CN113075559A - 一种氢燃料电池浸水测试试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氢燃料电池浸水测试试验装置，空气滤清器通过第一管路连接至所述样品放置处的空气输入端，第一氮气储存机构通过第二管路连通至所述第一管路，氢气储存机构通过第三管路连接至所述样品放置处的氢气输入端，第二氮气储存机构通过第四管路连通至所述第三管路，防爆环境箱安装至所述样品放置处的外围，升降台安装至防爆环境箱内底面，数据采集记录仪信号连接至所述样品放置处的样品，本发明所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，能够安全可靠地观察氢燃料电池浸水测试的试验情况，解决氢燃料电池由于浸水测试易引起泄露、爆炸而导致的观测困难问题。
Description
技术领域
本发明属于氢燃料电池测试领域，尤其是涉及一种氢燃料电池浸水测试试验装置。
背景技术
氢燃料电池作为将氢气和氧气的化学能通过电化学反应直接转换为电能的复杂装置，具有发电效率高、无污染、比能量高等优点；由于氢气具有易燃易爆等特性，使得氢燃料电池的安全要求更加引起广大学者的注意；其中，浸水测试是考察氢燃料电池安全性的重要试验方法之一，氢燃料电池在盐水中浸泡可能存在泄露、冒烟、着火、甚至爆炸等风险；因此，进行氢燃料电池的浸水试验，确保燃料电池不因浸水而发生泄露、爆炸等严重事故，是保障氢燃料电池安全性的有效依据之一；开发研究氢燃料电池浸水测试试验装置及测试方法对于氢燃料电池行业的发展具有十分重大的研究意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种氢燃料电池浸水测试试验装置，以避免电池在浸水过程中发生泄露、冒烟、着火、甚至爆炸等事故，利于优化现有检测技术规范的不完整性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种氢燃料电池浸水测试试验装置，第一氮气储存机构、空气滤清器、氢气储存机构、第二氮气储存机构、氢气输出机构、空气输出机构和样品放置处，空气滤清器通过第一管路连接至所述样品放置处的空气输入端，所述第一管路自空气滤清器至所述样品放置处的空气输入端依次安装空气流量计、第二开关阀门、第一压力表，第一氮气储存机构通过第二管路连通至所述第一管路，且连通处位于第二开关阀门、第一压力表之间，所述第二管路自第一氮气储存机构至所述第一管路的连通端依次安装第一氮气减压阀、第一氮气流量计、第一开关阀门，氢气储存机构通过第三管路连接至所述样品放置处的氢气输入端，所述第三管路自氢气储存机构至所述样品放置处的氢气输入端依次安装氢气减压阀、氢气流量计、第三开关阀门、第二压力表，第二氮气储存机构通过第四管路连通至所述第三管路，且连通处位于第三开关阀门、第二压力表之间，所述第四管路自第二氮气储存机构至所述第三管路连通端依次安装第二氮气减压阀、第二氮气流量计、第四开关阀门，氢气输出机构通过第五管路连接至所述样品放置处的氢气输出端，空气输出机构通过第五管路连接至所述样品放置处的空气输出端，防爆环境箱为透明壳体结构，防爆环境箱安装至所述样品放置处的外围，升降台安装至防爆环境箱内底面，升降台上方放置水箱，且升降台和水箱均处于所述样品放置处的正下方，升降台通过导线连接至第三控制机构，第一氮气流量计、空气流量计、氢气流量计和第二氮气流量计分别通过导线连接至第一控制机构，第一开关阀门、第二开关阀门、第三开关阀门和第四开关阀门分别通过导线连接至第二控制机构，数据采集记录仪信号连接至所述样品放置处的样品。
进一步的，所述第一控制机构、第二控制机构和第三控制机构均为PLC。
进一步的，所述第一开关阀门、第二开关阀门、第三开关阀门和第四开关阀门均为电控阀门。
进一步的，所述氢气减压阀、第一氮气减压阀和第二氮气减压阀均为机械阀。
进一步的，所述第一氮气储存机构和第二氮气储存机构均为氮气瓶。
进一步的，所述氢气储存机构为氢气瓶。
进一步的，所述升降台为电控升降台。
进一步的，水箱为开口耐腐蚀防爆水箱。
