CN113422091B - 一种金属空气电池用燃烧消氢系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种金属空气电池用燃烧消氢系统，通过控制氢气浓度，实现系统安全，包括除湿除碱设备、空气源、气体混合室、燃烧回路，所述除湿除碱设备的进气端与电解液箱的排气端连通，所述除湿除碱设备的排气端通过第一电磁阀与气体混合室连通，所述气体混合室内部设置有第一氢气浓度监测仪，所述空气源依次通过第一调速气泵、第二电磁阀与气体混合室的连通；所述燃烧回路包括依次设置的第三电磁阀、喷嘴、点火装置，所述第三电磁阀的进气端与气体混合室的排气端连通，还包括燃烧室，所述点火装置设置在燃烧室内部；通过控制氢气与空气浓度、设计防回火防吹扫、冗余备份、实时监测、紧急停机等措施，实现系统高安全特性。

Description

一种金属空气电池用燃烧消氢系统
技术领域
本发明属于金属空气电池消氢技术领域，具体涉及一种金属空气电池用燃烧消氢系统。
背景技术
金属空气电池在工作时不可避免地会产生氢气，当所处环境为密封空间时，氢气将产生重大安全隐患，因此如何消除氢气尤为重要。
当前，常用消除氢气方法是利用消氢催化剂消除氢气。消氢催化剂具有催化性能，可将氢气和氧气混合气体进行催化反应生成水，从而消除氢气。这种方法貌似安全，其实存在诸多隐患：
1.消氢催化剂设在路径末端，在前端路径上氢气和氧气的混合气体由于受温度影响随时可能失控；
2.消氢路径过长，由于管路上密封结构、安装工艺、存储时间等原因，路径上存在氢气泄露风险；
3.经消氢催化剂催化后的气体中仍不可避免含有氢气，且氢气浓度无法控制，即仍不能排除氢气失控风险。由于消氢效果受温度、湿度、气体成分、气体比例、风速、消氢装置直径、催化剂性能影响，同时催化剂性能又受温度、湿度、污染气体、存放时间、生产工艺、配方等多因素影响，消氢效果是一个多因素耦合问题，因此无法确定经消氢催化剂催化后的氢气浓度。
一般情况下，金属空气电池电解液循环管路是密封设计，电池反应过程中会产生水汽和氢气，水汽和氢气随着电解液在管路内部循环，通过在电解箱上部开通气孔，将反应过程中的水汽和氢气引出电解液循环管路，如何处理引出的水汽和氢气是技术难题。
基于此，需提供一种金属空气电池用燃烧消氢系统，实现系统高安全特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属空气电池用燃烧消氢系统，通过控制氢气浓度，实现系统安全。
本发明解决其技术问题的技术方案为：一种金属空气电池用燃烧消氢系统，包括除湿除碱设备、空气源、气体混合室、燃烧回路，所述除湿除碱设备的进气端与电解液箱的排气端连通，所述除湿除碱设备的排气端通过第一电磁阀与气体混合室连通，所述气体混合室内部设置有第一氢气浓度监测仪，所述空气源依次通过第一调速气泵、第二电磁阀与气体混合室的连通；所述燃烧回路包括依次设置的第三电磁阀、喷嘴、点火装置，所述第三电磁阀的进气端与气体混合室的排气端连通，还包括燃烧室，所述点火装置设置在燃烧室内部；还包括PLC，所述第一氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀的开闭以及第一调速气泵的调速值。
所述燃烧回路还包括第二调速气泵、第四电磁阀、光电管，所述第二调速气泵的进气端与第三电磁阀的排气端连通，所述第二调速器泵的排气端与第四电磁阀的进气端连通，所述第四电磁阀的排气端与喷嘴的进气端连通，所述光电管设置在燃烧室内部，所述光电管用于检测点火装置的火焰大小，所述光电管的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第四电磁阀的开闭以及第二调速气泵的调速值。
所述燃烧回路还包括防回火装置，所述防回火装置设置在第三电磁阀与喷嘴之间。
还包括空气回路，所述空气回路包括依次设置的第三调速气泵、第五电磁阀，所述第三调速气泵的进气端与空气源连通，所述第五电磁阀的排气端与燃烧室连通，还包括第二氢气浓度监测仪，所述第二氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第五电磁阀开闭以及第三调速气泵的调速值。
所述第一电磁阀与气体混合室之间还设置有第一流量计，所述第二电磁阀与气体混合室之间还设置有第二流量计，所述第一流量计、第二流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
所述第四电磁阀与喷嘴之间还设置有第三流量计，所述第三流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
所述第五电磁阀依次通过第四流量计、第六电磁阀与燃烧室连通，所述第四流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第六电磁阀的开闭。
所述喷嘴与点火装置之间设置有气体流速监测仪，所述气体流速监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
所述燃烧回路为多条。
还包括总密封设备和第三氢气浓度监测仪，所述总密封设备用于密封金属空气电池和金属空气电池用燃烧消氢系统，所述第三氢气浓度监测仪用于检测总密封设备内部的氢气浓度，所述第三氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
