CN112941561B - 电化学制氧机控制系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种电化学制氧机控制系统，包括：传感器单元，用于监测制氧机各部件的工作状态得到多种监测数据；以及控制板单元，用于读取所述多种监测数据并进行分析得到状态数据，由此发出控制信号控制制氧机各部件的工作。还包括Wi‑Fi单元，用于接收所述状态数据，并将所述状态数据发给服务器存入数据库。还包括电源开关单元，用于接受收所述开关断开控制信号，进而控制制氧电堆电源的继电器开关和电堆辅助部件电源的电源开关进行断开，以及接受收所述开关关闭控制信号，进而控制制氧电堆电源的继电器开关和电堆辅助部件电源的电源开关进行关闭，以保持所述电化学制氧机控制系统的安全工作。

Description

电化学制氧机控制系统

技术领域

本公开涉及电化学控制技术领域，尤其涉及一种电化学制氧机控制系统。

背景技术

合适的氧气浓度是人类维持生命的必要条件，在生成生活中我们经常面对氧气浓度不足的场景，制氧机在此时可以发挥作用。传统的制氧机主要有物理和化学两种制氧方式。

物理方法主要有低温精馏法，变压吸附法和膜分离法，化学制氧主要有电解和化学药剂制氧法。低温精馏法耗能高，需要大规模设备，基本用于工业大规模制氧，变压吸附法利用分子筛对氮气氧气的选择性吸附，需要使用空气压缩机，普遍拥有较大体积和噪声。膜分离法产生氧气浓度较低且对膜的性能有较高要求。而化学药剂制氧依赖消耗性的药剂，电解法会产生副产物氢气，存在安全隐患且消耗了额外的能量。以上制氧方法都有一定的缺陷。

电化学制氧机的核心电堆是一种电解池，结构与燃料电池类似，由阳极、阴极、电解质组成。电堆在电位差作用下，利用电能把氧气分子从浓度低的一侧搬运到浓度高的一侧。实现了氧气的富集，最高可得到浓度99.9％的氧气。电化学制氧机相对传统物理和化学制氧机有着自己的优势。但问题是控制电化学制氧机工作在合适的条件下，电化学制氧机的电堆内部部件在高温下工作可能受损，电化学制氧机控制系统的电堆内部部件在高温下工作可能受损，电化学制氧机通过电解液循环将产生的气体带出，气体在液体缓冲罐中与电解液离，分离后进入气体缓冲罐，气体中可能带有水汽，若气体缓冲罐中出现凝结的液体，需要等水回流至液体缓冲罐，加入液位传感器判断气体缓冲罐中是否有液体，若出现需要关闭电源等待回流。电化学制氧机如果倾覆可能导致液泵空转，或者工作体系流出，需要及时关闭电堆电源并报警，加入加速度传感器，判断机器姿态，如果超过安全范围及时切断电堆电源。制氧机的膜两侧气体与液体如果压力差过大会导致气体直接进入液体或者液体渗出，所以需要在散热不足造成高温时及时关闭电源。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种电化学制氧机控制系统，以缓解现有技术中电化学制氧机的电堆内部部件在高温下工作可能受损，所以需要在散热不足造成高温时及时关闭电源等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种电化学制氧机控制系统，包括：

传感器单元，用于监测制氧机各部件的工作状态得到多种监测数据；以及

控制板单元，用于读取所述多种监测数据并进行分析得到状态数据，由此发出控制信号控制制氧机各部件的工作。

在本公开实施例中，所述的电化学制氧机控制系统，还包括Wi-Fi单元，用于接收所述状态数据，并将所述状态数据发给服务器存入数据库。

在本公开实施例中，所述的电化学制氧机控制系统，还包括电源开关单元，所述电源开关单元包括：

电源开关，用于控制所述制氧电堆电源的断开或闭合；

继电器开关，用于控制所述电堆辅助部件电源的断开或闭合。

在本公开实施例中，所述电源开关单元，用于接受收所述开关断开控制信号，进而控制所述继电器开关和所述电源开关进行断开，以及接受收所述开关关闭控制信号，进而控制所述继电器开关和所述电源开关进行关闭，以保持所述电化学制氧机控制系统的安全工作。

