CN220086102U - 一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，包括质量流量控制器、加湿罐、加热器、红外热成像传感器、板换、电堆和控制器；所述的质量流量控制器和加湿罐通过用于控制气体干湿切换的角座阀连接；所述的加湿罐底部通过水泵与加热器连接，顶部通过用于露点温度检测的温度传感器与电堆连接；所述的红外热成像传感器平行安装在加热器旁，并与控制器连接；所述的板换一端和加热器连接，另一端和加湿罐连接；所述的加湿罐外部设置用于检测加湿罐中水位并作出相应反应的液位传感器组；所述的控制器分别与液位传感器组和加热器连接。与现有技术相比，本实用新型具有缺水保护、实时监测加热器温度、温控精度更高等优点。

Description

一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池台架增湿路加热控制系统，尤其是涉及一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统。

背景技术

燃料电池台架在使用增湿器控制露点温度时，加热器经常会出现失控干烧现象，导致加热器损坏，甚至引发安全事故，因此需要进行缺水保护。

而目前市场上的燃料电池台架缺水保护温控方案都存在一些弊端，无法做到精准监测温度，无法迅速做出反应，当出现失控时，加热器内部已经缺水或者无水，然而加热器还在持续加热，从而引起内部加热管损坏，造成安全隐患。现有的防干烧加热器一般为内部加温度开关的或者加磁动机构的，这种加热器依靠热传递来触发温度开关的开关动作，但存在如下问题：1、触发需要过长时间，反应较慢；2、内部安装位置苛刻，大功率加热器内部有多根加热管，只能检测加热器局部的温度，并不能检测内部所有加热管的温度；3、没有同时具备液位检测功能并作出停止加热动作。

因此，如何在控制露点温度同时，做到加热器缺水保护，实时监测加热器温度，调整加热器功率，做到更优的温控精度成为需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，所述的系统包括用于给增湿路提供气体流量的质量流量控制器、用于提供水源并加湿气体的加湿罐、用于对增湿路进行加热的加热器、用于监测加热器内部实时温度，自动捕捉最高温度并反馈信号的红外热成像传感器、用于通过冷却水给增湿路降温的板换、用于作为被测件的电堆和用于控制系统的控制器；所述的质量流量控制器和加湿罐通过用于控制气体干湿切换的角座阀连接；所述的加湿罐底部通过水泵与加热器连接，顶部通过用于露点温度检测的温度传感器与电堆连接；所述的红外热成像传感器平行安装在加热器旁，并与控制器连接；所述的板换一端和加热器连接，另一端和加湿罐连接；所述的加湿罐外部设置用于检测加湿罐中水位并作出相应反应的液位传感器组；所述的控制器分别与液位传感器组和加热器连接。

进一步地，所述的加湿罐底部为去离子水，顶部为湿气体，外部设有用于安装液位传感器组的液位管；所述的液位传感器组固定在液位管上。

进一步地，所述的液位传感器组包括用于检测到有水时发送加湿罐排水信号的第一液位传感器、用于检测水位是否为正常工作水位并在检测到无水时发送补水信号的第二液位传感器和用于检测无水时断开加热器加热信号并发送补水信号以及检测有水时恢复加热信号的第三液位传感器；所述的第一液位传感器位于加湿罐的高水位位置；所述的第二液位传感器位于加湿罐的中水位位置；所述的第三液位传感器位于加湿罐的低水位位置。

进一步地，所述的加湿罐上部安装有用于补水的补水电磁阀；所述的加湿罐底部还安装有用于排水的排水电磁阀。

进一步地，所述的加热器为不锈钢制成的加热器；所述的加热器内部安装有多根用于进行加热的不锈钢加热管。

进一步地，所述的加热器靠近红外热成像传感器的一端安装有用于观察加热器内部的不锈钢加热管的玻璃窗；所述的玻璃窗为耐高温、硬度高以及高透光率的玻璃窗。

进一步地，所述的板换与加湿罐连接的一端安装有冷却水进水口；所述的板换与加热器连接的一端安装有冷却水出水口；所述的冷却水出水口上安装有用于控制冷却水流量的比例阀。

进一步地，所述的控制器通过用于在无水时分开触点以断开加热信号的串口继电器与第三液位传感器连接；所述的控制器通过用于超温时断开加热器电源的交流接触器与加热器连接。

进一步地，所述的控制器还连接有一个用于控制加热器功率的电力调整器；所述的电力调整器分别与串口继电器和交流接触器连接。

进一步地，所述的控制器嵌入式安装在燃料电池台架的控制板上，并通过线缆连接有一控制控制器的上位机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

