转换为氢气的输出压力值；
步骤2.2.2、在压力调节计算电路的比较单元中进行比较运算，将该氢气输出压力值与设定值相比较，以求出当前压力误差值；
步骤2.2.3、在计算存储单元中对该压力误差值执行比例积分微分(PID)计算，求出本次递进值，并加上前次比例积分微分(PID)累加值，并对本次比例积分微分(PID)累加值存储，用于下次计算，将本次比例积分微分(PID)累加值折算为功率输出比例值；
步骤2.2.4、在数模转换单元中将该功率输出比例值转换为模拟电压信号由数模转换单元输出。
步骤2.3、输出电路将接收的模拟电压信号平滑放大为代表产氢量的电压信号，并传送给可调开关电源；
步骤3、可调开关电源接收该输出电路的电压信号后，相应调节输出电流，该输出电流对外呈横流特性，并自动限制电流不超过额定值。
步骤3.1、可调开关电源将其输出电流正比例的转化为反馈电压，与其接收的输出电路的电压信号进行比较后，进行判断。
步骤3.2、若比较后，输出电路的电压信号位于可调开关电源的正常值范围内，则由功率管控制输出电流；
步骤3.3、若输出电路的电压信号高于可调开关电源的允许范围，则保持可调开关电源本身的最高电压，使其工作于限压方式。
步骤4、重复执行步骤2-3，便可在氢气发生器不断产生氢气的工作过程中，持续向需要设备提供所需要的氢气，并可实时调节氢气压力，保证该电解液的电解过程平稳。
本发明具有以下优点：
1.控制精度高。
2.自限流保护电解池-储液筒不烧坏、操作方便。
3.电解过程平稳。
附图说明
图1为本发明压力可调氢气发生器的电路原理图；
图2为本发明压力可调氢气发生器的控制模块的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明压力可调氢气发生器的电路框图。如图所示，压力可调氢气发生器包含依次连接的开关电源模块1、电解模块2、储气装置3、压力测量装置4和控制模块5。开关电源模块1电连接电解模块2，为电解模块2提供稳定的电解电流，在本实施例中，开关电源模块1采用限压恒流的可调开关电源(型号：RK-HQ1000)实现。电解模块2包含储液桶装置22和设置在储液桶装置22下部的电解池装置21，储液桶装置22中放置电解液，内部设置阳极室，在储液桶装置22上设置有氧气排放口221，电解池装置21内设置阴极室，并且电解池装置上还设置有氢气排放口。可调开关电源的正输出连接储液桶装置22，负输出连接电解池装置21，当可调开关电源1提供电解电流时，在电场的作用下，电解液电解，阳极室产生氧气，阴极室产生氢气，然后氧气通过储液桶装置22中的氧气排放口221排放到空气中，氢气则通过电解池上的氢气排放口通过输气管211排放到储气装置3中积聚，不断的电解使氢气越来越多，因此储气装置3中的压力上升，保持较高的压力，该储气装置3上设置有一氢气输出口31，通过该输出口31便可向外界其他设备提供需要的氢气。储气装置3还通过输气管32连接压力测量装置4，用于连续测量储气装置3中的氢气压力，在本实施例中，压力测量装置4使用压力传感器(型号：SK-10B-531)实现，该压力传感器输出端与控制模块5的输入端电连接，压力传感器将测得的氢气压力值转化为电流信号后传送给控制模块5，控制模块5的输出端与可调开关电源1电连接，控制模块5根据压力传感器4的电流信号，进行相应的调节计算，计算出当前需要的产氢电压，可调开关电源1接收控制模块5的产氢电压信号后，将自身的反馈电压与该产氢电压信号比较放大后，相应的调节输出电流，使电流对外呈恒流特性，且自动限制电流不超过额定值。由此实现对储气装置3中的气体压力进行实时调节。
如图2所示，为控制模块5的电路原理图。如图所示，控制模块5包含电路连接的输入电路51、压力调节计算电路U(型号：STC12C5410AD)和输出电路53。输入电路51主要包含继电器J4和放大器U2A及相关电阻电容，继电器J4一端连接压力传感器4，通过继电器J4和电阻R14接收压力传感器4输出的电流信号，并通过放大器U2A转化并放大为压力调节计算电路U可接受的电压信号。压力调节计算电路U主要包含依次连接的模数转换单元、比较单元、计算存储单元和数模转换单元，压力调节计算电路U的输入端接收放大器U2A提供的电压信号，进行相应的模数转换、比较、计算和数模转换后，转换为输出电路53接收的电压信号。输出电路53主要包含放大器U2B、继电器J2及相关电阻电容，放大器U2B主要用于接收压力调节计算电路U的输出端输出的电压信号波形，并将该电压信号波形平滑放大为代表产氢量的模拟电压，继电器J2连接可调开关电源，输出电路53将该输出的模拟电压信号通过继电器J2传送给可调开关电源。
