CN113092660B - 一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，火烧试验测试箱安装至所述样品放置处的外围，机械臂机构安装至火烧试验测试箱内部后壁面一侧，且处于所述样品放置处和传送带机构的中间，传送带机构固定连接至火烧试验测试箱内壁左右两侧，且所述传送带机构位于所述样品放置处的正下方，第三开关阀门、第四开关阀门、第五开关阀门、第六开关阀门也处于火烧试验测试箱内部，本发明所述的一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，能够安全可靠地观察氢燃料电池外部火烧的试验情况，解决氢燃料电池由于外部火烧试验易引起爆炸而导致的观测困难问题。

Description

一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置

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外部火烧试验测试装置。

背景技术

氢燃料电池是一种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，其具有发电效率高、无污染、比能量高的特点；氢气作为燃料电池的重要反应气源之一，由于其易燃易爆等特性，使得氢燃料电池的安全要求和热稳定性更加引起广大学者的注意；其中，外部火烧是考察氢燃料电池热稳定性的重要试验方法之一，氢燃料电池遇到外部火烧时易使电池发生爆炸；因此，进行氢燃料电池的外部火烧试验情况，确保电池不因外部火烧而发生爆炸等严重事故，是保障氢燃料电池热稳定性的有效依据之一；开发研究氢燃料电池外部火烧试验测试装置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外部火烧试验测试装置，以避免电池引起爆炸等严重事故的发生。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，包括空气滤清器和样品放置处，空气滤清器通过第一管路连接至样品放置处的空气输入端，且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、第一开关阀门、第一排空阀、第三开关阀门，氢气储存机构通过第二管路连接至所述样品放置处的氢气输入端，所述第二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、第二开关阀门、第二排空阀、第四开关阀门，尾气输出机构通过第三管路连接至所述样品放置处的氢气输出端，所述第三管路自尾气输出机构至所述样品放置处的氢气输出端依次安装第七开关阀门、第三排空阀、第五开关阀门，所述样品放置处的空气输出端通过第四管路连接至大气，所述第四管路自大气端至所述样品放置处的空气输出端依次安装第八开关阀门、第四排空阀、第六开关阀门，火烧试验测试箱为壳体结构，火烧试验测试箱安装至所述样品放置处的外围，机械臂机构安装至火烧试验测试箱内部后壁面一侧，且处于所述样品放置处和传送带机构的中间，传送带机构固定连接至火烧试验测试箱内壁左右两侧，且所述传送带机构位于所述样品放置处的正下方，点火器安装至火烧试验测试箱一侧内壁，且位于所述传送带机构一端的侧方，第三开关阀门、第四开关阀门、第五开关阀门、第六开关阀门也处于火烧试验测试箱内部，空气流量计和氢气流量计分别导线连接至第一控制机构，第一开关阀门、第一排空阀、第二开关阀门、第二排空阀、第三开关阀门、第四开关阀门、第五开关阀门、第六开关阀门、第三排空阀、第七开关阀门、第四排空阀和第八开关阀门分别导线连接至第二控制机构，所述机械臂机构的机械臂、所述传送带机构的传送带和点火器分别导线连接至第三控制机构。

进一步的，所述机械臂机构还包括耐火隔板，机械臂顶端安装至火烧试验测试箱内部后壁面一侧，且机械臂处于所述样品放置处和传送带机构的中间，机械臂底端安装耐火隔板。

进一步的，所述传送带机构还包括油盘，传送带固定连接至火烧试验测试箱内壁左右两侧，且传送带位于所述样品放置处和传送带机构的中间，油盘放置在所述传送带一端上方。

进一步的，所述第一开关阀门、第一排空阀、第二开关阀门、第二排空阀、第三开关阀门、第四开关阀门、第五开关阀门、第六开关阀门、第三排空阀、第七开关阀门、第四排空阀和第八开关阀门均为电控阀门。

进一步的，所述氢气储存机构为氢气瓶。

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。

相对于现有技术，本发明所述的一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，通过第一控制机构、第二控制机构、第三控制机构的控制作用，能够安全可靠地观察氢燃料电池外部火烧的试验情况，解决氢燃料电池由于外部火烧试验易引起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外部火烧试验测试装置，第一排空阀、第二排空阀、第三排空阀、第四排空阀在第二控制机构的指令下分别用于排空所述第一管路中的氢气、所述第二管路中的空气、所述第三管路的氢气、所述第四管路的空气，耐火隔板由标准耐火砖拼成，机械臂在第三控制机构的指令下可控制耐火隔板水平左右移动，点火器在控制装置的指令下可对油盘进行点火，且具有防火防爆功能。

