CN211348563U - 氢气安全防护装置和电堆测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氢气安全防护装置和电堆测试系统，属于氢能源技术领域。所述氢气安全防护装置包括：位于氢气存储室内的第一氢气浓度传感器；位于实验室内的第二氢气浓度传感器，所述实验室和所述氢气存储室为相互独立的空间；位于所述实验室中的测试台内的第三氢气浓度传感器；位于所述氢气存储室的墙上的第一排风机；位于所述实验室的墙上的第二排风机；位于所述测试台的密封腔侧壁上的第三排风机；控制电路，所述第一氢气浓度传感器的输出端、所述第二氢气浓度传感器的输出端、所述第三氢气浓度传感器的输出端、所述第一排风机的控制端、所述第二排风机的控制端和所述第三排风机的控制端均与所述控制电路连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢能源技术领域，特别涉及一种氢气安全防护装置和电堆测试系统。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。在氢燃料电池的研发过程中，涉及到对氢燃料电池的测试，称为电堆测试。
在电堆测试过程中需要用到氢气和氧气，氢气分子非常小，在储存和运输过程中极易发生泄漏。当空气中氢气含量达到4％以上时，即可能发生强烈爆炸。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种氢气安全防护装置和电堆测试系统，能够避免氢气泄漏浓度过高造成爆炸。所述技术方案如下：
一方面，本实用新型实施例提供了一种氢气安全防护装置，所述氢气安全防护装置包括：
位于氢气存储室内的第一氢气浓度传感器；
位于实验室内的第二氢气浓度传感器，所述实验室和所述氢气存储室为相互独立的空间；
位于所述实验室中的测试台内的第三氢气浓度传感器；
位于所述氢气存储室的墙上的第一排风机；
位于所述实验室的墙上的第二排风机；
位于所述测试台的密封腔侧壁上的第三排风机；
控制电路，所述第一氢气浓度传感器的输出端、所述第二氢气浓度传感器的输出端、所述第三氢气浓度传感器的输出端、所述第一排风机的控制端、所述第二排风机的控制端和所述第三排风机的控制端均与所述控制电路连接。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述控制电路为控制器芯片，所述控制器芯片的三个输入引脚分别与所述第一氢气浓度传感器、所述第二氢气浓度传感器和所述第三氢气浓度传感器连接，所述控制器芯片的三个输出引脚分别与所述第一排风机、所述第二排风机和所述第三排风机连接；
或者，所述控制电路包括第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路，所述第一比较电路的同相输入端连接所述第一氢气浓度传感器，所述第一比较电路的输出端连接所述第一排风机，所述第二比较电路的同相输入端连接所述第二氢气浓度传感器，所述第二比较电路的输出端连接所述第二排风机，所述第三比较电路的同相输入端连接所述第三氢气浓度传感器，所述第三比较电路的输出端连接所述第三排风机，所述第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路的反相输入端均与参考电压提供端连接。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述氢气安全防护装置还包括：
位于所述测试台的氢气进气管道上的氢气供气阀；
位于所述测试台的空气或氧气进气管道上的空气或氧气供气阀；
所述氢气供气阀的控制端和所述空气或氧气供气阀的控制端均与所述控制电路连接。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述氢气供气阀和所述空气或氧气供气阀均为可控开关阀。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述第一氢气浓度传感器和所述第一排风机设置在所述氢气存储室的顶部区域；
所述第二氢气浓度传感器和所述第二排风机设置在所述实验室的顶部区域；
所述第三氢气浓度传感器和所述第三排风机设置在所述测试台的密封腔的顶部区域。
另一方面，本实用新型实施例提供了一种电堆测试系统，所述电堆测试系统包括：
