CN209894413U - 氢燃料电池的氢气泄露监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氢燃料电池的氢气泄露监测装置，该氢气泄露监测装置包括密封箱体、进气风扇、排气风扇和氢气传感器，密封箱体套装于氢燃料电池外，密封箱体上设有进气口和出气口，进气风扇设置于所述进气口，排气风扇和氢气传感器均设置于出气口，氢气传感器用于检测密封箱体输出的空气中的氢气含量。本实用新型能够通过出气口出设置的氢气传感器直接判断出密封箱体内是否氢气泄露，具有较高的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种氢燃料电池的氢气泄露监测装置。
背景技术
氢燃料电池的工作原理是将氢气送到氢燃料电池的负极，经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子穿过质子交换膜，到达氢燃料电池的正极，而电子由于不能通过质子交换膜，只能经外部电路，到达氢燃料电池正极，从而在外电路中产生电流。
在现有的氢燃料电池系统中，一般通过在氢燃料电池系统的启动时，对与其连接的氢气供给系统进行加压，再通过检测氢燃料电池内的气压是否下降，来判定氢气是否泄漏。
然而，由于氢燃料电池在空气混入的情况下，为了气体泄漏检测而增加氢气量时，部分氢气会与空气中的氧化合而产生燃烧反应，使氢燃料电池内的气压下降，从而影响对氢气是否泄漏的准确判断。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种氢燃料电池的氢气泄露监测装置，旨在解决现有的针对氢燃料电池的氢气泄露监测结果不准确的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提出一种氢燃料电池的氢气泄露监测装置，其特征在于，包括密封箱体、进气风扇、排气风扇和氢气传感器，所述密封箱体套装于所述氢燃料电池外，所述密封箱体上设有进气口和出气口，所述进气风扇设置于所述进气口，所述排气风扇和氢气传感器均设置于所述出气口，所述氢气传感器用于检测所述密封箱体输出的空气中的氢气含量。
优选地，所述密封箱体内设有管状集气通道，所述集气通道的一端与所述出气口连通，另一端与所述密封箱体的内腔连通。
优选地，还包括氢气供给系统，所述氢气供给系统包括分别通过氢气流通管路与氢燃料电池连接的储氢罐和回流泵，所述储氢罐与氢燃料电池之间的氢气流通管路上还设有若干氢气控制阀，所述储氢罐位于所述密封箱体外，所述氢气控制阀和回流泵位于所述密封箱体内。
优选地，还包括设置于所述氢燃料电池的氢气入口处的气压传感器。
优选地，还包括控制器，所述进气风扇、排气风扇、氢气传感器和气压传感器均与所述控制器连接。
优选地，还包括空气供给系统，所述空气供给系统包括空气压缩机和增湿器，所述空气压缩机、增湿器和氢燃料电池通过空气流通管路依次连接，所述空气压缩机位于所述密封箱体外，所述增湿器位于所述密封箱体内。
优选地，还包括排水排热系统，所述排水排热系统包括水泵、减湿器和散热器，所述水泵和减湿器位于所述密封箱体内，且与所述氢燃料电池构成回路，所述散热器位于所述密封箱体外，且与所述减湿器、水泵和氢燃料电池构成另一回路。
本实用新型通过在氢燃料电池外设置密封箱体，并在密封箱体的进气口、出气口分别设置进气风扇和出气风扇，当氢燃料电池有氢气泄露时，该泄露的氢气先进入密封箱体内腔，再经由进气风扇和排气风扇的配合，使该泄露的氢气经出气口排出，而设置于出气口的氢气传感器则可相应检测出从该出气口经过的气体中的氢气含量，从而直接判断出该密封箱体内是否氢气泄露，该氢气泄露的检测结果不会受到其他因素的干扰，具有较高的准确性。
附图说明
图1为本实用新型氢气泄露监测装置的结构示意图；
图2为本实用新型中集气通道与密封箱体的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提出了一种氢燃料电池的氢气泄露监测装置，如图1所示，该氢气泄露监测装置包括密封箱体20、进气风扇91、排气风扇92和氢气传感器，密封箱体20套装于氢燃料电池10外，密封箱体20上设有进气口和出气口，进气风扇91设置于进气口，排气风扇92和氢气传感器均设置于出气口，氢气传感器用于检测密封箱体20输出的空气中的氢气含量。