在本公开实施例中，所述传感器单元包括：

温度传感器，用于得到所述制氧机的所述制氧电堆的温度监测数据；

加速度传感器，用于得到所述制氧机的姿态监测数据；

气压力传感器，用于得到所述制氧机的气压监测数据；

氧气传感器，用于得到所述制氧机的氧气浓度监测数据；

液位传感器，用于得到所述制氧机的内部液体的液位监测数据。

在本公开实施例中，所述控制板单元，能够对接收到的监测数据进行分析得到状态数据并将其输出，用于在所述状态数据不在设定范围内发出开关断开控制信号，以及所述状态数据在设定范围内发出开关闭合控制信号。

在本公开实施例中，所述制氧机包括：

风扇，用于给所述的制氧机散热；

液泵，用于给所述的制氧机供给电解液。

在本公开实施例中，所述控制板单元能够通过闭环控制PID算法控制所述液泵供给电解液的压力。

在本公开实施例中，所述闭环控制PID算法控制为所述液泵的转速。

在本公开实施例中，所述控制板单元是通过串口将所述状态数据传给Wi-Fi单元。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种电化学制氧机控制系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)实现实时调整泵的电压达到压力平衡，保证制氧机正常工作；

(2)实现多状态数据分析并及时关闭电堆，保证各制氧机部件安全运行；

(3)能够将数据上传至服务器以供查看，方便使用者查看状态；以及

(4)可实现电堆工作在合适的条件下发挥其静音高效的产氧功能。

附图说明

图1为本公开实施例电化学制氧机控制系统的TRD结构和原理示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种电化学制氧机控制系统，所述电化学制氧机控制系统旨在控制电化学制氧机在安全的工作状态下工作。所述本系统通过在膜两侧加入压力传感器，通过调节制氧机液泵转速调整液体侧压力，保证正常工作。本系统可以将当前的工作状态通过Wi-Fi单元上传至服务器，通过网页端可以实时监控制氧机工作状态。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种电化学制氧机控制系统，如图1所示，所述电化学制氧机控制系统，包括：控制板单元，通过电源供电，能够对接收到的监测数据进行分析得到状态数据并将其输出，用于在所述状态数据不在设定范围内发出开关断开控制信号，以及所述状态数据在设定范围内发出开关闭合控制信号；传感器单元，用于监测制氧机工作得到所述监测数据，并将所述监测数据传送给所述控制板单元；Wi-Fi单元，用于接收所述状态数据，并将所述状态数据发给服务器存入数据库；电源开关单元，用于接受收所述开关断开控制信号，进而控制制氧电堆电源和电堆辅助部件电源进行断开，以及接受收所述开关关闭控制信号，进而控制制氧电堆电源和电堆辅助部件电源进行关闭，以保持所述电化学制氧机控制系统的安全工作。

在本公开实施例中，所述的电化学制氧机控制系统，所述制氧机包括：

风扇，用于给所述的制氧机散热；

液泵，用于给所述的制氧机供给电解液。

进一步地，所述控制板单元能够通过闭环控制PID算法控制所述液泵的供电解液。

进一步地，所述闭环控制PID算法控制为所述液泵的转速。

在本公开实施例中，所述控制板单元是通过串口将所述状态数据传给Wi-Fi单元。

在本公开实施例中，所述控制板单元采用Arduino Uno开发板。在本公开实施例中，所述传感器单元包括：温度传感器，用于得到所述制氧机的所述制氧电堆的温度监测数据；加速度传感器，用于得到所述制氧机的姿态监测数据；气压力传感器，用于得到所述制氧机的气压监测数据；氧气传感器，用于得到所述制氧机的氧气浓度监测数据；液位传感器，用于得到所述制氧机的内部液体的液位监测数据。