空压机子系统、存储氢气的氢气存储室、电堆测试的实验室以及位于所述实验室内的测试台，所述空压机子系统和所述氢气存储室均与所述测试台连通；
位于所述氢气存储室内的第一氢气浓度传感器，所述实验室和所述氢气存储室为相互独立的空间；
位于所述实验室内的第二氢气浓度传感器；
位于所述实验室中的测试台内的第三氢气浓度传感器；
位于所述氢气存储室的墙上的第一排风机；
位于所述实验室的墙上的第二排风机；
位于所述测试台的密封腔侧壁上的第三排风机；
控制电路，所述第一氢气浓度传感器的输出端、所述第二氢气浓度传感器的输出端、所述第三氢气浓度传感器的输出端、所述第一排风机的控制端、所述第二排风机的控制端和所述第三排风机的控制端均与所述控制电路连接。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，
所述控制电路为控制器芯片，所述控制器芯片的三个输入引脚分别与所述第一氢气浓度传感器、所述第二氢气浓度传感器和所述第三氢气浓度传感器连接，所述控制器芯片的三个输出引脚分别与所述第一排风机、所述第二排风机和所述第三排风机连接；
或者，所述控制电路包括第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路，所述第一比较电路的同相输入端连接所述第一氢气浓度传感器，所述第一比较电路的输出端连接所述第一排风机，所述第二比较电路的同相输入端连接所述第二氢气浓度传感器，所述第二比较电路的输出端连接所述第二排风机，所述第三比较电路的同相输入端连接所述第三氢气浓度传感器，所述第三比较电路的输出端连接所述第三排风机，所述第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路的反相输入端均与参考电压提供端连接。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述空压机子系统和所述测试台之间设有空气或氧气进气管道，所述氢气存储室和所述测试台之间设有氢气进气管道；
所述电堆测试系统还包括：
位于所述氢气进气管道上的氢气供气阀；
位于所述空气或氧气进气管道上的空气或氧气供气阀；
所述氢气供气阀的控制端和所述空气或氧气供气阀的控制端均与所述控制电路连接。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述氢气供气阀和所述空气或氧气供气阀均为可控开关阀。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述第一氢气浓度传感器和所述第一排风机设置在所述氢气存储室的顶部区域；
所述第二氢气浓度传感器和所述第二排风机设置在所述实验室的顶部区域；
所述第三氢气浓度传感器和所述第三排风机设置在所述测试台的密封腔的顶部区域。
本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在氢气存储室、实验室、测试台等位置布置氢气浓度传感器来检测氢气浓度，同时，在这些位置设置排风机，通过控制电路来接收这些氢气浓度传感器采集的数据，如果出现氢气浓度超标，则可以控制对应的排风机工作，降低氢气浓度，以消除氢浓度超标造成的爆炸风险，保证安全，同时避免能源浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本实用新型实施例提供的一种氢气安全防护装置的结构示意图；
图2示出了本实用新型实施例提供的一种电堆测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
图1示出了本实用新型实施例提供的一种氢气安全防护装置的结构示意图。参见图1，氢气安全防护装置包括：
位于氢气存储室内的第一氢气浓度传感器101；
位于实验室内的第二氢气浓度传感器102，实验室和氢气存储室为相互独立的空间；
位于实验室中的测试台内的第三氢气浓度传感器103；
位于氢气存储室的墙上的第一排风机104；
位于实验室的墙上的第二排风机105；
位于测试台的密封腔侧壁上的第三排风机106；
控制电路107，第一氢气浓度传感器101的输出端、第二氢气浓度传感器102的输出端、第三氢气浓度传感器103的输出端、第一排风机104的控制端、第二排风机105的控制端和第三排风机106的控制端均与控制电路107连接。
