CN111380688B - 一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室 - Google Patents
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Abstract
一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，包括环境舱，所述环境舱一端设置有控制间，所述环境舱另一端设置有第一设备舱，所述第一设备舱另一端设置有第二设备舱；所述第一设备舱内设置有用于检测待测试的燃料电池发动机的燃料电池发动机测试设备；所述第二设备舱内设置有空调机组，所述空调机组通过进风管道、回风管道与环境舱相连接；所述控制间内设置上位机；还包括一个尾气处理模块包括尾气处理管道，所述尾气处理管道与待测试的燃料电池发动机排气口相连接；一个用于从外部为待测试的燃料电池发动机提供氢气和氮气的供气模块；实验室系统整体布局合理，极大提高燃料电池测试结果的稳定性以及准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电池发动机实验室技术领域，特别涉及一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室。
背景技术
燃料电池具有效率高、无污染、噪音小等特点。随着化石能源枯竭以及环保意识的提高，各大汽车制造商已经将燃料电池作为汽车清洁动力来源。但是燃料电池作为将化学能直接转变为电能的发电装置以及车辆的主要动力来源，其结构复杂，安全性、可靠性需要严格验证。国家近年来出台了氢燃料电池发动机相关标准。如GB/T 33979-2017 质子交换膜燃料电池发电系统低温特性测试方法、GB/T 31035-2014质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验方法，标准中明确规定对电堆测试环境温度进行精准控制（0~-40℃，温差±1℃），阴阳极管路具备惰性气体吹扫能力，实验室具备良好的通风 以及氢气泄漏预警设备；GB/T24554-2009 燃料电池发动机性能试验方法中要对发动机气密性进行检测，GB/T 34593-2017燃料电池发动机氢气排放测试方法的测试方法中要对尾气进行安全处理。
国内燃料电池发动机研究起步相对较晚，能够满足相关国家标准检测要求的燃料电池实验室规划设计存在空白。加之氢燃料电池主要燃料氢气为易燃易爆危险气体，测试系统及实验室设计中要充分考虑氢气泄漏的安全性因素。现有测试系统及实验室条件存在安全隐患大、环境控制差、测试效率低等缺点，无法满足燃料电池发动机测试需求。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术的上述不足，而提供一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，可以安全、高效、准确地测试燃料电池发动机，有效降低了氢气泄露、外界环境等因素对测试结果的影响，有效保证了测试结果准确性和测试过程安全性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：包括控制间，所述控制间一侧依次设置有第一设备舱、第二设备舱，所述控制间内侧设置有一个环境舱；
所述环境舱为一个集装箱，所述环境舱一端设置有人员舱门，环境舱另一端设置有物流门，所述环境舱通过人员舱门与控制间连通，所述环境舱顶端的轻质泄爆顶下安装有用于监测环境舱舱内氢气浓度的第一氢气浓度探头；
所述第一设备舱内设置有用于检测待测试的燃料电池发动机的燃料电池发动机测试设备、用于监测第一设备舱舱内氢气浓度的第二氢气浓度探头，所述燃料电池发动机测试设备与待测试的燃料电池发动机电性连接；
所述第二设备舱内设置有空调机组，所述空调机组通过进风管道、回风管道与环境舱相连接；
所述控制间内设置用于接收第一氢气浓度探头和第二氢气浓度探头信号从而控制报警器的上位机，所述上位机与第一氢气浓度探头、第二氢气浓度探头、空调机组、报警器、燃料电池发动机测试设备、待测试的燃料电池发动机电性连接；