一、本实用新型通过在加湿罐中安装液位传感器组，对加湿罐中水位进行监测，出现缺水时及时通过串口继电器断开控制信号，停止加热，解决加热器干烧问题，防止加热器损坏和测试的电堆发生损坏，降低安全隐患。

二、本实用新型通过在加热器一端安装可以观察内部的玻璃窗，并搭配红外热成像传感器检测加热器内部区域温度，在失控前通过电力调整器和交流接触器强制降低功率或断电，实时监测加热器温度，更精准的对温度进行调控。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的水位检测功能电路结构示意图。

图中标号所示为：

1、质量流量控制器，2、角座阀，3、加湿罐，4、第一液位传感器，5、第二液位传感器，6、第三液位传感器，7、补水电磁阀，8、排水电磁阀，9、水泵，10、加热器，11、玻璃窗，12、红外热成像传感器，13、板换，14、比例阀，15、温度传感器，16、电堆，17、串口继电器，18、电力调整器，19、交流接触器，20、控制器，21、第一引脚，22、第二引脚，23、第三引脚。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，所述的系统包括用于给增湿路提供气体流量的质量流量控制器1、用于提供水源并加湿气体的加湿罐3、用于对增湿路进行加热的加热器10、用于监测加热器10内部实时温度，自动捕捉最高温度并反馈信号的红外热成像传感器12、用于通过冷却水给增湿路降温的板换13、用于作为被测件的电堆16和用于控制系统的控制器20；所述的质量流量控制器1和加湿罐3通过用于控制气体干湿切换的角座阀2连接，质量流量控制器1根据需求设定目标流量；所述的加湿罐3底部通过水泵9与加热器10连接，给水泵9提供水源，顶部通过用于露点温度检测的温度传感器15与电堆16连接；所述的加湿罐3底部为去离子水，顶部为湿气体，外部设有液位管；所述的液位管上固定有液位传感器组，用于检测加湿罐3中水位并作出相应反应；所述的加湿罐3上部安装有补水电磁阀7，用于补水；所述的加湿罐3底部还安装有排水电磁阀8，用于排水的；所述的红外热成像传感器12平行安装在加热器10旁，并与控制器20连接；所述的板换13一端和加热器10连接，另一端和加湿罐3连接；所述的控制器20分别与液位传感器组和加热器10连接；所述的控制器20通过用于在无水时分开触点以断开加热信号的串口继电器17与第三液位传感器6连接；所述的控制器20通过用于超温时断开加热器10电源的交流接触器19与加热器10连接；所述的控制器20还连接有一个用于控制加热器10功率的电力调整器18；所述的电力调整器18分别与串口继电器17和交流接触器19连接；所述的控制器20嵌入式安装在燃料电池台架的控制板上，并通过线缆连接有一控制控制器20的上位机。

所述的液位传感器组包括第一液位传感器4、第二液位传感器5和第三液位传感器6；所述的第一液位传感器4位于加湿罐3的高水位位置，用于检测到有水时发送加湿罐3排水信号；所述的第二液位传感器5位于加湿罐3的中水位位置，用于检测水位是否为正常工作水位并在检测到无水时发送补水信号；所述的第三液位传感器6位于加湿罐3的低水位位置，用于检测无水时断开加热器10加热信号并发送补水信号以及检测有水时恢复加热信号，此时无需上位机和控制器20做出反应；所述的加热器10为不锈钢制成的加热器；所述的加热器10内部安装有多根用于进行加热的不锈钢加热管，加热器10由水泵9提供加热水源。出水进板换13后回到加湿罐3，形成循环，其中水泵9的频率根据使用需求确定；所述的加热器10靠近红外热成像传感器12的一端安装有玻璃窗11，用于观察加热器10内部的不锈钢加热管；所述的玻璃窗11为耐高温、硬度高、高透光率以及抗压强度高的玻璃窗；所述的板换13与加湿罐3连接的一端安装有冷却水进水口；所述的板换13与加热器10连接的一端安装有冷却水出水口；所述的冷却水出水口上安装有用于控制冷却水流量的比例阀14。

本实用新型工作时，整套系统由上位机控制控制器20实现，控制器20发出加热信号给电力调整器18，电力调整器18输出电压经过交流接触器19后送到加热器10开始加热；交流接触器19线圈的开或闭由控制器20发出信号控制，触点分开即断开加热器10电源，停止加热；触发条件为上位机设定的温度阀值决定，例如，红外热成像传感器12实时将温度数据发送给控制器20，上位机主要监测最高温度，当红外热成像传感器12检测到加热器10内部区域最高温度≥100℃时，上位机通过PID算法(恒温控制算法)强制降低加热器10功率，发出命令给控制器20降低加热控制信号；当检测到加热器10内部区域最高温度≥120℃时，触发开关量信号给交流接触器19，即触点分开，断开380V电源，加热器10断电；其中温度阀值可以在上位机自定义，根据使用需求决定。另一方面，控制器20发出的加热信号经过串口继电器17后送到电力调整器18，信号输入端为第三液位传感器6，输出端为加热信号至电力调整器18，只要第三液位传感器6检测有水，输出端触点连通，加热信号可以正常送到电力调整器18，当第三液位传感器6检测无水时，串口继电器17输出端触点分开，即加热信号中断，达到停止加热目的，同时上位机也强制停止加热命令，达到双保险效果，有效进行缺水保护。

