一种燃料电池反应产物排放控制系统的制作方法
【专利摘要】一种燃料电池反应产物排放控制系统，包括连接于燃料电池氧气排出口的氧气处理控制部分、连接于燃料电池氢气排出口的氢气处理控制部分、主控制器；所述氧气处理控制部分和所述氢气处理控制部分的组成结构相同；所述冷凝器上设有进气口，该进气口与燃料电池的排放出口通过管路连通；冷凝器底部均具有用于储存气水混合排放物的容室，水位浮球开关和热电偶安装于冷凝器的容室内；排水电磁阀连接于容室的底部；冷凝器上安装风扇，风扇经可控硅与冷却温控器电连接；本实用新型能够根据用户的设定，来自动控制冷凝器对燃料电池反应产物进行冷却；并自动控制从反应产物中分离出来的水进行排放。
【专利说明】一种燃料电池反应产物排放控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及燃料电池控制【技术领域】，具体涉及一种燃料电池反应产物排放控制系统。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种能够将储存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，但它在电化学反应后会产生气水混合物。在燃料电池测试系统的设计中，如何处理燃料电池测试过程所产生的反应产物，成为亟待解决的问题。
[0003]本实用新型的创作人有鉴于传统燃料电池测试系统对燃料电池反应产物的处理存在有改良的必要，而提出一种可有效解决燃料电池反应产物排放问题的解决方案。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种燃料电池反应产物排放控制系统:能够根据用户的设定，来自动控制冷凝器对燃料电池反应产物进行冷却；并自动控制从反应产物中分离出来的水进行排放。
[0005]本实用新型实现上述目的的技术解决方案是:一种燃料电池反应产物排放控制系统，包括连接于燃料电池氧气排出口的氧气处理控制部分、连接于燃料电池氢气排出口的氢气处理控制部分、主控制器；所述主控制器包括中央处理器、通信模块、输出模块；所述氧气处理控制部分和所述氢气处理控制部分的组成结构相同，各自包括冷凝器、温控器、热电偶、可控硅、风扇、水位浮球开关、排水电磁阀；
[0006]所述冷凝器上设有进气口，该进气口与燃料电池的排放出口通过管路连通；冷凝器底部均具有用于储存气水混合排放物的容室，水位浮球开关和热电偶安装于冷凝器的容室内；排水电磁阀连接于容室的底部；冷凝器上安装风扇，风扇经可控硅与冷却温控器电连接；
[0007]所述主控制器通过通信模块扩展RS485总线与温控器进行通信:所述水位浮球开关与主控制器中的输入模块电连接；所述排水电磁阀与主控制器中的输出模块电连接。
[0008]本实用新型还包括压力变送器、背压阀；所述冷凝器的上部设有排气口，压力变送器安装于冷凝器的顶部，所述主控制器通过通信模块扩展RS485总线与压力变送器进行通信；冷凝器的上部设有排气口与背压阀的进气口通过管路连通；所述背压阀的出气口与大气连通。
[0009]本实用新型所述冷凝器上的壳体均具有用于增大气水混合物的散热面积的散热件。
[0010]本实用新型还包括人机界面模块，所述人机界面模块与主控制器中的驱动模块电连接，用于提供用户与系统进行人机交互的接口。
[0011]本实用新型所述排水电磁阀、水位浮球开关上分别连接有显示各自工作状态的指示灯。[0012]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0013]第一，本实用新型采用集散控制的方式由主控制器将氢气冷凝器和氧气冷凝器的冷却控制分配给相应的控制器独立控制，大大提高了控制的实时性。
[0014]第二，本实用新型提供按设定的时间间隔控制冷凝器排水，满足用户不同需求，并且冷凝器水位达到指定高度，便强制排水，防止水溢出或倒流。
[0015]第三，本实用新型通过指示灯以及人机界面给用户提供了系统各开关量、物理量、状态量的全面信息，让用户操作更方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的系统连接结构示意图；
[0017]图2为本实用新型的电连接原理框图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明:
[0019]如图1、图2所示，本实用新型包括循冷凝器2与15、风扇3与14、压力变送器4与