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外部火烧试验测试装置示意图。

附图标记说明：

1-空气滤清器；2-空气流量计；3-第一开关阀门；4-第一排空阀；5-氢气储存机构；6-氢气减压阀；7-氢气流量计；8-第二开关阀门；9-第二排空阀；10-第三开关阀门；11-第四开关阀门；12-样品；13-第五开关阀门；14-第六开关阀门；15-第三排空阀；16-第七开关阀门；17-尾气输出机构；18-第四排空阀；19-第八开关阀门；20-火烧试验测试箱；21-油盘；22-耐火隔板；23-机械臂；24-电源；25-第一控制机构；26-第二控制机构；27-第三控制机构；28-传送带；29-点火器。

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装置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，一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置包括：空气滤清器1、空气流量计2、第一开关阀门3、第一排空阀4、氢气储存机构5、氢气减压阀6(氢气减压阀6是机械阀，且型号为tescom 44-2260-242-009)、氢气流量计7、第二开关阀门8、第二排空阀9、第三开关阀门10、第四开关阀门11、第五开关阀门13、第六开关阀门14、第三排空阀15、第七开关阀门16、尾气输出机构17、第四排空阀18、第八开关阀门19、火烧试验测试箱20、机械臂机构、第一控制机构25、第二控制机构26、第三控制机构27、传送带机构和点火器29，能够安全可靠地观察氢燃料电池外部火烧的试验情况，解决氢燃料电池由于外部火烧试验易引起爆炸而导致的观测困难问题；

空气滤清器1通过第一管路连接至所述样品放置处的空气输入端，且所述第一管路自空气滤清器1至所述样品放置处的空气输入端依次安装空气流量计2、第一开关阀门3、第一排空阀4、第三开关阀门10；氢气储存机构5通过第二管路连接至所述样品放置处的氢气输入端，所述第二管路自氢气储存机构5至所述样品放置处的氢气输入端依次安装氢气减压阀6、氢气流量计7、第二开关阀门8、第二排空阀9、第四开关阀门11，氢气储存机构5为氢气瓶，用于储存氢气；尾气输出机构17通过第三管路连接至所述样品放置处的氢气输出端，所述第三管路自尾气输出机构17至所述样品放置处的氢气输出端依次安装第七开关阀门16、第三排空阀15、第五开关阀门13；所述样品放置处的空气输出端通过第四管路连接至大气，所述第四管路自大气端至所述样品放置处的空气输出端依次安装第八开关阀门19、第四排空阀18、第六开关阀门14；火烧试验测试箱20为壳体结构，火烧试验测试箱20安装至所述样品放置处的外围，所述机械臂机构安装至火烧试验测试箱20内部后壁面一侧，且处于所述样品放置处和传送带机构的中间，所述传送带机构固定连接至火烧试验测试箱20内壁左右两侧，且所述传送带机构位于所述样品放置处的正下方处，点火器29安装至火烧试验测试箱20一侧内壁，且位于所述传送带机构一端的侧方，第三开关阀门10、第四开关阀门11、第五开关阀门13、第六开关阀门14也处于火烧试验测试箱20内部，火烧试验测试箱20为防火防爆箱体，防止因氢气泄露引起的爆炸，样品12放置于所述样品放置处，样品12的空气输入端连通所述样品放置处的空气输入端，样品12的氢气输入端连通所述样品放置处的氢气输入端，样品12的氢气输出端连通所述样品放置处的氢气输出端，样品12的空气输出端连通所述样品放置处的空气输出端，样品12为被测试氢燃料电池；

空气流量计2和氢气流量计7(空气流量计2和氢气流量计7的型号均为alicatKM3100)分别导线连接至第一控制机构25，第一开关阀门3、第一排空阀4、第二开关阀门8、第二排空阀9、第三开关阀门10、第四开关阀门11、第五开关阀门13、第六开关阀门14、第三排空阀15、第七开关阀门16、第四排空阀18和第八开关阀门19分别导线(信号连接)连接至第二控制机构26，所述机械臂机构的机械臂23、所述传送带机构的传送带28和点火器29分别导线(信号连接)连接至第三控制机构27，空气流量计2、氢气流量计7、第一控制机构25、第二控制机构26和第三控制机构27分别通过导线(电连接)连接至电源24，电源24为220V低压电源。