可调开关电源1工作于恒流方式，可调开关电源1内有互感器，该互感器可将输出电流正比例的转化为反馈电压，与输入的产氢量电压信号比较并放大，由可调开关电源1内部的功率管控制输出电流。当电解模块2缺水或故障时，电解池-储液筒2的内阻明显升高，理论上所要求的输出电压高于允许范围，则此时可调开关电源1内部过压限制起作用，保持可调开关电源的最高输出电压，则此时相应降低了输出电流，此时可调开关电源1工作于限压方式，保护了电解模块不被烧坏。
该压力可调氢气发生器的调节方法包含以下步骤：
步骤1、开关电源模块1为电解模块2提供电解电流，电解模块中的电解液电解，产生氢气和氧气，氧气通过氧气排放口221排放到大气中，氢气通过输气管211进入储气装置3中积聚，同时储气装置3通过储气装置3上的氢气排放口31向其他设备提供氢气；
步骤2、压力传感器4实时测量储气装置3的氢气压力，将测得的氢气压力信号转化为电流信号后传送给控制模块5，控制模块5根据压力传感器4测得的电流信号，进行相应的调节计算，计算当前需要的产氢电压，将该产氢电压信号发送给可调开关电源1；
步骤2.1、控制模块5的输入电路51接收压力传感器4的电流信号，并将该电流信号放大转换为压力调节计算电路U可接收的电压信号；
步骤2.2、输入电路51将上述电压信号发送给压力调节计算电路U，在压力调节计算电路中执行压力调节计算功能，将计算后得出的电压信号发送给输出电路53；
步骤2.2.1、在压力调节计算电路U内的模数转换单元内进行模数转换操作，将接收的输入电路的电压信号转换为氢气的输出压力值；
步骤2.2.2、在压力调节计算电路U的比较单元中进行比较运算，将该氢气输出压力值与设定值(0.4MPa)相比较，以求出当前压力误差值；
步骤2.2.3、在计算存储单元中对该压力误差值执行比例积分微分(PID)计算，求出本次递进值，并加上前次比例积分微分(PID)累加值，并对本次比例积分微分(PID)累加值存储，用于下次计算，将本次比例积分微分(PID)累加值折算为功率输出比例值；
步骤2.2.4、在数模转换单元中将该功率输出比例值转换为模拟电压信号由数模转换单元输出。
步骤2.3、输出电路53将接收的模拟电压信号平滑放大为代表产氢量的电压信号，并传送给可调开关电源1；
步骤3、可调开关电源1接收该输出电路53的电压信号后，相应调节输出电流，该输出电流对外呈横流特性，并自动限制电流不超过额定值。
步骤3.1、可调开关电源1将其输出电流正比例的转化为反馈电压，与其接收的输出电路53的电压信号进行比较后，进行判断。
步骤3.2、若比较后，输出电路53的电压信号位于可调开关电源1的正常值范围内，则由功率管控制输出电流；
步骤3.3、若输出电路53的电压信号高于可调开关电源的允许范围，则保持可调开关电源1本身的最高电压，使其工作于限压方式。
步骤4、重复执行步骤2-3，便可在氢气发生器不断产生氢气的工作过程中，持续向需要设备提供所需要的氢气，并可实时调节氢气压力，保证该电解液的电解过程平稳。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种压力可调氢气发生器，其特征在于，包含开关电源模块(1)、电解模块(2)、储气装置(3)、压力测量装置(4)和控制模块(5)；
所述的开关电源模块(1)电性连接电解模块(2)，电解模块(2)通过导气管(211)连接输气装置(3)，输气装置(3)上设置有一压力测量装置(4)，压力测量装置(4)与控制模块(5)的输入端电性连接，控制装置(5)的输出端与开关电源模块(1)电性连接；
所述的压力测量装置(4)检测储气装置(3)的氢气输出压力，将其转换为电信号后发送给控制模块(5)，控制模块(5)计算当前需要的产氢电压，将该产氢电压信号发送给开关电源模块(1)，开关电源模块(1)根据该产氢电压信号发出相应电解电流。
2.如权利要求1所述的压力可调氢气发生器，其特征在于：
所述的电解模块(2)包含储液桶装置(22)和设置在储液桶装置(22)下面的电解池装置(21)，所述的储液桶装置(22)中放置电解液，并设置阳极室，电解池装置(21)中设置有阴极室；