相对于现有技术，本发明所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，通过防爆环境箱、第一控制机构、第二控制机构、第三控制机构和数据采集记录仪，能够安全可靠地观察氢燃料电池浸水测试的试验情况，解决氢燃料电池由于浸水测试易引起泄露、爆炸而导致的观测困难问题。
(2)本发明所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，通过第一开关阀门、第二开关阀门、第三开关阀门、第四开关阀门、第一压力表和第二压力表，便于浸水测试试验过程中氮气、氢气和空气管路的随意切换，能够方便快捷地判断燃料电池是否发生泄露现象。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置的示意图。
附图标记说明：
1-第一氮气储存机构；2-第一氮气减压阀；3-第一氮气流量计；4-第一开关阀门；5-空气滤清器；6-空气流量计；7-第二开关阀门；8-氢气储存机构；9-氢气减压阀；10-氢气流量计；11-第三开关阀门；12-第二氮气储存机构；13-第二氮气减压阀；14-第二氮气流量计；15-第四开关阀门；16-第一压力表；17-第二压力表；18-第一控制机构；19-第二控制机构；20-数据采集记录仪；21-升降台；22-水箱；23-样品；24-防爆环境箱；25-电源；26-第三控制机构；27-氢气输出机构；28-空气输出机构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种氢燃料电池浸水测试试验装置包括：第一氮气储存机构1、第一氮气减压阀2、第一氮气流量计3、第一开关阀门4、空气滤清器5、空气流量计6、第二开关阀门7、氢气储存机构8、氢气减压阀9、氢气流量计10、第三开关阀门11、第二氮气储存机构12、第二氮气减压阀13第二氮气流量计14、第四开关阀门15、第一压力表16、第二压力表17、第一控制机构18、第二控制机构19、数据采集记录仪20、升降台21、水箱22、样品放置处、防爆环境箱24、第三控制机构26、氢气输出机构27和空气输出机构28，空气滤清器5通过第一管路连接至所述样品放置处的空气输入端，所述第一管路自空气滤清器5至所述样品放置处的空气输入端依次安装空气流量计6、第二开关阀门7、第一压力表16，第一氮气储存机构1通过第二管路连通至所述第一管路，且连通处位于第二开关阀门7、第一压力表16之间，所述第二管路自第一氮气储存机构1至所述第一管路的连通端依次安装第一氮气减压阀2、第一氮气流量计3、第一开关阀门4，氢气储存机构8通过第三管路连接至所述样品放置处的氢气输入端，所述第三管路自氢气储存机构8至所述样品放置处的氢气输入端依次安装氢气减压阀9、氢气流量计10、第三开关阀门11、第二压力表17，第二氮气储存机构12通过第四管路连通至所述第三管路，且连通处位于第三开关阀门11、第二压力表17之间，所述第四管路自第二氮气储存机构12至所述第三管路连通端依次安装第二氮气减压阀13、第二氮气流量计14、第四开关阀门15，氢气输出机构27通过第五管路连接至所述样品放置处的氢气输出端，空气输出机构28通过第五管路连接至所述样品放置处的空气输出端，防爆环境箱24为透明壳体结构，防爆环境箱24安装至所述样品放置处的外围，升降台21安装至防爆环境箱24内底面，升降台21上方放置水箱22，且升降台21和水箱22均处于所述样品放置处的正下方，升降台21通过导线连接至第三控制机构26，第一氮气流量计3、空气流量计6、氢气流量计10和第二氮气流量计14分别通过导线连接(信号连接)至第一控制机构18，第一开关阀门4、第二开关阀门7、第三开关阀门11和第四开关阀门15分别通过导线连接(信号连接)至第二控制机构19，数据采集记录仪20信号连接至所述样品放置处的样品23(数据采集记录仪20的热电偶贴合至样品23表面，且型号为HIOKI LR8430)，能够安全可靠地观察氢燃料电池浸水测试的试验情况，解决氢燃料电池由于浸水测试易引起泄露、爆炸而导致的观测困难问题；
第一控制机构18、第二控制机构19和第三控制机构26均为PLC，且型号为SIMATICS7-1200，第一氮气流量计3、空气流量计6、氢气流量计10和第二氮气流量计14的型号均为alicat KM3100；
