CN211957800U - 一种氢燃料电池使用的监测报警装置 - Google Patents

Abstract

一种氢燃料电池使用的监测报警装置，包括变压器、电磁阀、稳压模块；还具有湿度检测电路、控制电路和气体泄漏检测电路；变压器、稳压模块、湿度检测电路、控制电路和气体泄漏检测电路安装元件盒内，并和两只电磁阀的电源输入两端分别电性连接。本新型能有效探测到燃料电池工作中，因各种原因发生的蒸气泄露，或者氢气泄漏，并能输出控制信号进入控制电路，控制电路能第一时间关闭氢燃料及空气的输入阀门，防止了发生气体泄漏后，气体一直进入氢燃料电池内导致事故的扩大化。本新型中，当发生氢气或蒸汽泄漏时，讯响器能发出响亮提示声音、提示使用者及时查明故障点、进行排除，尽可能减少了事故扩大化，并减少了使用者经济损失。

Description

一种氢燃料电池使用的监测报警装置

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池辅助配套设备领域，特别是一种氢燃料电池使用的监测报警装置。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，其具有电能转化效率高(理论上的发电效率可达到85％～90％)以及环保等优点，因此在国防、交通、工业中均具有较为广泛的应用。燃料电池由于单个电池电压低，一般在1.2V左右，主要结构是由多只单电池串联而成，构成燃料电池电池组，电压越高串联的单只单电池只数越多。采用氢气作为燃料的燃料电池。相较于其他燃料电池，具有较高的功率密度，以及排出的副产物为水或者水蒸气，对环境没有任何污染，因此在燃料电池中应用很多。

氢燃料电池在实际使用中，当因为自身质量或者受到外力破坏作用等(比如车载燃料电池因车辆发生碰撞、而受到破坏外力的作用)，有导致氢气以及空气等泄露的几率，还有导致排出的副产物水蒸气泄露的几率。空气由于不会燃烧因此泄露不会造成大的后续不良反应，但是由于氢气存在易燃易爆的特点，因此泄露后容易产生较大的事故。现有的技术中，氢燃料电池工作中还无一种设备能实时监测其氢气及水蒸气泄露，因此在发生事故后都是人为发现问题所在、并采取包括关闭氢气罐的氢气输出阀门在内的处置措施。由于上述原因，当氢燃料电池工作中发生事故、而现场无人时会使事故扩大化，会给使用者带来不必要的损失，且由于人为处置措施具有延迟性，因此无法第一时间关闭氢气罐等，无法取得更好的安全效果。

实用新型内容

为了克服现有氢燃料电池工作中，因无一种设备能实时监测其氢气及水蒸气泄露，在发生事故后会导致事故扩大化，会给使用者带来不必要的损失，人为处置措施存在延迟性，无法第一时间关闭氢气罐等，无法取得好的安全效果的弊端，本实用新型提供了能方便安装在氢燃料电池的壳体内或者附近，工作时能有效监测氢燃料电池的工作状态，当氢燃料电池因各种原因发生氢气泄露或者蒸气泄漏时，在相关电路及机构共同作用下，能第一时间关闭氢燃料罐的阀门，并能通过讯响器发出响亮提示声音、提示使用者及时查明故障点、进行排除，尽可能减少了事故扩大化，并减少了使用者经济损失的一种氢燃料电池使用的监测报警装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种氢燃料电池使用的监测报警装置，包括变压器、电磁阀、稳压模块，电磁阀有两只；其特征在于还具有湿度检测电路、控制电路和气体泄漏检测电路；所述变压器、稳压模块、湿度检测电路、控制电路和气体泄漏检测电路安装元件盒内；所述变压器的电源输出两端分别和湿度检测电路、稳压模块电源输入两端电性连接；所述稳压模块的电源输出两端分别和控制电路电源、气体泄漏检测电路输入两端电性连接；所述湿度检测电路信号输出端、气体泄漏检测电路信号输出端和控制电路信号输入端电性连接；所述控制电路的电源输出两端和两只电磁阀的电源输入两端分别电性连接。

进一步地，所述电磁阀内部阀芯是常闭式结构。

进一步地，所述稳压模块是整流桥堆，其配套有一只电解电容，电解电容正负两极分别和整流桥堆的两个电源输出端3及4脚连接。

进一步地，所述湿度检测电路包括湿敏电阻、型号AN051A的三端电压检测器、二极管、电阻、电解电容、可调电阻，其间经电路板布线连接，湿敏电阻的一端和电阻一端、二极管正极连接，二极管负极和电解电容正极、可调电阻一端、三端电压检测器的正极输入端2脚连接，电阻另一端和电解电容负极、可调电阻另一端、三端电压检测器的负极电源输入端3脚连接。