氢燃料电池10利用水的电解逆反应原理，由外壳，及包裹于外壳内的正极、负极和夹在正负极中间的质子交换膜组成，工作时向负极供给氢燃料，正极供给空气作为氧燃料，氢在负极经催化剂作用分解为正离子和电子，当氢离子于负极穿过质子交换膜进入正极，电子则沿外部电路移向正极，从而在外部电路上形成电流。
本实施例在氢燃料电池10外设置一密封箱体20，该密封箱体20将氢燃料电池10包裹于内，除开设有供各种管路，如氢气输入管路、氢气输出管路、空气输入管路、空气输出管路等通过的孔洞，以及用于设置进气风扇91的进气口和用于设置排气风扇92的出气口以外，该密封箱体20的内腔与外部隔离，因此当氢燃料电池10有氢气泄露时，该泄露的氢气一定是先进入密封箱体20内腔，再经由进气风扇91和排气风扇92的配合，使该泄露的氢气经出气口排出，而设置于出气口的氢气传感器则可相应检测出从该出气口经过的气体中的氢气含量，从而直接判断出该密封箱体20内是否氢气泄露，该氢气泄露的检测结果不会受到其他压力等因素的干扰，具有较高的准确性。
此外，进气风扇91将密封箱体20外部空气输入至密封箱体20内部，排气风扇92将密封箱体20内的气体排出至密封箱体20外，带走密封箱体20内腔中氢燃料电池10产生的热量，起到降温作用。同时，进气风扇91与排气风扇92的配合，令密封箱体20的内部空气单向流通，在氢燃料电池10存在氢气泄露的情况下，能够带走该电池泄露的氢气，避免了氢气在电池周围积聚而造成的安全隐患。
在一较佳实施例中，如图2所示，密封箱体20内设有管状集气通道30，集气通道30的一端与出气口连通，另一端与密封箱体20的内腔连通。
本实施例中，进气风扇91将空气吹入密封箱体20内，排气风扇92将密封箱体20内部气体排出，在该结构的基础上，密封箱体20内设置一条一端与出气口连通（即与排气风扇92连接）、另一端与密封箱体20的内腔连通的集气通道30，该集气通道30呈管状或长筒状，在排气风扇92的吸力作用下，密封箱体20内的气体由进气口进入，绕过密封箱体20内腔中各部件，再集中从集气通道30位于密封箱体20内的一端进入并经集气通道30、出气口排出。集气通道30的设置能够决定密封箱体20内气体的流向，并且更利于出气口的氢气传感器对气体中氢气含量的精确检测。
本实施例中，氢气传感器可以不局限于出气口，还可以设置于集气通道30内的任意位置，均可实现对排除气体中氢气含量的检测。
在一较佳实施例中，如图1所示，氢气泄露监测装置还包括氢气供给系统，氢气供给系统包括分别通过氢气流通管路与氢燃料电池10连接的储氢罐41和回流泵42，储氢罐41与氢燃料电池10之间的氢气流通管路上还设有若干氢气控制阀43，储氢罐41位于密封箱体20外，氢气控制阀43和回流泵42位于密封箱体20内，氢气流通管路的内部空间与密封箱体20的内腔不连通。
本实施例中，储氢罐41用于储存氢气作为氢气源，氢气控制阀43至少包括设置于储氢罐41与氢燃料电池10之间的氢气流通管路上的通断阀和比例阀，回流泵42与氢燃料电池10连接，以循环利用氢燃料电池10中多余的氢气。
储氢罐41与氢燃料电池10相连接的氢气流通管路穿过密封箱体20的一面箱壁，该管路穿过的箱壁位置同样保持密封，防止密封箱体20内的气体外泄。控制阀和回流泵42的体积均较小，优选设置于密封箱体20内，减少各氢气流通管路在密封箱体20的箱壁上穿过的数量；在设计时，还可根据各组件的大小和形状做适当的位置调整，以节省空间。该控制阀和回流泵42也可设置于密封箱体20外。
在一较佳实施例中，如图1所示，氢气泄露监测装置还包括设置于氢燃料电池10的氢气入口处的气压传感器50。
本实施例中，气压传感器50位于储氢罐41与氢燃料电池10之间的氢气流通管路上，尤其位于氢燃料电池10的氢气入口处，其作用是在向氢气供给系统及氢燃料电池10内增加氢气时，检测氢气供给系统和氢燃料电池10内部的气压，以根据该气压的变化判断是否存在泄露。本实施例在出气口设置的氢气传感器检测排出气体中氢气含量的基础上增加对氢燃料电池10内部气压的直接测量，两者结合下对氢气是否泄露的判断结果会更精确。