第二氮气流量计14和第一氮气流量计3为可变氮气体积流量计，且均在第一控制机构18的信号指令下控制氮气气路(即所述第二管路和所述第四管路)的关闭和接通，空气流量计6为可变空气体积流量计，空气流量计6在第一控制机构18的信号指令下改变输出的空气体积流量，氢气流量计10为可变氢气体积流量计，氢气流量计10在第一控制机构18的信号指令下改变输出的氢气体积流量；
升降台21为电控升降台，且型号为LSP-3，在第三控制机构26的信号指令下控制升降台21高度；水箱22为开口耐腐蚀防爆水箱，内装有3.5％(质量分数)氯化钠溶液，对于高度小于850mm的试验对象，其最低点应低于水面1000mm；对于高度等于或大于850mm的试验对象，其最高点应低于水面150mm，水温与试验对象温差不大于5℃；
第一压力表16和第二压力表17均用于测量气体压力；
第一氮气储存机构1和第二氮气储存机构12均为氮气瓶，且均用于储存高压氮气；
氢气储存机构8为氢气瓶，用于储存高压氢气；
氢气减压阀9、第一氮气减压阀2和第二氮气减压阀13均是机械阀，且型号为tescom 44-2260-242-009，氢气减压阀9用于所述第三管路输出的高压氢气进行减压，第一氮气减压阀2、第二氮气减压阀13分别用于对所述第二管路、所述第四管路输出的高压氮气进行减压；
所述第一开关阀门4、第二开关阀门7、第三开关阀门11和第四开关阀门15均为电控阀门，且型号均为Parker 73216SN2MT00/E7140C2，第一开关阀门4和第四开关阀门15在第二控制机构19的信号指令下控制氮气气路(即所述第二管路和所述第四管路)的关闭和接通，第二开关阀门7、第三开关阀门11在第二控制机构19的信号指令下分别控制所述第一管路、第三管路的关闭和接通；
第一氮气流量计3、空气流量计6、氢气流量计10、第二氮气流量计14、第一控制机构18、第二控制机构19、第三控制机构26和数据采集记录仪20分别导线连接(电连接)至电源；
样品23放置于所述样品放置处，样品23的空气输入端连通所述样品放置处的空气输入端，样品23的氢气输入端连通所述样品放置处的氢气输入端，样品23的氢气输出端连通所述样品放置处的氢气输出端，样品23的空气输出端连通所述样品放置处的空气输出端，样品23为被测试氢燃料电池。
本发明的工作原理：首先根据氮气的体积流量目标值，工作人员在第一控制机构18中设定需要的氮气体积流量值；然后手动打开第一氮气储存机构1和第二氮气储存机构12，第二控制机构19通过发送信号来打开第一开关阀门4和第四开关阀门15，同时第二控制机构19通过发送信号来关闭第二开关阀门7和第三开关阀门11，第一控制机构18根据测试需求及时通过发送信号来调整第一氮气流量计3或第二氮气流量计14，使得进入样品23的气体达到设定值；然后工作人员根据样品23的位置，在第三控制机构26中设定升降台21的上升位置，第三控制机构26根据测试需求通过发送信号来调整升降台21位置(使升降台21升高，升降台21托起水箱22，使水箱22升高)，使样品23浸入水箱22，样品23被淹没，持续时间5min，试验过程中工作人员通过数据采集记录仪20能够观察到样品23的表面温度，分别观察第一压力表16、第二压力表17的数值，确认样品23是否有漏气现象，并记录样品23的表面温度和第一压力表16、第二压力表17的数值；
工作人员根据氢气和空气的体积流量目标值，在第一控制机构18中设定需要的氢气和空气体积流量值，然后手动打开氢气储存机构8和空气滤清器5，第二控制机构19通过发送信号来打开第二开关阀门7和第三开关阀门11，同时第二控制机构19通过发送信号来关闭第一开关阀门4和第四开关阀门15，第一控制机构18根据测试需求及时通过发送信号来调整氢气流量计10或空气流量计6，使得进入样品23的气体达到设定值，持续时间5min，试验过程中工作人员通过数据采集记录仪20能够观察到样品23的表面温度，分别观察第一压力表16、第二压力表17的数值，确认样品23是否有短路爆炸、漏气、过热等现象，并记录样品23的表面温度和第一压力表16、第二压力表17的数值；