所述机械臂机构还包括耐火隔板22，机械臂23顶端安装至火烧试验测试箱20内部后壁面一侧，且机械臂23处于所述样品放置处和传送带机构的中间，机械臂23底端安装耐火隔板22，机械臂23的型号为SPH-405；

所述传送带机构还包括油盘21，传送带28固定连接至火烧试验测试箱20内壁左右两侧，且传送带28位于所述样品放置处正下方，油盘21放置在所述传送带28一端上方，油盘21为盛放汽油的平盘，油盘21尺寸超过样品12水平投影尺寸20cm，不超过50cm，高度不高于汽油表面8cm，汽油液面与样品12底部距离为50cm，油盘21底层注入水，油盘21在第三控制机构27的指令下可在传送带28上水平自由移动，点火器29位于传送带28一端的侧方；

所述第一开关阀门3、第一排空阀4、第二开关阀门8、第二排空阀9、第三开关阀门10、第四开关阀门11、第五开关阀门13、第六开关阀门14、第三排空阀15、第七开关阀门16、第四排空阀18和第八开关阀门19均为电控阀门，第一排空阀4、第二排空阀9、第三排空阀15和第四排空阀18的型号为swagelok SS-43GS4，第一排空阀4、第二排空阀9、第三排空阀15、第四排空阀18在第二控制机构26的指令下分别用于排空所述第一管路中的氢气、所述第二管路中的空气、所述第三管路的氢气、所述第四管路的空气；第一开关阀门3、第二开关阀门8、第三开关阀门10、第四开关阀门11、第五开关阀门13、第六开关阀门14、第七开关阀门16和第八开关阀门19的型号均为Parker 73216SN2MT00/E7140C2，第一开关阀门3和第三开关阀门10均在第二控制机构26的指令下所述第一管路气体流动的关闭和接通，第二开关阀门8和第四开关阀门11均在第二控制机构26的指令下所述第二管路气体流动的关闭和接通，第五开关阀门13和第七开关阀门16均在第二控制机构26的指令下所述第三管路气体流动的关闭和接通，第六开关阀门14和第八开关阀门19均在第二控制机构26的指令下所述第四管路气体流动的关闭和接通；

所述第一控制机构25、第二控制机构26和第三控制机构27均为PLC，且型号均为SIMATIC S7-1200，第一控制机构25会根据使用者选定的氢气流量、空气流量与氢气流量传感器、空气流量传感器反馈，分别送信号至氢气流量计7、空气流量计2，达到控制氢气流量和空气流量设定的要求，第三控制机构27，耐火隔板22由标准耐火砖拼成，机械臂23在第三控制机构27的指令下可控制耐火隔板22水平移动，点火器29在控制装置27的指令下可对油盘21进行点火，且具有防火防爆功能。

本发明的工作原理：样品12放置于所述样品放置处；

试验时，首先根据氢气和空气的体积流量目标值，在第一控制机构25设定需要的氢气和空气体积流量值；然后工作人员打开氢气储存机构5，第一控制机构25通过发送信号来打开第一开关阀门3、第三开关阀门10、第二开关阀门8、第四开关阀门11、第五开关阀门13、第六开关阀门14、第七开关阀门16、第八开关阀门19，同时第一控制机构25通过发送信号来关闭第一排空阀4、第二排空阀9、第三排空阀15、第四排空阀18，第一控制机构25根据测试需求及时通过发送信号来调整氢气流量计7或空气流量计2，使得进入所述样品放置处的气体达到设定值，因为样品12的空气输入端连通所述样品放置处的空气输入端，样品12的氢气输入端连通所述样品放置处的氢气输入端，样品12的氢气输出端连通所述样品放置处的氢气输出端，样品12的空气输出端连通所述样品放置处的空气输出端，使得进入样品12的气体达到设定值，之后第一控制机构25通过发送信号来关闭第一开关阀门3、第三开关阀门10、第二开关阀门8、第四开关阀门11、第五开关阀门13、第六开关阀门14、第七开关阀门16、第八开关阀门19，同时第一控制机构25通过发送信号来打开第一排空阀4、第二排空阀9、第三排空阀15、第四排空阀18，排掉所述第一管路、第二管路、第三管路、第四管路中多余气体，通过设置第三开关阀门10、第五开关阀门13、第四开关阀门11、第六开关阀门14，还因为样品12的氢气输入端连通所述样品放置处的氢气输入端，样品12的氢气输出端连通所述样品放置处的氢气输出端，所以在样品12的氢气路中保留一定量的氢气(模拟发动机系统检测到短路后中断氢气供应，但管路中仍存在氢气的情况)，之后对样品12(即所述样品放置处)进行外部火烧试验操作，第三控制机构27发信号给点火器29，通过点火器29对油盘21进行点火，经过60s预热后，第三控制机构27给传送带28发送信号，使油盘21沿传送带28移动到样品12(即所述样品放置处)的正下方(样品在油盘上方居中位置)，持续70s后，第三控制机构27给机械臂23发送信号，通过机械臂23使耐火隔板22盖在油盘21上，持续60s，第三控制机构27分别给机械臂23、传送带28发送信号，使油盘21和耐火隔板22离开样品12(即所述样品放置处)，工作人员观察样品12的状况2h，确认样品12是否发生燃烧或者爆炸现象，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 (4)