还包括一个尾气处理模块包括尾气处理管道，所述尾气处理管道与待测试的燃料电池发动机排气口相连接，所述尾气处理管道上依次连接有稀释器、多个水汽分离器；
一个用于从外部为待测试的燃料电池发动机提供氢气燃料和氮气出扫的供气模块，所述供气模块通过管道与待测试的燃料电池发动机连接；
一个冷水机组，所述冷水机组通过管道分别与燃料电池发动机测试设备、待测试的燃料电池发动机连接；
一个无油压缩机，所述无油压缩机通过管道与稀释器连接。
作为本发明的优选方案，所述环境舱设置人员舱门一侧的墙体和连接控制间一面的墙体上均开设有一个防爆观察窗。
作为本发明的优选方案，所述防爆观察窗为双层安全夹胶玻璃，且所述防爆观察窗双层安全夹胶玻璃的夹层内充有氩气。
作为本发明的优选方案，所述环境舱顶端的轻质泄爆顶上安装有排风扇，所述排风扇与上位机电性连接。
作为本发明的优选方案，所述环境舱为抗爆舱体，所述人员舱门为防爆式舱门，所述人员舱门上设有抗爆锁，所述物流门为泄爆门。
作为本发明的优选方案，所述第一设备舱上还设置有一个排风扇，所述排风扇与上位机电性连接。
作为本发明的优选方案，所述供气模块包括氢气集装格、氮气集装格，所述氢气集装格流向待测试的燃料电池发动机的进气管道上依次设有流量计、止回阀、排空阀、减压阀，所述氮气集装格流向待测试的燃料电池发动机的进气管道上依次设有止回阀、排空阀、减压阀，所述供气模块外围设置有防爆墙。
作为本发明的优选方案，所述尾气处理管道上设置有两个水汽分离器，所述两个水汽分离器之间的管道上设置有一个低压球形阀。
作为本发明的优选方案，所述多个水汽分离器后的尾气处理管道还设有一个阻火器。
本发明的有益效果是：与现有技术相比本发明将测试区独立设置环境舱，对测试环境温度进行精确控制；环境舱、设备舱装备有氢气浓度探测系统，舱体为防爆舱体，并备有泄爆门、泄爆顶，氢气集装格独立于控制间以及环境舱、设备舱之外，其外围设有防爆墙，提高了测试过程的安全性；尾气处理模块可以对氢燃料电池发动机尾气进行水气分离以及稀释，保证了环境的安全；实验室系统整体布局合理，极大提高燃料电池测试结果的稳定性以及准确性。
附图说明
图1为氢燃料电池发动机实验室规划示意图。
图2 为氢燃料电池发动机实验室系统架构布置示意图。
图中：a、环境舱，a1、人员舱门，a2、防爆观察窗，a4、燃料电池发动机，a5、物流门，a6、排气扇，a7、第一氢气浓度探头；b1、第一设备舱，b2、第二设备舱，b3、燃料电池发动机测试设备，b4空调机组，b5、排风扇 ，b6、第二氢气浓度探头 ，b7、进风管道，b8、回风管道，c、控制间，c1、上位机，d1、供气模块，d2、防爆墙，d3、减压阀，d4、排空阀， d5、止回阀，d6、流量计，e、尾气处理模块，e1、稀释器， e2、水气分离器， e3、低压球形阀，e4、水气分离器，e5、阻火器；f1、无油压缩机，f2、冷水机组，f3、球形阀，f4、球形阀。
具体实施方式
现在结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，此附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构。
根据图1所示，本发明包括为抗爆舱体的环境舱a，环境舱a一端设置有控制间c，另一端设置有第一设备舱b1，第一设备舱b1另一端设置有第二设备舱b2；环境舱a一端设置有为防爆式舱门的人员舱门a1，人员舱门a1上设有抗爆锁，环境舱a另一端设置有为泄爆门的物流门a5，人员舱门a1与控制间c相通为实验人员出入，物流门a5为氢燃料电池发动机样品出入用，还包括一个尾气处理模块e、一个供气模块d1、一个冷水机组f2、一个冷水机组f2。