本发明的有益效果为：本发明通过控制氢气与空气浓度、设计防回火防吹扫、冗余备份、实时监测、紧急停机等措施，实现系统高安全特性。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明包括除湿除碱设备、空气源、气体混合室、燃烧回路，所述除湿除碱设备的进气端与电解液箱的排气端连通，所述除湿除碱设备的排气端通过第一电磁阀与气体混合室连通，所述气体混合室内部设置有第一氢气浓度监测仪，所述空气源依次通过第一调速气泵、第二电磁阀与气体混合室的连通；所述燃烧回路包括依次设置的第三电磁阀、喷嘴、点火装置，所述第三电磁阀的进气端与气体混合室的排气端连通，还包括燃烧室，所述点火装置设置在燃烧室内部；还包括PLC，所述第一氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀的开闭以及第一调速气泵的调速值。
所述燃烧回路还包括第二调速气泵、第四电磁阀、光电管，所述第二调速气泵的进气端与第三电磁阀的排气端连通，所述第二调速器泵的排气端与第四电磁阀的进气端连通，所述第四电磁阀的排气端与喷嘴的进气端连通，所述光电管设置在燃烧室内部，所述光电管用于检测点火装置的火焰大小，所述光电管的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第四电磁阀的开闭以及第二调速气泵的调速值。
所述燃烧回路还包括防回火装置，所述防回火装置设置在第三电磁阀与喷嘴之间。
还包括空气回路，所述空气回路包括依次设置的第三调速气泵、第五电磁阀，所述第三调速气泵的进气端与空气源连通，所述第五电磁阀的排气端与燃烧室连通，还包括第二氢气浓度监测仪，所述第二氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第五电磁阀开闭以及第三调速气泵的调速值。
所述第一电磁阀与气体混合室之间还设置有第一流量计，所述第二电磁阀与气体混合室之间还设置有第二流量计，所述第一流量计、第二流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
所述第四电磁阀与喷嘴之间还设置有第三流量计，所述第三流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
所述第五电磁阀依次通过第四流量计、第六电磁阀与燃烧室连通，所述第四流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第六电磁阀的开闭。
所述喷嘴与点火装置之间设置有气体流速监测仪，所述气体流速监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
所述燃烧回路为多条。
还包括总密封设备和第三氢气浓度监测仪，所述总密封设备用于密封金属空气电池和金属空气电池用燃烧消氢系统，所述第三氢气浓度监测仪用于检测总密封设备内部的氢气浓度，所述第三氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
本发明在工作过程中，水汽和氢气引出电解液循环管路，经过除温除碱处理后，气路中剩余气体为氢气，浓度极高，远超氢气爆炸浓度上限，无安全隐患。
气体混合室用于混合氢气和空气，其内设计第一氢气浓度监测仪，实时监测内部氢气浓度，保持内部氢气浓度为一定值（如2%），低于氢气爆炸下限，无安全隐患。
防回火装置采用金属材料（如钢铁），其上有许多微孔，由于高温在短时间内透不过凉的金属，不能把金属加热，到达金属处可燃气体达不到燃料的温度而自动熄灭，实现阻燃（其原理同瓦斯防回火装置）。
喷嘴用于缩小混合气出气口径，增大出气压力，保持出气连续性（原理同家用煤气灶）。
点火装置采用电打火结构（原理如热电池电打火），提供外部电源，瞬间点燃喷嘴出来的混合气。
燃烧室用于被点燃的混合气燃烧，外壁铺设隔热材料，减少燃烧时热辐射，通过控制混合气燃烧空间，提升安全性。燃烧室内部设计第二氢气浓度监测仪，实时监测氢气浓度，通过PLC开启关闭第三电磁阀、第四电磁阀以及第六电磁阀，，实时补充氢气和空气量，控制燃烧室内燃烧过程中残余氢气浓度不高于2%。
在喷嘴后的气路上设置气体流速监测仪，防止流速过慢，气体量供应不上燃烧速度，影响消氢速率，同时防止流速过快，吹灭火焰，通过控制器调节前端第二调速气泵，实现后端供气量调节。在燃料室内部设计光电管用于检测火焰状态及大小，并把信号传输至PLC。当检测到火焰熄灭后，控制器重新闭合点火装置外部电路，重新点，当检测到火焰过大或者达小时，调节第二调速气泵实时调节。
气体路径：
经除湿除碱后的氢气，经过第一电磁阀进入气体混合室，同时空气经过调速气泵、第二电磁阀进入气体混合室，第一氢气浓度监测仪将当前数据传给PLC，由PLC控制第一、第二电磁阀的通断和第一调速气泵的转速，第一电磁阀开通，氢气进入混合室，以氢气量为基础，控制空气进入量，控制混合室内氢气浓度。
经混合后的气体进入第三电磁阀（第1路燃烧回路）和（第2路燃烧回路），经第三电磁阀、第二调速气泵、第四电磁阀、防回火装置、喷嘴、气体流速监测仪，点火进入燃烧室燃烧，实现消氢目地。在气源端通过第五电磁阀直接将空气送入燃料室，依据第二氢气浓度监测仪控制避免逃逸的氢气在燃料室内浓度提升。
控制：
气体混合室、燃烧室氢气浓度控制：依据氢气浓度监测仪信号，PLC调节对应的电磁阀开关和对应的调速气泵转速，控制空气进量，调节氢气浓度。
火焰大小控制：光电管监测火焰大小，将电信号传至PLC，同时气体流速监测仪将流速信号传至PLC，若火焰过大，控制第二调速气泵，降低进气量。若火焰达小，控制第二调速气泵，提高进气量。
火焰被吹灭控制：考虑极端情况，火焰被吹灭，此时PLC重新发送电打火信号，若光电管监测点火成功，则系统运行恢复正常；若光电管没有监测到点火信号，则说明点火失败，此时PLC关闭第三、第四电磁阀，同时关闭第二调速气泵，此时依靠另一路燃烧回路进行消氢。
紧急停机：在整个总密封空间设置第三氢气监测仪，实时监测整个空间内部氢气浓度，当氢气浓度达到3%时，PLC关闭金属空气电池的泵，使电池停止工作。同时，使消氢系统继续工作，待第一流量计为零时，消氢系统停止工作。
本发明通过控制氢气与空气浓度、设计防回火防吹扫、冗余备份、实时监测、紧急停机等措施，实现系统高安全特性。