所述的开关电源模块(1)的正输出与所述的储液桶装置(22)电性连接，所述的开关电源模块(1)的负输出与电解池装置(21)电性连接。
3.如权利要求1所述的压力可调氢气发生器，其特征在于：
所述的开关电源模块(1)为可调开关电源。
4.如权利要求1所述的压力可调氢气发生器，其特征在于：
所述的压力测量装置(4)为压力传感器。
5.如权利要求1所述的压力可调氢气发生器，其特征在于：
所述的控制模块(5)包含电路连接的输入电路(51)、压力调节计算电路(U)和输出电路(53)；
输入电路(51)用于接受压力传感器的电流信号，并将其转化为压力调节计算电路(U)可接受的电压信号，压力调节计算电路(U)接收输入电路(51)输出的电压信号，并完成压力调节计算功能后将电压信号发送给输出电路(53)，输出电路(53)将接收的电压信号平滑放大为代表产氢量的电压信号后发送给开关电源模块(1)。
6.如权利要求4所述的压力可调氢气发生器，其特征在于：
所述的压力调节计算电路(U)包含主要包含依次连接的模数转换单元、比较单元、计算存储单元和数模转换单元。
7.一种压力可调氢气发生器的调节方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1、开关电源模块(1)为电解模块(2)提供电解电流，电解模块中的电解液电解，产生氢气和氧气，氧气通过氧气排放口(221)排放到大气中，氢气通过输气管(211)进入储气装置(3)中积聚，同时储气装置(3)通过储气装置(3)上的氢气排放口(31)向其他设备提供氢气；
步骤2、压力传感器(4)实时测量储气装置(3)的氢气压力，将测得的氢气压力信号转化为电流信号后传送给控制模块(5)，控制模块(5)根据压力传感器(4)测得的电流信号，进行相应的调节计算，计算当前需要的产氢电压，将该产氢电压信号发送给可调开关电源(1)；
步骤3、可调开关电源(1)接收该输出电路(53)的电压信号后，相应调节输出电流，该输出电流对外呈横流特性，并自动限制电流不超过额定值；
步骤4、重复执行步骤2-3，便可在氢气发生器不断产生氢气的工作过程中，持续向需要设备提供所需要的氢气，并可实时调节氢气压力，保证该电解液的电解过程平稳。
8.如权利要求7所述的压力可调氢气发生器的调节方法，其特征在于所述的步骤2包含以下步骤：
步骤2.1、控制模块(5)的输入电路(51)接收压力传感器(4)的电流信号，并将该电流信号放大转换为压力调节计算电路(U)可接收的电压信号；
步骤2.2、输入电路(51)将上述电压信号发送给压力调节计算电路(U)，在压力调节计算电路中执行压力调节计算功能，将计算后得出的电压信号发送给输出电路(53)；
步骤2.3、输出电路(53)将接收的模拟电压信号平滑放大为代表产氢量的电压信号，并传送给可调开关电源(1)。
9.如权利要求8所述的压力可调氢气发生器的调节方法，其特征在于所述的步骤2.2包含以下步骤：
步骤2.2.1、在压力调节计算电路(U)内的模数转换单元内进行模数转换操作，将接收的输入电路的电压信号转换为氢气的输出压力值；
步骤2.2.2、在压力调节计算电路(U)的比较单元中进行比较运算，将该氢气输出压力值与设定值相比较，以求出当前压力误差值；
步骤2.2.3、在计算存储单元中对该压力误差值执行比例积分微分计算，求出本次递进值，并加上前次比例积分微分累加值，并对本次比例积分微分累加值存储，用于下次计算，将本次比例积分微分累加值折算为功率输出比例值；
步骤2.2.4、在数模转换单元中将该功率输出比例值转换为模拟电压信号由数模转换单元输出。
10.如权利要求7所述的压力可调氢气发生器的调节方法，其特征在于所述的步骤3包含以下步骤：
步骤3.1、可调开关电源(1)将其输出电流正比例的转化为反馈电压，与其接收的输出电路(53)的电压信号进行比较后，进行判断；
步骤3.2、若比较后，输出电路(53)的电压信号位于可调开关电源(1)的正常值范围内，则由功率管控制输出电流；
步骤3.3、若输出电路(53)的电压信号高于可调开关电源的允许范围，则保持可调开关电源(1)本身的最高电压，使其工作于限压方式。
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