根据图2所示，在轻质泄爆顶下方装有用于监测环境舱a舱内氢气浓度的第一氢气浓度探头a7与将室内累积的氢气排出到室外排气扇a6，环境舱a通过进风管道b7及回风管道b8与空调机组相连，环境舱a设置人员舱门a1一侧的墙体和连接控制间c一面的墙体上均开设有一个防爆观察窗a2，防爆观察窗a2为双层安全夹胶玻璃，且防爆观察窗a2的夹层内充有氩气；第一设备舱b1内设置有用于检测待测试的燃料电池发动机a4的燃料电池发动机测试设备b3、用于监测第一设备舱b1舱内氢气浓度的第二氢气浓度探头b6及排气扇b5，燃料电池发动机测试设备b3与待测试的燃料电池发动机a4电性连接，燃料电池发动机测试设备b3对待测试的燃料电池发动机a4输出电压、电流、功率等性能指标进行检测；第二设备舱b2内设置有空调机组b4，用于控制环境仓a内的恒温环境，空调机组b4通过进风管道b7及回风管道b8与环境舱a连接；控制间c用于试验工程师通过人员舱门a1进入环境仓进行样品准备，控制间c内还设置有用于接收第一氢气浓度探头a7和第二氢气浓度探头b6信号从而控制报警器的上位机c1，上位机c1与第一氢气浓度探头a7、第二氢气浓度探头b6、空调机组b4、报警器、燃料电池发动机测试设备b3、待测试的燃料电池发动机a4电性连接，通过上位机c1和观察窗a2监控试验过程；用于从外部为待测试的燃料电池发动机a4提供氢气燃料和氮气吹扫的供气模块d1，供气模块d1通过进气管道与待测试的燃料电池发动机a4连接，供气模块d1包括氢气集装格、氮气集装格，为发动机提供氢燃料以及吹扫用氮气，氢气集装格流向待测试的燃料电池发动机a4的进气管道上依次设有流量计d6、止回阀d5、排空阀d4、减压阀d3，氮气集装格流向待测试的燃料电池发动机a4的进气管道上依次设有止回阀d5、排空阀d4、减压阀d3，供气模块d1外围设置防爆墙d2；尾气处理模块e，尾气处理模块对氢燃料电池发动机尾气进行安全处理，尾气处理模块e包括尾气处理管道，所述尾气处理管道与待测试的燃料电池发动机a4排气口相连接，尾气处理管道上依次连接有稀释器e1、两个水汽分离器，所述两个水汽分离器之间的管道上设置有一个低压球形阀e3，两个水汽分离器后的尾气处理管道还设有一个阻火器e5，稀释器e1与无油压缩机f1相连，无油压缩机f1提供的压缩空气对含有氢气的尾气进行稀释（防止氢气浓度过高排到室外引发危险），水气分离器e2可以进行水气分离，防止液态水累积堵塞排气系统，阻火器e5可以防止室外火情沿排气管进入环境仓a；冷水机组f2通过管道分别与燃料电池发动机测试设备b3、待测试的燃料电池发动机a4连接。
测试过程：对氢燃料电池发动机进行检测时，首先待测试的燃料电池发动机a4样品从物流门a5运输进环境舱a，关闭物流门a5，实验人员从人员舱门a1进入环境舱，将待测试的燃料电池发动机a4与燃料电池发动机测试设备b3、空调机组b4、上位机c1、供气模块d1、尾气处理模块e、冷水机组f2等管路以及电路连接完毕，实验人员从人员舱门离开关闭舱门，在控制间上位机c1上启动测试，首先通过上位机c1控制空调机组b4输入需要提供的温度，空调机组开始运行并通过送风管道b7及回风管道b8给环境仓a提供恒温环境，然后开始对待测试的燃料电池发动机a4进行测试，控制间c通过上机位控制待测试的燃料电池发动机a4进气口，通过供气模块d1给待测试的燃料电池发动机a4提供氢燃料，待测试的燃料电池发动机a4开始运转，第一设备舱b1内的燃料电池发动机测试设备b3测试并记录测试数据，控制间c内实验人员可以通过上机位对测试数据进行在线监控，并且通过防爆观察窗a2对待测试的氢燃料电池发动机状态进行观察；需要对发动机进行吹扫时，供气模块d1中的氮气集装格通过管道为发动机提供氮气出扫；测试过程中环境舱a顶端的轻质泄爆顶下方的第一氢气浓度探头a7与排风扇a6，可以对舱内氢气浓度进行监控，当氢气浓度超过警戒线时第一氢气浓度探头a7发信号给上位机c1，然后上位机c1控制报警器发出警报，上位机c1同时控制排风扇a6对环境舱a内空气进行排放，测试过程中产生的尾气通过尾气处理管道进入尾气处理模块e，稀释器e1将含氢气的氢燃料电池发动机尾气初步稀释，再经过水气分离器e2除去液态水，再经过低压球形阀e3、水气分离器e4、阻火器e5排到大气中。
Claims (9)
1.一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：包括控制间（c），所述控制间（c）一侧依次设置有第一设备舱（b1）、第二设备舱（b2），所述控制间（c）内侧设置有一个环境舱（a）；