Claims (10)

1.一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：包括除湿除碱设备、空气源、气体混合室、燃烧回路，所述除湿除碱设备的进气端与电解液箱的排气端连通，所述除湿除碱设备的排气端通过第一电磁阀与气体混合室连通，所述气体混合室内部设置有第一氢气浓度监测仪，所述空气源依次通过第一调速气泵、第二电磁阀与气体混合室的连通；所述燃烧回路包括依次设置的第三电磁阀、喷嘴、点火装置，所述第三电磁阀的进气端与气体混合室的排气端连通，还包括燃烧室，所述点火装置设置在燃烧室内部；还包括PLC，所述第一氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀的开闭以及第一调速气泵的调速值。
2.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：所述燃烧回路还包括第二调速气泵、第四电磁阀、光电管，所述第二调速气泵的进气端与第三电磁阀的排气端连通，所述第二调速器泵的排气端与第四电磁阀的进气端连通，所述第四电磁阀的排气端与喷嘴的进气端连通，所述光电管设置在燃烧室内部，所述光电管用于检测点火装置的火焰大小，所述光电管的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第四电磁阀的开闭以及第二调速气泵的调速值。
3.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：所述燃烧回路还包括防回火装置，所述防回火装置设置在第三电磁阀与喷嘴之间。
4.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：还包括空气回路，所述空气回路包括依次设置的第三调速气泵、第五电磁阀，所述第三调速气泵的进气端与空气源连通，所述第五电磁阀的排气端与燃烧室连通，还包括第二氢气浓度监测仪，所述第二氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第五电磁阀开闭以及第三调速气泵的调速值。
5.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：所述第一电磁阀与气体混合室之间还设置有第一流量计，所述第二电磁阀与气体混合室之间还设置有第二流量计，所述第一流量计、第二流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
6.根据权利要求2所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：所述第四电磁阀与喷嘴之间还设置有第三流量计，所述第三流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
7.根据权利要求4所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：所述第五电磁阀依次通过第四流量计、第六电磁阀与燃烧室连通，所述第四流量计的信号输出端与PLC的信号输入端连接，所述PLC用于控制第六电磁阀的开闭。
8.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：所述喷嘴与点火装置之间设置有气体流速监测仪，所述气体流速监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
9.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：所述燃烧回路为多条。
10.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用燃烧消氢系统，其特征在于：还包括总密封设备和第三氢气浓度监测仪，所述总密封设备用于密封金属空气电池和金属空气电池用燃烧消氢系统，所述第三氢气浓度监测仪用于检测总密封设备内部的氢气浓度，所述第三氢气浓度监测仪的信号输出端与PLC的信号输入端连接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB02 Change of applicant information
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Address after: 450001 No.50 Dongqing street, high tech Development Zone, Zhengzhou City, Henan Province

Applicant after: Zhengzhou Foguang power generation equipment Co.,Ltd.

Address before: 450001 No.50 Dongqing street, high tech Development Zone, Zhengzhou City, Henan Province

Applicant before: ZHENGZHOU FOGUANG POWER GENERATION EQUIPMENT Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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