进一步地，所述控制电路包括电阻、NPN三极管和继电器、讯响器，其间经电路板布线连接，第一只电阻一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和第二只电阻一端、继电器负极电源输入端连接，第二只电阻另一端和继电器正极电源输入端及控制电源输入端连接，继电器常开触点端和讯响器正极电源输入端连接、讯响器负极电源输入端和NPN三极管发射极连接。

进一步地，所述气体泄漏检测电路包括气敏器件、可调电阻、二极管、电阻和可控硅、NPN三极管，其间经电路板布线连接，气敏器件的电源输入一端和第一只电阻一端连接，第一只电阻另一端和气敏器件的第一测量极、可控硅阳极连接，气敏器件的第二测量极和第二只电阻一端、可调电阻一端连接，气敏器件的另一电源输入端和二极管负极、NPN三极管发射极连接，可调电阻另一端和二极管正极连接，第二只电阻另一端和可控硅控制极连接、可控硅阴极和第三只电阻一端连接，第三只电阻另一端和NPN三极管基极连接。

本实用新型有益效果是：本实用新型能方便安装在氢燃料电池的壳体内或者附近，工作时能有效监测氢燃料电池的工作状态，能对氢气泄漏和水蒸气泄露达到好的检测效果(为了达到好的检测效果，和燃料电池尽可能安装在一起，比如氢燃料电池的壳体内)。本新型中，在湿度检测电路、气体泄漏检测电路的分别作用下，能有效探测到燃料电池工作中，因各种原因发生的蒸气泄露，或者氢气泄漏，并能输出控制信号进入控制电路，控制电路能第一时间关闭氢燃料及空气的输入阀门，防止了发生气体泄漏后，气体一直进入氢燃料电池内导致事故的扩大化。本新型中，当发生氢气或蒸汽泄漏时，讯响器能发出响亮提示声音、提示使用者及时查明故障点、进行排除，尽可能减少了事故扩大化，并减少了使用者经济损失。基于上述，本新型具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型电路图。

图3是本实用新型结构框图示意。

具体实施方式

图1、3中所示，一种氢燃料电池使用的监测报警装置，包括变压器1、电磁阀2、稳压模块3，电磁阀2有两只，两只电磁阀2分别串联在氢燃料电池的氢气进管5、空气进管6和氢燃料罐7气压输出端口、空气压缩机8的气压输出端口之间；还具有湿度检测电路9、控制电路10和气体泄漏检测电路11；所述变压器1、稳压模块3、湿度检测电路9、控制电路10和气体泄漏检测电路11安装元件盒12内电路板上，元件盒12安装在氢燃料电池的壳体内或者附近。

图1、2、3中所示，变压器T型号是220V/9V，功率30W。电磁阀DC1及DC2是内部阀芯常闭式结构的电磁阀成品、功率2W、品牌是正科。稳压模块是型号GBU810的整流桥堆U2，其配套有一只电解电容C2，电解电容C2正负两极分别和整流桥堆U2的两个电源输出端3及4脚连接。湿度检测电路包括型号MS01-B的片状湿敏电阻RS、型号AN051A的三端电压检测器U1、二极管VD、电阻R1、电解电容C1、可调电阻RP，其间经电路板布线连接，湿敏电阻RS的一端和电阻R1一端、二极管VD正极连接，二极管VD负极和电解电容C1正极、可调电阻RP一端、三端电压检测器U1的正极输入端2脚连接，电阻R1另一端和电解电容C1负极、可调电阻另RP另一端、三端电压检测器U1的负极电源输入端3脚连接。控制电路包括电阻R2及R3、NPN三极管Q1和继电器K、讯响器B，其间经电路板布线连接，第一只电阻R3一端和NPN三极管Q1基极连接，NPN三极管Q1集电极和第二只电阻R2一端、继电器K负极电源输入端连接，第二只电阻R2另一端和继电器K正极电源输入端及控制电源输入端连接，继电器K常开触点端和讯响器B正极电源输入端连接、讯响器B负极电源输入端和NPN三极管Q1发射极连接。气体泄漏检测电路包括型号QM-N5的气敏器件U3(元件盒前端有两个开孔，气敏器件U3的探测面111、湿敏电阻RS探测面91位于两个开孔外)、可调电阻RP1、二极管VD3、电阻R6及R4、R5和可控硅VS、NPN三极管Q2，其间经电路板布线连接，气敏器件U3的电源输入一端3脚和第一只电阻R6(降压限流)一端连接，第一只电阻R6另一端和气敏器件U3的第一测量极1脚、可控硅VS阳极连接，气敏器U3件的第二测量极2脚和第二只电阻R4一端、可调电阻RP1一端连接，气敏器件U3的另一电源输入端4脚和二极管VD3负极、NPN三极管Q2发射极连接，可调电阻RP1另一端和二极管VD3正极连接，第二只电阻R4另一端和可控硅VS控制极连接、可控硅VS阴极和第三只电阻R5一端连接，第三只电阻R5另一端和NPN三极管Q2基极连接。