所述环境舱（a）为一个集装箱，所述环境舱（a）一端设置有人员舱门（a1），环境舱（a）另一端设置有物流门（a5），所述环境舱（a）通过人员舱门（a1）与控制间（c）连通，所述环境舱（a）顶端的轻质泄爆顶下安装有用于监测环境舱（a）舱内氢气浓度的第一氢气浓度探头（a7）；
所述第一设备舱（b1）内设置有用于检测待测试的燃料电池发动机（a4）的燃料电池发动机测试设备（b3）、用于监测第一设备舱（b1）舱内氢气浓度的第二氢气浓度探头（b6），所述燃料电池发动机测试设备（b3）与待测试的燃料电池发动机（a4）电性连接；
所述第二设备舱（b2）内设置有空调机组（b4），所述空调机组（b4）通过进风管道（b7）、回风管道（b8）与环境舱（a）相连接；
所述控制间（c）内设置用于接收第一氢气浓度探头（a7）和第二氢气浓度探头（b6）信号从而控制报警器的上位机（c1），所述上位机（c1）与第一氢气浓度探头（a7）、第二氢气浓度探头（b6）、空调机组（b4）、报警器、燃料电池发动机测试设备（b3）、待测试的燃料电池发动机（a4）电性连接；
还包括一个尾气处理模块（e）包括尾气处理管道，所述尾气处理管道与待测试的燃料电池发动机（a4）排气口相连接，所述尾气处理管道上依次连接有稀释器（e1）、多个水汽分离器；
一个用于从外部为待测试的燃料电池发动机（a4）提供氢气燃料和氮气出扫的供气模块（d1），所述供气模块（d1）通过进气管道与待测试的燃料电池发动机（a4）连接；
一个冷水机组（f2），所述冷水机组（f2）通过管道分别与燃料电池发动机测试设备（b3）、待测试的燃料电池发动机（a4）连接；
一个无油压缩机（f1），所述无油压缩机（f1）通过管道与稀释器（e1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述环境舱（a）设置人员舱门（a1）一侧的墙体和连接控制间（c）一面的墙体上均开设有一个防爆观察窗（a2）。
3.根据权利要求2所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述防爆观察窗（a2）为双层安全夹胶玻璃，且所述防爆观察窗（a2）双层安全夹胶玻璃的夹层内充有氩气。
4.根据权利要求1所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述环境舱（a）顶端的轻质泄爆顶上安装有排风扇（a6），所述排风扇（a6）与上位机（c1）电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述环境舱（a）为抗爆舱体，所述人员舱门（a1）为防爆式舱门，所述人员舱门（a1）上设有抗爆锁，所述物流门（a5）为泄爆门。
6.根据权利要求1所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述第一设备舱（b1）上还设置有一个排风扇（b5），所述排风扇（b5）与上位机（c1）电性连接。
7.根据权利要求1所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述供气模块（d1）包括氢气集装格、氮气集装格，所述氢气集装格流向待测试的燃料电池发动机（a4）的进气管道上依次设有流量计（d6）、止回阀（d5）、排空阀（d4）、减压阀（d3），所述氮气集装格流向待测试的燃料电池发动机（a4）的进气管道上依次设有止回阀（d5）、排空阀（d4）、减压阀（d3），所述供气模块（d1）外围设置有防爆墙（d2）。
8.根据权利要求1所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述尾气处理管道上设置有两个水汽分离器，所述两个水汽分离器之间的管道上设置有一个低压球形阀（e3）。
9.根据权利要求1所述的一种集装箱式氢燃料电池发动机实验室，其特征在于：所述多个水汽分离器后的尾气处理管道还设有一个阻火器（e5）。
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