在一较佳实施例中，如图1所示，氢气泄露监测装置还包括控制器60，进气风扇91、排气风扇92、氢气传感器和气压传感器50均与控制器60连接。
本实施例中，控制器60与各管路上设置的控制阀连接以控制该管路的通断以及该管路中流体的流量；控制器60与进气风扇91、排气风扇92连接，用于控制两风扇的开闭和输出功率，以控制密封箱体20内气体的流速；控制器60与氢气传感器和气压传感器50连接，用于读取二者所采集的检测数据，以完成对氢燃料电池10和氢气供给系统是否存在氢气泄露的监测，该控制模块还可完成与上位机之间的数据通信和指令实施。
在一较佳实施例中，如图1所示，氢气泄露监测装置还包括空气供给系统，空气供给系统包括空气压缩机71和增湿器72，空气压缩机71、增湿器72和氢燃料电池10通过空气流通管路依次连接，空气压缩机71位于密封箱体20外，增湿器72位于密封箱体20内，空气流通管路的内部空间与密封箱体20的内腔不连通。
本实施例中，空气供给系统的作用是向氢燃料电池10内供应空气，其中空气由空气压缩机71进入、通过增湿器72增湿后输入氢燃料电池10，增湿器72与空气压缩机71之间的空气流通管路上还设有空气控制阀，具体包括通断阀、比例阀等。空气压缩机71位于密封箱体20外，体积较小的增湿器72和空气控制阀则设置于密封箱体20内，减少各空气流通管路在密封箱体20的箱壁上穿过的数量；在设计时，同样可根据各组件的大小和形状做适当的位置调整，以节省密封箱体20内部空间。
在一较佳实施例中，如图1所示，氢气泄露监测装置还包括排水排热系统，排水排热系统包括水泵81、减湿器82和散热器83，水泵81和减湿器82位于密封箱体20内，且与氢燃料电池10构成回路，散热器83位于密封箱体20外，且与减湿器82、水泵81和氢燃料电池10构成另一回路。
本实施例中，在正极上，空气中的氧与氢离子吸收抵达正极的电子形成水，水泵81的作用是将氢燃料电池10中的废水吸出，散热器83用于将水泵81抽出的水降温，减湿器82用于将水泵81抽出的水中的气体回流至氢燃料电池10中重复利用。
需要说明，以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。
Claims (7)
1.一种氢燃料电池的氢气泄露监测装置，其特征在于，包括密封箱体、进气风扇、排气风扇和氢气传感器，所述密封箱体套装于所述氢燃料电池外，所述密封箱体上设有进气口和出气口，所述进气风扇设置于所述进气口，所述排气风扇和氢气传感器均设置于所述出气口，所述氢气传感器用于检测所述密封箱体输出的空气中的氢气含量。
2.根据权利要求1所述的氢气泄露监测装置，其特征在于，所述密封箱体内设有管状集气通道，所述集气通道的一端与所述出气口连通，另一端与所述密封箱体的内腔连通。
3.根据权利要求1所述的氢气泄露监测装置，其特征在于，还包括氢气供给系统，所述氢气供给系统包括分别通过氢气流通管路与氢燃料电池连接的储氢罐和回流泵，所述储氢罐与氢燃料电池之间的氢气流通管路上还设有若干氢气控制阀，所述储氢罐位于所述密封箱体外，所述氢气控制阀和回流泵位于所述密封箱体内。
4.根据权利要求3所述的氢气泄露监测装置，其特征在于，还包括设置于所述氢燃料电池的氢气入口处的气压传感器。
5.根据权利要求4所述的氢燃料电池的氢气泄露监测装置，其特征在于，还包括控制器，所述进气风扇、排气风扇、氢气传感器和气压传感器均与所述控制器连接。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的氢气泄露监测装置，其特征在于，还包括空气供给系统，所述空气供给系统包括空气压缩机和增湿器，所述空气压缩机、增湿器和氢燃料电池通过空气流通管路依次连接，所述空气压缩机位于所述密封箱体外，所述增湿器位于所述密封箱体内。
7.根据权利要求6所述的氢气泄露监测装置，其特征在于，还包括排水排热系统，所述排水排热系统包括水泵、减湿器和散热器，所述水泵和减湿器位于所述密封箱体内，且与所述氢燃料电池构成回路，所述散热器位于所述密封箱体外，且与所述减湿器、水泵和氢燃料电池构成另一回路。
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