这里，测试台用于对用氢设备，例如氢燃料电池进行试验。
在本实用新型实施例中，通过在氢气存储室、实验室、测试台等位置布置氢气浓度传感器来检测氢气浓度，同时，在这些位置设置排风机，通过控制电路来接收这些氢气浓度传感器采集的数据，如果出现氢气浓度超标，则可以控制对应的排风机工作，降低氢气浓度，以消除氢浓度超标造成的爆炸风险，保证安全，同时避免能源浪费。
示例性地，在第一氢气浓度传感器101检测到氢气存储室内的氢气浓度超过安全阈值时，控制电路107打开第一排风机104，第一排风机104工作，降低室内氢气浓度，解除氢气存储室内的爆炸危险。同理，在测试台内的第三氢气浓度传感器103检测到氢气浓度超过安全阈值时，控制电路107打开第三排风机106，第三排风机106工作，降低测试台内氢气浓度，解除测试台内的爆炸危险。在实验室内的第二氢气浓度传感器102检测到氢气浓度超过安全阈值时，控制电路107打开第二排风机105，第二排风机105工作，降低实验室内氢气浓度，解除实验室内的爆炸危险。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，控制电路107可以采用控制器芯片实现，控制器芯片的三个输入引脚分别与第一氢气浓度传感器101、第二氢气浓度传感器102和第三氢气浓度传感器103连接，控制器芯片的三个输出引脚分别与第一排风机104、第二排风机105和第三排风机106连接。例如，控制器芯片可以将三个氢气浓度传感器输出的信号转换为数字信号，然后确定数字信号指示的氢气浓度是否超过安全阈值，进而确定三个排风机工作。
在本实用新型实施例的另一种实现方式中，控制电路107可以包括3个比较电路，每个比较电路的同相输入端接一个氢气浓度传感器，反相输入端接安全阈值对应的电压提供端，比较电路的输出端连接对应的排风机的控制端。例如，控制电路107包括第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路，第一比较电路的同相输入端连接第一氢气浓度传感器101，第一比较电路的输出端连接第一排风机104，第二比较电路的同相输入端连接第二氢气浓度传感器102，第二比较电路的输出端连接第二排风机105，第三比较电路的同相输入端连接第三氢气浓度传感器103，第三比较电路的输出端连接第三排风机106，第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路的反相输入端均与参考电压提供端连接。当第一氢气浓度传感器101检测出的用来表示氢气浓度的电压大于安全阈值对应的电压时，表示氢气浓度大于安全阈值，此时比较电路输出的第一控制信号，控制第一排风机104工作，反之，则输出第二控制信号，控制第一排风机104不工作。其中，第一控制信号可以为高电平信号，第二控制信号可以为低电平信号。另外两个控制第二排风机105和第三排风机106的比较电路的工作过程与之相似，这里不做赘述。
为了便于实现，本申请中的控制电路107可以采用单片机，单片机上可以集成有比较电路，用来实现上述控制功能。
在本实用新型实施例中，前述安全阈值可以为4％或者更低，从而避免氢气泄漏聚集导致氢浓度过高，避免产生爆炸危险。
在本实用新型实施例中，各个排风机工作的时间长度可以预设，该预设时间长度需要保证能够将氢气浓度降低至停止阈值以下；或者排风机的工作时长根据实时氢气浓度而定，例如实时检测当前氢气浓度，直到氢气浓度降到停止阈值。该停止阈值低于安全阈值，例如为安全阈值的一半，甚至为0。
在本实用新型实施例，第二排风机105的功率可以大于第三排风机106的功率。例如，第一排风机104和第二排风机105均可以采用大功率的排风机，保证能快速降低室内的氢气浓度，而对于测试台而言，其体积小，降低氢气浓度所需的功率小，因此，第三排风机106采用小功率的排风扇即可。
在本实用新型实施例的一种实现方式中，氢气安全防护装置还包括：
位于测试台的氢气进气管道上的氢气供气阀108；
位于测试台的空气或氧气进气管道上的空气或氧气供气阀109；
氢气供气阀108的控制端和空气或氧气供气阀109的控制端均与控制电路107连接。
在该实现方式中，若测试台或者实验室的氢气浓度超过安全阈值，此时控制电路107可以控制氢气供气阀108和空气或氧气供气阀109关闭，停止通入，直到氢气泄漏点修复后，再打开供气阀重新试验。