图2中所示，变压器T的电源输入两端初级绕组两端分别和220V交流电源两极经导线连接，变压器T的电源输出两端次级绕组两端分别和湿度检测电路电源输入两端湿敏电阻RS另一端及电阻R1另一端、稳压模块U2电源输入两端1及2脚经导线连接；所述稳压模块U2的电源输出两端3及4脚分别和控制电路电源输入两端电阻R2另一端及NPN三极管Q1发射极、气体泄漏检测电路电源输入两端气敏器件U3的1及4脚经导线连接；湿度检测电路信号输出端三端电压检测器U1的1脚、气体泄漏检测电路信号输出端NPN三极管Q2集电极分别和控制电路信号输入端电阻R3另一端及继电器K负极电源输入端经导线连接；所述控制电路的电源输出两端继电器K常闭触点端及负极电源输入端和两只电磁阀DC1、DC2的电源输入两端分别经导线连接。

图1、2、3所示，本实用新型能方便安装在氢燃料电池的壳体内或者附近，工作时能有效监测氢燃料电池的工作状态，能对氢气泄漏和水蒸气泄露达到好的检测效果(为了达到好的检测效果，和燃料电池尽可能安装在一起，比如燃料电池的壳体内(本新型待机状态下耗电只有10mA左右)。220V交流电源进入变压器T的初级绕组后，变压器T的次级绕组会输出9V交流电源进入稳压模块U2的电源输入两端1及2脚、以及湿度检测电路的电源输入两端(湿度检测电路处于得电工作状态)，稳压模块U2将输入的9V交流电源整流后、3及4脚输出9V直流电源进入控制电路、气体泄漏检测电路的电源输入两端，于是，控制电路、气体泄漏检测电路处于得电工作状态(电解电容C2起到滤波作用)。湿度检测电路得电工作后，当氢燃料电池没有发生蒸气泄漏、周围环境较为干燥时，湿敏电阻RS的电阻值较高、和电阻R1之间的分压较高(湿敏电阻RS采用交流电源供电是防止其出现极化现象)，这样，经二极管VD整流、电解电容C1滤波后电源进入三端电压检测器U1的2脚电压低于三端电压检测器U1内部的阈值电压，三端电压检测器U1在其内部电路作用下其1脚无输出，那么后续电磁阀、讯响器B均不会得电工作。当氢燃料电池发生蒸气泄漏、周围环境变得较为湿润时，湿敏电阻RS的电阻值变得较低、和电阻R1之间的分压较低，这样，电阻R1处分得的电压随之升高，经二极管VD整流、电解电容C1滤波后电源进入三端电压检测器U1的2脚电压高于三端电压检测器U1内部的4.75V阈值电压，三端电压检测器U1在其内部电路作用下其1脚输出高电平，高电平经电阻R3降压限流后进入NPN三极管Q1的基极，于是，NPN三极管Q1导通其集电极输出低电平进入继电器K负极电源输入端，继电器K得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合、控制电源输入端和常闭触点端开路；由于，稳压模块U2的3脚输出的9V正极电源和继电器K控制电源输入端连接，继电器K的常闭触点端、稳压模块U2的4脚输出的负极电源和电磁阀DC1及DC2电源输入两端分别连接，继电器K的常开触点端、稳压模块U2的4脚输出的负极电源和讯响器B的电源输入两端分别连接，所以此刻，电磁阀DC1及DC2会失电不再工作其内部阀芯关闭，这样因各种原因发生蒸气泄露后，控制电路能第一时间关闭氢燃料及空气的输入阀门，防止了发生蒸气泄漏后，氢气及空气一直进入氢燃料电池内导致事故的扩大化；讯响器B得电后会发出响亮的提示声音、提示使用者及时查明故障点、进行排除，尽可能减少了事故扩大化，并减少了使用者经济损失。