13、背压阀5与12、热电偶6与11、水位浮球开关7与10、排水电磁阀8与9、温控器16与17、可控硅18与19、人机界面20、指示灯21?24、主控制器25 ;所述主控制器25包括中央处理器26、输入模块27、输出模块28、通信模块29、驱动模块30。
[0020]燃料电池I包括氢气进口、氢气出口、氧气进口、氧气出口。所述冷凝器2、15分别用于实现从燃料电池I氢气出口与氧气出口排放的反应产物的气水分离；所述冷凝器2、15均具有一进气口、一排气口、一排水口、一压力变送器的安装接口、一液位浮球开关的安装接口、一热电偶的安装接口 ；所述冷凝器2、15的壳体均具有散热件，用于增大气水混合物的散热面积；所述冷凝器2、15的底部均具有容室，用于储存水。
[0021]所述冷凝器2的进气口与燃料电池I的氢气出口通过管路连通；所述冷凝器2的排气口与背压阀5的进气口通过管路连通；所述背压阀5的出气口与大气连通；所述背压阀5用于调节氢气流出燃料电池I的压力；
[0022]所述冷凝器2的顶部安装压力变送器4，所述压力变送器4用于检测氢气流出燃料电池I的压力。
[0023]所述冷凝器2的排水口与排水电磁阀8的进水口通过管路连通；所述排水电磁阀8的出水口与盛水容器通过管路连通。
[0024]所述冷凝器2上安装风扇3，风扇3经可控硅18与温控器16电连接。
[0025]所述冷凝器2底部容室安装热电偶6，并与温控器16电连接。
[0026]所述冷凝器2底部容室安装水位浮球开关7，并与主控制器25中的输入模块27电连接，主控制器25通过输入模块27获取水位浮球开关7的开关状态；浮球开关的开、关状态表示水位的有水、无水状态。
[0027]所述冷凝器15的进气口与燃料电池I的氧气出气口通过管路连通；所述冷凝器15的排气口与背压阀12的进气口通过管路连通；所述背压阀12的出气口与大气连通；所述背压阀12用于调节氧气流出燃料电池I的压力；
[0028]所述冷凝器15的顶部安装压力变送器13，所述压力变送器13用于检测氧气流出燃料电池I的压力。
[0029]所述冷凝器15的排水口与排水电磁阀9的进水口通过管路连通；所述排水电磁阀9的出水口与盛水容器通过管路连通。
[0030]所述冷凝器15上安装风扇14，风扇14经可控硅19与温控器17电连接。
[0031]所述冷凝器15底部容室安装热电偶11，并与温控器17电连接。
[0032]所述冷凝器15底部容室安装水位浮球开关10，并与主控制器25中的输入模块27电连接，主控制器25通过输入模块27获取水位浮球开关10的开关状态；浮球开关的开、关状态表示水位的有水、无水状态。
[0033]所述排水电磁阀8、9与主控制器25中的输出模块28电连接,主控制器25通过输出模块28实现排水电磁阀8、9的开关控制。
[0034]所述主控制器25通过通信模块29扩展RS485总线，建立与压力变送器4、13，温控器16、17通信的桥梁。
[0035]所述人机界面20与主控制器25中的驱动模块30电连接，用于提供用户与系统进行人机交互的接口；
[0036]所述指示灯21与水位浮球开关7电连接，用于指示冷凝器2中水位的有水、无水状态:当水位有水时，指示灯21变亮；当水位无水时，指示灯21熄灭。
[0037]所述指示灯22与水位浮球开关10电连接，用于指示冷凝器15中水位的有水、无水状态:当水位有水时，指示灯22变亮；当水位无水时，指示灯22熄灭。
[0038]所述指示灯23与排水电磁阀8电连接，用于指示排水电磁阀8的开关状态:当水排水电磁阀8开启时，指示灯23变亮；当排水电磁阀8关闭时，指示灯23熄灭。
[0039]所述指示灯24与排水电磁阀9电连接，用于指示排水电磁阀9的开关状态:当水排水电磁阀9开启时，指示灯24变亮；当排水电磁阀9关闭时，指示灯24熄灭。
[0040]本实用新型的主控制器25的中央处理器26可选用通用的单片机或微处理器；所述人机界面20可选用常用的触摸屏，或由常用的液晶与键盘组成人机界面20 ;所述的水位浮球开关7、10可选用常规水位浮球开关；所述排水电磁阀8、9主要根据介质温度、耐受压力、管道管径这几个参数来选择液体电磁阀；所述指示灯21、22、23、24选用常规指示灯即可；所述冷凝器2、15分别根据燃料电池氢气出口与氧气出口的反应产物的流量来设计合适散热能力的冷凝器；所述温控器16、17选用带有RS485通信接口的常规温控器即可；所述的热电偶6、11选用常规热电偶即可；所述风扇3、14分别根据冷凝器2、15散热能力的要求选用常用风扇；所述可控硅18、19分别根据风扇3、14的功率选用常用的可控硅；所述压力变送器4、13主要根据介质温度、最大压力、压力接口这几个参数来选择带RS485通信接口的压力变送器；所述背压阀5、12分别根据燃料电池氢气出口与氧气出口压力调节范围选用常用的压力调节阀。