这里，控制电路107采用前述比较电路来控制氢气供气阀108和空气或氧气供气阀109，例如，将控制第二排风机或第三排风机所连的比较电路的输出端，与氢气供气阀108的控制端和空气或氧气供气阀109的控制端相连。当发生氢气泄漏且浓度超过安全阈值时，控制氢气供气阀108和空气或氧气供气阀109断开。
控制电路107在控制氢气供气阀108和空气或氧气供气阀109时，可以先关闭空气或氧气供气阀109，后关闭氢气供气阀108，这样能够有效避免氢燃料电池阳极侧因缺氢而消耗碳层，对氢燃料电池产生不可修复的损坏。
示例性地，可以在氢气供气阀108的控制端设置延时电路，这样当比较电路的输出端输出的控制信号达到氢气供气阀108的控制端和空气或氧气供气阀109的控制端时，空气或氧气供气阀109先关闭，氢气供气阀108后关闭。
在本实用新型实施例中，氢气供气阀108和空气或氧气供气阀109均可以为可控开关阀，以方便控制电路107的控制。
示例性地，可控开关阀可以为电控阀、液控阀等，例如可以为电磁阀。
在本实用新型实施例中，第一氢气浓度传感器101和第一排风机104设置在氢气存储室的顶部区域；
第二氢气浓度传感器102和第二排风机105设置在实验室的顶部区域；
第三氢气浓度传感器103和第三排风机106设置在测试台31的密封腔的顶部区域。
由于氢气的密度小于空气，所以常聚集于密闭空间的顶部区域，将传感器和排风机设置在顶部区域，便于对氢气浓度的检测以及降低氢气浓度。
图2示出了本实用新型实施例提供的一种电堆测试系统的结构示意图。参见图2，电堆测试系统包括：
空压机子系统10、存储氢气的氢气存储室20、电堆测试的实验室30以及位于实验室30内的测试台31，空压机子系统10和氢气存储室20均与测试台31连通。
在本实用新型实施例中，空压机子系统10和测试台31之间设有空气或氧气进气管道11，氢气存储室20和测试台31之间设有氢气进气管道21。这里，空压机子系统10的作用是通过空气或氧气进气管道11向测试台31内输入空气。
该电堆测试系统还包括氢气安全防护装置，该氢气安全防护装置为如前所述的氢气安全防护装置。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氢气安全防护装置，其特征在于，所述氢气安全防护装置包括：
位于氢气存储室(20)内的第一氢气浓度传感器(101)；
位于实验室(30)内的第二氢气浓度传感器(102)，所述实验室(30)和所述氢气存储室(20)为相互独立的空间；
位于所述实验室(30)中的测试台(31)内的第三氢气浓度传感器(103)；
位于所述氢气存储室(20)的墙上的第一排风机(104)；
位于所述实验室(30)的墙上的第二排风机(105)；
位于所述测试台(31)的密封腔侧壁上的第三排风机(106)；
控制电路(107)，所述第一氢气浓度传感器(101)的输出端、所述第二氢气浓度传感器(102)的输出端、所述第三氢气浓度传感器(103)的输出端、所述第一排风机(104)的控制端、所述第二排风机(105)的控制端和所述第三排风机(106)的控制端均与所述控制电路(107)连接。
2.根据权利要求1所述的氢气安全防护装置，其特征在于，所述控制电路(107)为控制器芯片，所述控制器芯片的三个输入引脚分别与所述第一氢气浓度传感器(101)、所述第二氢气浓度传感器(102)和所述第三氢气浓度传感器(103)连接，所述控制器芯片的三个输出引脚分别与所述第一排风机(104)、所述第二排风机(105)和所述第三排风机(106)连接；
或者，所述控制电路(107)包括第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路，所述第一比较电路的同相输入端连接所述第一氢气浓度传感器(101)，所述第一比较电路的输出端连接所述第一排风机(104)，所述第二比较电路的同相输入端连接所述第二氢气浓度传感器(102)，所述第二比较电路的输出端连接所述第二排风机(105)，所述第三比较电路的同相输入端连接所述第三氢气浓度传感器(103)，所述第三比较电路的输出端连接所述第三排风机(106)，所述第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路的反相输入端均与参考电压提供端连接。
3.根据权利要求1所述的氢气安全防护装置，其特征在于，所述氢气安全防护装置还包括：