在本公开实施例中，所述电源开关单元包括：电源开关，用于控制所述制氧电堆电源的断开或闭合；继电器开关，用于控制所述电堆辅助部件电源的断开或闭合。

具体地，在本公开实施例中，如图1所示，所述的电化学制氧机控制系统通过控制板通电启动，根据已有配置初始化各个传感器实例(设置相应针脚)，初始化完成进入正常工作，正常工作状态可以通过按钮启动电堆供电，也可以切换到根据氧气含量自动开启模式，每隔一段设定时间读取各个传感器读数，分析是否超出安全范围，并将数据通过串口发给Wi-Fi单元，Wi-Fi单元接受数据后通过内建的HTTP客户端将数据发给服务器，服务器将收到数据存入数据库，若网页端访问则调出数据发给网页。若各个传感器数据正常则进入下一个等待即下一个检测周期，若出现异常则控制系统进入异常状态。异常状态首先切断电堆工作，然后更频繁的检测传感器数据，直到传感器数据恢复正常，退出异常状态。为保证电堆膜两侧压力平衡，每隔设定时间，本控制系统会根据膜两侧压力传感器数据根据PID控制算法调整给液泵供电电压，

本控制系统使用的闭环控制算法为PID算法，测得气体侧压强值为给定值，液体侧压强为实际值，两者的差记为偏差。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)分别乘上相应系数并求和构成控制量，对受控对象(液泵的电压)进行控制。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开一种电化学制氧机控制系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种电化学制氧机控制系统，该电化学制氧机控制系统能够实现实时调整泵的电压达到压力平衡，保证制氧机正常工作；实现多状态数据分析并及时关闭电堆，保证各制氧机部件安全运行；能够将数据上传至服务器以供查看，方便使用者查看状态；以及可实现电堆工作在合适的条件下发挥其静音高效的产氧功能。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电化学制氧机控制系统，包括：

传感器单元，用于监测制氧机各部件的工作状态得到多种监测数据；以及

控制板单元，用于读取所述多种监测数据并进行分析得到状态数据，由此发出控制信号控制制氧机各部件的工作；

Wi-Fi单元，用于接收所述状态数据，并将所述状态数据发给服务器存入数据库；

电源开关单元，包括：

电源开关，用于控制制氧电堆电源的断开或闭合；以及

继电器开关，用于控制电堆辅助部件电源的断开或闭合；

所述制氧机包括：风扇，用于给所述的制氧机散热；以及液泵，用于给所述的制氧机供给电解液；

所述控制板单元，在所述状态数据不在设定范围内发出开关断开控制信号，以及所述状态数据在设定范围内发出开关闭合控制信号；

在电堆膜两侧加入压力传感器，根据膜两侧压力传感器数据调整液泵供电电压达以到压力平衡，保证制氧机正常工作；

所述传感器单元包括：

温度传感器，用于得到所述制氧机的所述制氧电堆的温度监测数据；

加速度传感器，用于得到所述制氧机的姿态监测数据；

气压力传感器，用于得到所述制氧机的气压监测数据；

氧气传感器，用于得到所述制氧机的氧气浓度监测数据。

2.根据权利要求1所述的电化学制氧机控制系统，其中，所述电源开关单元，用于接收所述开关断开控制信号，进而控制所述继电器开关和所述电源开关进行断开，以及接受收所述开关关闭控制信号，进而控制所述继电器开关和所述电源开关进行关闭，以保持所述电化学制氧机控制系统的安全工作。

3.根据权利要求1所述的电化学制氧机控制系统，其中，所述控制板单元能够通过闭环控制PID算法控制所述液泵供给电解液的压力。

4.根据权利要求3所述的电化学制氧机控制系统，其中，所述闭环控制PID算法控制为所述液泵的转速。

5.根据权利要求1所述的电化学制氧机控制系统，其中，所述控制板单元是通过串口将所述状态数据传给Wi-Fi单元。

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