[0041]本实用新型的工作原理:
[0042]本系统上电的初始状态:排水电磁阀8、9均处于关闭状态；温控器16、17均处于禁止冷却状态；背压阀5、12保持断电前的状态。
[0043]本系统具有如下功能:冷却控制、排水控制、背压控制、数据采集、数据显示。各功能的工作原理如下:
[0044](I)冷却控制[0045]当用户通过所述人机界面20设定氢气冷凝器2与氧气冷凝器15的冷却控制温度时:首先主控制器25通过驱动模块30获取用户请求，接着主控制器25通过通信模块29与温控器16、17通信，设定温控器16、17的控制温度。
[0046]当用户通过所述人机界面20允许温控器16、17进行冷却控制时:首先主控制器25通过驱动模块30获取用户请求，接着主控制器25通过通信模块29与温控器16、17通信，允许温控器16、17根据如下规则完成氢气冷凝器2与氧气冷凝器15中气水混合物的冷却控制:其中温控器16通过热电偶6定时监测氢气冷凝器2中气水混合物的当前温度，当设定温度小于当前温度时，温控器16通过可控硅18驱动风扇3对冷凝器2进行风冷，加快气水混合物通过冷凝器2进行散热，使气水混合物温度降低，从而实现氢气、水的分离，当设定温度大于等于当前温度时，温控器16停止冷却；其中温控器17通过热电偶11定时监测氧气冷凝器15中气水混合物的当前温度，当设定温度小于当前温度时，温控器17通过可控硅19驱动风扇14对冷凝器15进行风冷，加快气水混合物通过冷凝器15进行散热，使气水混合物温度降低，从而实现氧气、水的分离，当设定温度大于等于当前温度时，温控器17停止冷却。
[0047]当用户通过所述人机界面20禁止温控器16、17进行冷却控制时:首先主控制器25通过驱动模块30获取用户请求，接着主控制器25通过通信模块29与温控器16、17通信，禁止温控器16、17进行冷却控制。
[0048](2)排水控制
[0049]当用户通过所述人机界面20请求开启氢气冷凝器2与氧气冷凝器15的排水控制时:首先主控制器25通过驱动模块30获取用户请求；接着主控制器25通过输出模块28依次开启排水电磁阀8、9,氢气冷凝器2与氧气冷凝器15开始排水。
[0050]当用户通过所述人机界面20请求关闭氢气冷凝器2与氧气冷凝器15的排水控制时:首先主控制器25通过驱动模块30获取用户请求；接着主控制器25通过输出模块28依次关闭排水电磁阀8、9，氢气冷凝器2与氧气冷凝器15停止排水。
[0051]当用户通过所述人机界面20请求循环开闭氢气冷凝器2与氧气冷凝器15的排水控制时:首先主控制器25通过驱动模块30获取用户请求；接着主控制器25通过输出模块28依次开启排水电磁阀8、9，氢气冷凝器2与氧气冷凝器15开始排水；当开启排水时间到，主控制器25通过输出模块28依次关闭排水电磁阀8、9，氢气冷凝器2与氧气冷凝器15停止排水；当关闭排水时间到，又切换到开启排水，如此循环下去。
[0052]在排水控制过程，主控制器25定时通过输入模块27监测氢气冷凝器2中的水位浮球开关7与氧气冷凝器15中的水位浮球开关10的状态(假设开状态表示有水，关状态表示无水):当监测到水位浮球开关7有水时，主控制器25通过输出模块28使排水电磁阀8处于常开状态，氢气冷凝器2开始排水，一旦监测到水位浮球开关7从有水变回无水状态时，主控制器25按照最近一次用户设定的氢气冷凝器2排水方式进行控制；同理，当监测到水位浮球开关10有水时,主控制器25通过输出模块28使排水电磁阀9处于常开状态,氧气冷凝器15开始排水，一旦监测到水位浮球开关10从有水变回无水状态时，主控制器25按照最近一次用户设定的氧气冷凝器15排水方式进行控制；
[0053](3)数据采集:
[0054]所述主控制器25定时通过通信模块29与压力变送器4、13，温控器16、17进行通信，分别读取燃料电池I氢气出口与氧气出口的当前压力，以及氢气冷凝器2与氧气冷凝器15中气水混合物的当前温度。
[0055](4)数据显示:
[0056]所述主控制器25定时通过驱动模块30在人机界面显示如下数据:燃料电池I氢气出口当前压力；燃料电池I氧气出口当前压力；氢气冷凝器2中气水混合物的当前温度以及目标控制温度；氧气冷凝器15中气水混合物的当前温度以及目标控制温度；氢气冷凝器2的排水控制方式(常开、常闭、循环开闭)，如果是循环开闭控制方式，还包括设定的目标开启和关闭时间，以及当前已开启和当前已关闭时间；氧气冷凝器15的排水控制方式(常开、常闭、循环开闭)，如果是循环开闭控制方式，还包括设定的目标开启和关闭时间，以及当前已开启和已关闭时间；温控器16、17冷却控制是处于允许或禁止状态。