位于所述测试台(31)的氢气进气管道(21)上的氢气供气阀(108)；
位于所述测试台(31)的空气或氧气进气管道(11)上的空气或氧气供气阀(109)；
所述氢气供气阀(108)的控制端和所述空气或氧气供气阀(109)的控制端均与所述控制电路(107)连接。
4.根据权利要求3所述的氢气安全防护装置，其特征在于，所述氢气供气阀(108)和所述空气或氧气供气阀(109)均为可控开关阀。
5.根据权利要求1至4任一项所述的氢气安全防护装置，其特征在于，所述第一氢气浓度传感器(101)和所述第一排风机(104)设置在所述氢气存储室(20)的顶部区域；
所述第二氢气浓度传感器(102)和所述第二排风机(105)设置在所述实验室(30)的顶部区域；
所述第三氢气浓度传感器(103)和所述第三排风机(106)设置在所述测试台(31)的密封腔的顶部区域。
6.一种电堆测试系统，其特征在于，所述电堆测试系统包括：
空压机子系统(10)、存储氢气的氢气存储室(20)、电堆测试的实验室(30)以及位于所述实验室内(30)的测试台(31)，所述空压机子系统(10)和所述氢气存储室(20)均与所述测试台(31)连通，所述实验室(30)和所述氢气存储室(20)为相互独立的空间；
位于所述氢气存储室(20)内的第一氢气浓度传感器(101)；
位于所述实验室(30)内的第二氢气浓度传感器(102)；
位于所述测试台(31)内的第三氢气浓度传感器(103)；
位于所述氢气存储室(20)的墙上的第一排风机(104)；
位于所述实验室(30)的墙上的第二排风机(105)；
位于所述测试台(31)的密封腔侧壁上的第三排风机(106)；
控制电路(107)，所述第一氢气浓度传感器(101)的输出端、所述第二氢气浓度传感器(102)的输出端、所述第三氢气浓度传感器(103)的输出端、所述第一排风机(104)的控制端、所述第二排风机(105)的控制端和所述第三排风机(106)的控制端均与所述控制电路(107)连接。
7.根据权利要求6所述的电堆测试系统，其特征在于，所述控制电路(107) 为控制器芯片，所述控制器芯片的三个输入引脚分别与所述第一氢气浓度传感器(101)、所述第二氢气浓度传感器(102)和所述第三氢气浓度传感器(103)连接，所述控制器芯片的三个输出引脚分别与所述第一排风机(104)、所述第二排风机(105)和所述第三排风机(106)连接；
或者，所述控制电路(107)包括第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路，所述第一比较电路的同相输入端连接所述第一氢气浓度传感器(101)，所述第一比较电路的输出端连接所述第一排风机(104)，所述第二比较电路的同相输入端连接所述第二氢气浓度传感器(102)，所述第二比较电路的输出端连接所述第二排风机(105)，所述第三比较电路的同相输入端连接所述第三氢气浓度传感器(103)，所述第三比较电路的输出端连接所述第三排风机(106)，所述第一比较子电路、第二比较子电路和第三比较子电路的反相输入端均与参考电压提供端连接。
8.根据权利要求6所述的电堆测试系统，其特征在于，所述空压机子系统(10)和所述测试台(31)之间设有空气或氧气进气管道(11)，所述氢气存储室(20)和所述测试台(31)之间设有氢气进气管道(21)；
所述电堆测试系统还包括：
位于所述氢气进气管道(21)上的氢气供气阀(108)；
位于所述空气或氧气进气管道(11)上的空气或氧气供气阀(109)；
所述氢气供气阀(108)的控制端和所述空气或氧气供气阀(109)的控制端均与所述控制电路(107)连接。
9.根据权利要求8所述的电堆测试系统，其特征在于，所述氢气供气阀(108)和所述空气或氧气供气阀(109)均为可控开关阀。
10.根据权利要求6至9任一项所述的电堆测试系统，其特征在于，所述第一氢气浓度传感器(101)和所述第一排风机(104)设置在所述氢气存储室(20)的顶部区域；
所述第二氢气浓度传感器(102)和所述第二排风机(105)设置在所述实验室(30)的顶部区域；
所述第三氢气浓度传感器(103)和所述第三排风机(106)设置在所述测试台(31)的密封腔的顶部区域。
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