最后工作人员根据氮气的体积流量目标值，在第一控制机构18设定需要的氮气体积流量值；第二控制机构19通过发送信号来打开第一开关阀门4和第四开关阀门15，同时第二控制机构19通过发送信号来关闭第二开关阀门7和第三开关阀门11，第一控制机构18根据测试需求及时通过发送信号来调整第一氮气流量计3或第二氮气流量计14，使得进入样品23的气体达到设定值，持续时间5min，试验过程中工作人员通过数据采集记录仪20能够观察到样品23的表面温度，分别观察第一压力表16、第二压力表17的数值，确认样品23是否有漏气现象，并记录样品23的表面温度和第一压力表16、第二压力表17的数值，试验结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：包括第一氮气储存机构(1)、空气滤清器(5)、氢气储存机构(8)、第二氮气储存机构(12)、氢气输出机构(27)、空气输出机构(28)和样品放置处；空气滤清器(5)通过第一管路连接至所述样品放置处的空气输入端，所述第一管路自空气滤清器(5)至所述样品放置处的空气输入端依次安装空气流量计(6)、第二开关阀门(7)、第一压力表(16)，第一氮气储存机构(1)通过第二管路连通至所述第一管路，且连通处位于第二开关阀门(7)、第一压力表(16)之间，所述第二管路自第一氮气储存机构(1)至所述第一管路的连通端依次安装第一氮气减压阀(2)、第一氮气流量计(3)、第一开关阀门(4)，氢气储存机构(8)通过第三管路连接至所述样品放置处的氢气输入端，所述第三管路自氢气储存机构(8)至所述样品放置处的氢气输入端依次安装氢气减压阀(9)、氢气流量计(10)、第三开关阀门(11)、第二压力表(17)，第二氮气储存机构(12)通过第四管路连通至所述第三管路，且连通处位于第三开关阀门(11)、第二压力表(17)之间，所述第四管路自第二氮气储存机构(12)至所述第三管路连通端依次安装第二氮气减压阀(13)、第二氮气流量计(14)、第四开关阀门(15)，氢气输出机构(27)通过第五管路连接至所述样品放置处的氢气输出端，空气输出机构(28)通过第五管路连接至所述样品放置处的空气输出端，防爆环境箱(24)为透明壳体结构，防爆环境箱(24)安装至所述样品放置处的外围，升降台(21)安装至防爆环境箱(24)内底面，升降台(21)上方放置水箱(22)，且升降台(21)和水箱(22)均处于所述样品放置处的正下方，升降台(21)通过导线连接至第三控制机构(26)，第一氮气流量计(3)、空气流量计(6)、氢气流量计(10)和第二氮气流量计(14)分别通过导线连接至第一控制机构(18)，第一开关阀门(4)、第二开关阀门(7)、第三开关阀门(11)和第四开关阀门(15)分别通过导线连接至第二控制机构(19)，数据采集记录仪(20)信号连接至所述样品放置处的样品23。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：所述第一控制机构(18)、第二控制机构(19)和第三控制机构(26)均为PLC。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：所述第一开关阀门(4)、第二开关阀门(7)、第三开关阀门(11)和第四开关阀门(15)均为电控阀门。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：所述氢气减压阀(9)、第一氮气减压阀(2)和第二氮气减压阀(13)均为机械阀。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：所述第一氮气储存机构(1)和第二氮气储存机构(12)均为氮气瓶。
6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：所述氢气储存机构(8)为氢气瓶。
7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：所述升降台(21)为电控升降台。
8.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池浸水测试试验装置，其特征在于：所述水箱(22)为开口耐腐蚀防爆水箱。
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