1.一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，其特征在于：包括空气滤清器(1)和样品放置处，空气滤清器(1)通过第一管路连接至所述样品放置处的空气输入端，且所述第一管路自空气滤清器(1)至所述样品放置处的空气输入端依次安装空气流量计(2)、第一开关阀门(3)、第一排空阀(4)、第三开关阀门(10)，氢气储存机构(5)通过第二管路连接至所述样品放置处的氢气输入端，所述第二管路自氢气储存机构(5)至所述样品放置处的氢气输入端依次安装氢气减压阀(6)、氢气流量计(7)、第二开关阀门(8)、第二排空阀(9)、第四开关阀门(11)，尾气输出机构(17)通过第三管路连接至所述样品放置处的氢气输出端，所述第三管路自尾气输出机构(17)至所述样品放置处的氢气输出端依次安装第七开关阀门(16)、第三排空阀(15)、第五开关阀门(13)，所述样品放置处的空气输出端通过第四管路连接至大气，所述第四管路自大气端至所述样品放置处的空气输出端依次安装第八开关阀门(19)、第四排空阀(18)、第六开关阀门(14)，火烧试验测试箱(20)为壳体结构，火烧试验测试箱(20)安装至所述样品放置处的外围，机械臂机构安装至火烧试验测试箱(20)内部后壁面一侧，且处于所述样品放置处和传送带机构的中间，传送带机构固定连接至火烧试验测试箱(20)内壁左右两侧，且所述传送带机构位于所述样品放置处的正下方，点火器(29)安装至火烧试验测试箱(20)一侧内壁，且位于所述传送带机构一端的侧方，第三开关阀门(10)、第四开关阀门(11)、第五开关阀门(13)、第六开关阀门(14)也处于火烧试验测试箱(20)内部，空气流量计(2)和氢气流量计(7)分别导线连接至第一控制机构(25)，第一开关阀门(3)、第一排空阀(4)、第二开关阀门(8)、第二排空阀(9)、第三开关阀门(10)、第四开关阀门(11)、第五开关阀门(13)、第六开关阀门(14)、第三排空阀(15)、第七开关阀门(16)、第四排空阀(18)和第八开关阀门(19)分别导线连接至第二控制机构(26)，所述机械臂机构的机械臂(23)、所述传送带机构的传送带(28)和点火器(29)分别导线连接至第三控制机构(27)；所述机械臂机构还包括耐火隔板(22)，机械臂(23)顶端安装至火烧试验测试箱(20)内部后壁面一侧，且机械臂(23)处于所述样品放置处和传动带机构的中间，机械臂(23)底端安装耐火隔板(22)；所述传送带机构还包括油盘(21)，传送带(28)固定连接至火烧试验测试箱(20)内壁左右两侧，且传送带(28)位于所述样品放置处的正下方，油盘(21)放置在所述传送带(28)一端上方。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，其特征在于：所述第一开关阀门(3)、第一排空阀(4)、第二开关阀门(8)、第二排空阀(9)、第三开关阀门(10)、第四开关阀门(11)、第五开关阀门(13)、第六开关阀门(14)、第三排空阀(15)、第七开关阀门(16)、第四排空阀(18)和第八开关阀门(19)均为电控阀门。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，其特征在于：所述氢气储存机构(5)为氢气瓶。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池外部火烧试验测试装置，其特征在于：所述第一控制机构(25)、第二控制机构(26)和第三控制机构(27)均为PLC。