[0057](5)背压控制
[0058]当手动调节氢气背压阀5时，观察人机界面上显示的燃料电池I氢气出口当前压力，当显示的氢气出口压力满足预期所需压力，停止调节氢气背压阀5;同理，当手动调节氧气背压阀12时，观察人机界面上显示的燃料电池I氧气出口当前压力，当显示的氧气出口压力满足预期所需压力，停止调节氧气背压阀12。
[0059]本系统操作实例:
[0060]操作实例1:将燃料电池与氢气气源、氧气气源，以及系统连接好，系统上电，进入初始化状态。用户对燃料电池进行放电测试，根据工况要求，用户可通过人机界面设定氢气冷凝器和氧气冷凝器的冷却控制温度并允许冷却控制。随着测试进行，当氢气冷凝器和氧气冷凝器中气水混合物的温度超过设定的目标控制温度，相应的温控器自动控制风扇对冷凝器进行散热，加快气、水的分离。随着氢气冷凝器和氧气冷凝器底部容室中水位均逐渐上升，一旦氢气冷凝器和氧气冷凝器的液位浮球开关指示灯变亮，氢气冷凝器和氧气冷凝器开始排水，此时可观察到氢气冷凝器和氧气冷凝器的排水电磁阀指示灯变亮。随着氢气冷凝器和氧气冷凝器底部容室中水位均逐渐下降，一旦氢气冷凝器和氧气冷凝器的液位浮球开关指示灯熄灭，氢气冷凝器和氧气冷凝器停止排水，此时可观察到氢气冷凝器和氧气冷凝器的排水电磁阀指示灯熄灭。
[0061]操作实例2:在燃料电池的测试过程，用户可通过人机界面设定氢气冷凝器和氧气冷凝器排水电磁阀以循环开闭的控制方式工作，当氢气冷凝器和氧气冷凝器的水位指示灯处于熄灭状态时，氢气冷凝器和氧气冷凝器自动以指定的排水间隔排水，用户可通过人机界面和指示灯了解氢气冷凝器和氧气冷凝器排水电磁阀的工作状态。
[0062]操作实例3:在燃料电池的测试过程，用户可一边调节氢气和氧气背压阀，一边观察人机界面上显示的燃料电池氢气和氧气出口当前压力，当显示的氢气和氧气出口当前压力满足预期所需压力，即可停止调节氢气和氧气背压阀。
[0063]本实用新型不局限与上述【具体实施方式】，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种燃料电池反应产物排放控制系统，其特征在于:包括连接于燃料电池氧气排出口的氧气处理控制部分、连接于燃料电池氢气排出口的氢气处理控制部分、主控制器；所述主控制器包括中央处理器、通信模块、输出模块；所述氧气处理控制部分和所述氢气处理控制部分的组成结构相同，各自包括冷凝器、温控器、热电偶、可控硅、风扇、水位浮球开关、排水电磁阀； 所述冷凝器上设有进气口，该进气口与燃料电池的排放出口通过管路连通；冷凝器底部均具有用于储存气水混合排放物的容室，水位浮球开关和热电偶安装于冷凝器的容室内；排水电磁阀连接于容室的底部；冷凝器上安装风扇，风扇经可控硅与冷却温控器电连接; 所述主控制器通过通信模块扩展RS485总线与温控器进行通信:所述水位浮球开关与主控制器中的输入模块电连接；所述排水电磁阀与主控制器中的输出模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池反应产物排放控制系统，其特征在于还包括压力变送器、背压阀；所述冷凝器的上部设有排气口，压力变送器安装于冷凝器的顶部，所述主控制器通过通信模块扩展RS485总线与压力变送器进行通信；冷凝器的上部设有排气口与背压阀的进气口通过管路连通；所述背压阀的出气口与大气连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池反应产物排放控制系统，其特征在于所述冷凝器上的壳体均具有用于增大气水混合物的散热面积的散热件。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池反应产物排放控制系统，其特征在于还包括人机界面模块，所述人机界面模块与主控制器中的驱动模块电连接，用于提供用户与系统进行人机交互的接口。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池反应产物排放控制系统，其特征在于所述排水电磁阀、水位浮球开关上分别连接有显示各自工作状态的指示灯。
【文档编号】H01M8/04GK203386845SQ201320452871
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】陈林, 何炳林, 杨成胡, 梁柱扬, 张焕文, 陈振兴, 叶鹏, 李旭林 申请人:广东省电子技术研究所