图1、2、3中所示，本新型气体泄漏检测电路中：9V直流电源进入气敏器件U3的3及4脚后(电阻R6降压限流)，气敏器件U3内部的加热丝得电工作，当氢燃料电池没有发生氢气泄漏时，气敏器件U3的第一测量极1脚及2脚之间内阻很大，第二测量极2脚的对地电压很低，经电阻R4降压限流后电源电压低于可控硅VS的触发电压，可控硅VS处于截止状态，那么，控制电路的继电器K不会得电吸合。当氢燃料电池发生氢气泄漏时，气敏器件U3探测到后，其第一测量极1脚及2脚之间内阻下降，第二测量极2脚的对地电压变高(可调电阻RP1、二极管VD3是气敏器件U3的外围元件)，经电阻R4降压限流后电源电压高于可控硅VS的触发电压，可控硅VS被触发导通、其阴极输出正极电源经电阻R5降压限流进入NPN三极管Q2基极，NPN三极管Q2导通其集电极输出低电平进入控制电路的继电器K负极电源输入端，于是，继电器K得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合、控制电源输入端和常闭触点端开路；由于，稳压模块U2的3脚输出的9V正极电源和继电器K控制电源输入端连接，继电器K的常闭触点端、稳压模块U2的4脚输出的负极电源和电磁阀DC1及DC2电源输入两端分别连接，继电器K的常开触点端、稳压模块U2的4脚输出的负极电源和讯响器B的电源输入两端分别连接，所以此刻，电磁阀DC1及DC2(没有发生蒸气和氢气泄漏时，9V电源经继电器K控制电源输入端及常闭触点端进入电磁阀DC1及DC2的正极电源输入端，电磁阀DC1及DC2得电工作其阀芯打开保证了氢气及空气的流入)会失电不再工作其内部阀芯关闭，这样因各种原因发生的氢气泄露后，控制电路能第一时间关闭氢燃料及空气的输入阀门，防止了发生蒸气泄漏后，氢气及空气一直进入氢燃料电池内导致事故的扩大化；讯响器B得电后会发出响亮的提示声音、提示使用者及时查明故障点、进行排除，尽可能减少了事故扩大化，并减少了使用者经济损失。图2所示，二极管VD、VD3型号是1N4007；电解电容C1、C2、C3(滤波作用)型号分别是4.7μF/25V、470μF/25V、470μF/25V；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6阻值分别是1M、5.1K、100K、10K、100K、47Ω；可调电阻RP、RP1规格是68K、2.2K；NPN三极管Q1、Q2型号是9013；继电器K是DC4123型9V继电器；可控硅VS是型号MCR100-1塑封单向可控硅；讯响器B是翼盟品牌的9V有源连续声讯响报警器。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种氢燃料电池使用的监测报警装置，包括变压器、电磁阀、稳压模块，电磁阀有两只；其特征在于还具有湿度检测电路、控制电路和气体泄漏检测电路；所述变压器、稳压模块、湿度检测电路、控制电路和气体泄漏检测电路安装元件盒内；所述变压器的电源输出两端分别和湿度检测电路、稳压模块电源输入两端电性连接；所述稳压模块的电源输出两端分别和控制电路电源、气体泄漏检测电路输入两端电性连接；所述湿度检测电路信号输出端、气体泄漏检测电路信号输出端和控制电路信号输入端电性连接；所述控制电路的电源输出两端和两只电磁阀的电源输入两端分别电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池使用的监测报警装置，其特征在于，电磁阀内部阀芯是常闭式结构。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池使用的监测报警装置，其特征在于，稳压模块是整流桥堆，其配套有一只电解电容，电解电容正负两极分别和整流桥堆的两个电源输出端3及4脚连接。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池使用的监测报警装置，其特征在于，湿度检测电路包括湿敏电阻、型号AN051A的三端电压检测器、二极管、电阻、电解电容、可调电阻，其间经电路板布线连接，湿敏电阻的一端和电阻一端、二极管正极连接，二极管负极和电解电容正极、可调电阻一端、三端电压检测器的正极输入端2脚连接，电阻另一端和电解电容负极、可调电阻另一端、三端电压检测器的负极电源输入端3脚连接。

5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池使用的监测报警装置，其特征在于，控制电路包括电阻、NPN三极管和继电器、讯响器，其间经电路板布线连接，第一只电阻一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和第二只电阻一端、继电器负极电源输入端连接，第二只电阻另一端和继电器正极电源输入端及控制电源输入端连接，继电器常开触点端和讯响器正极电源输入端连接、讯响器负极电源输入端和NPN三极管发射极连接。

6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池使用的监测报警装置，其特征在于，气体泄漏检测电路包括气敏器件、可调电阻、二极管、电阻和可控硅、NPN三极管，其间经电路板布线连接，气敏器件的电源输入一端和第一只电阻一端连接，第一只电阻另一端和气敏器件的第一测量极、可控硅阳极连接，气敏器件的第二测量极和第二只电阻一端、可调电阻一端连接，气敏器件的另一电源输入端和二极管负极、NPN三极管发射极连接，可调电阻另一端和二极管正极连接，第二只电阻另一端和可控硅控制极连接、可控硅阴极和第三只电阻一端连接，第三只电阻另一端和NPN三极管基极连接。

Images