如图2所示，进行水位的检测时，控制器20发出的0-5V的控制信号，通过串口继电器17(NPN型)的第二引脚22进入，第三引脚23通过线路与接电力调整器18的控制脚连接，第三液位传感器6(NPN型)检测到有水，发出低电平信号，串口继电器17的第二引脚22和第三引脚23连通，此时第一引脚21和第二引脚22分开，信号顺利发送至电力调整器18，如检测到无水时，发出高电平信号，串口继电器17的第一引脚21和第二引脚22连通，此时第二引脚22和第三引脚23分开，即加热信号中断，停止加热。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的系统包括用于给增湿路提供气体流量的质量流量控制器(1)、用于提供水源并加湿气体的加湿罐(3)、用于对增湿路进行加热的加热器(10)、用于监测加热器(10)内部实时温度，自动捕捉最高温度并反馈信号的红外热成像传感器(12)、用于通过冷却水给增湿路降温的板换(13)、用于作为被测件的电堆(16)和用于控制系统的控制器(20)；所述的质量流量控制器(1)和加湿罐(3)通过用于控制气体干湿切换的角座阀(2)连接；所述的加湿罐(3)底部通过水泵(9)与加热器(10)连接，顶部通过用于露点温度检测的温度传感器(15)与电堆(16)连接；所述的红外热成像传感器(12)平行安装在加热器(10)旁，并与控制器(20)连接；所述的板换(13)一端和加热器(10)连接，另一端和加湿罐(3)连接；所述的加湿罐(3)外部设置用于检测加湿罐(3)中水位并作出相应反应的液位传感器组；所述的控制器(20)分别与液位传感器组和加热器(10)连接。

2.根据权利要求1所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的加湿罐(3)底部为去离子水，顶部为湿气体，外部设有用于安装液位传感器组的液位管；所述的液位传感器组固定在液位管上。

3.根据权利要求2所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的液位传感器组包括用于检测到有水时发送加湿罐(3)排水信号的第一液位传感器(4)、用于检测水位是否为正常工作水位并在检测到无水时发送补水信号的第二液位传感器(5)和用于检测无水时断开加热器(10)加热信号并发送补水信号以及检测有水时恢复加热信号的第三液位传感器(6)；所述的第一液位传感器(4)位于加湿罐(3)的高水位位置；所述的第二液位传感器(5)位于加湿罐(3)的中水位位置；所述的第三液位传感器(6)位于加湿罐(3)的低水位位置。

4.根据权利要求2所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的加湿罐(3)上部安装有用于补水的补水电磁阀(7)；所述的加湿罐(3)底部还安装有用于排水的排水电磁阀(8)。

5.根据权利要求1所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的加热器(10)为不锈钢制成的加热器；所述的加热器(10)内部安装有多根用于进行加热的不锈钢加热管。

6.根据权利要求5所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的加热器(10)靠近红外热成像传感器(12)的一端安装有用于观察加热器(10)内部的不锈钢加热管的玻璃窗(11)；所述的玻璃窗(11)为耐高温、硬度高以及高透光率的玻璃窗。

7.根据权利要求1所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的板换(13)与加湿罐(3)连接的一端安装有冷却水进水口；所述的板换(13)与加热器(10)连接的一端安装有冷却水出水口；所述的冷却水出水口上安装有用于控制冷却水流量的比例阀(14)。

8.根据权利要求3所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的控制器(20)通过用于在无水时分开触点以断开加热信号的串口继电器(17)与第三液位传感器(6)连接；所述的控制器(20)通过用于超温时断开加热器(10)电源的交流接触器(19)与加热器(10)连接。

9.根据权利要求8所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的控制器(20)还连接有一个用于控制加热器(10)功率的电力调整器(18)；所述的电力调整器(18)分别与串口继电器(17)和交流接触器(19)连接。

10.根据权利要求1所述的一种带缺水保护的燃料电池台架增湿路加热控制系统，其特征在于，所述的控制器(20)嵌入式安装在燃料电池台架的控制板上，并通过线缆连接有一控制控制器(20)的上位机。