CN111103141A - 一种燃料电池发动机试验的安全***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池发动机试验的安全***及其控制方法，属于发动机试验技术领域。燃料电池发动机试验的安全***包括环境箱，用于放置燃料电池发动机，所述环境箱的顶端设置有泄压装置及排风口，用于气体的排出；螺旋翅片管加热器，其设置在所述环境箱内，用于加热所述环境箱内的温度；控制***，用于接收信号并发送控制信号；监测***，所述监测***与所述控制***信号连接，用于向所述环境箱内充入氮气或启动所述排风口；消防***，所述消防***与所述控制***信号连接，用于启动所述环境箱顶端的高压细水雾喷头，以对所述环境箱内喷水灭火。其优点在于：能够保证燃料电池发动机在环境箱中安全可靠的完成各种模拟环境下的测试项目。

Description

一种燃料电池发动机试验的安全***及其控制方法

技术领域

本发明涉及发动机试验技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机试验的安全***及其控制方法。

背景技术

燃料电池发动机作为新能源汽车的重要技术方向，具有反应过程无机械损耗、能量转化率高、产物仅为电、热和水、运行平稳及噪音低的特点，被称为“终极环保发动机”；发展燃料电池能源汽车，对稳定能源供给、改善能源结构、发展低碳交通、提升国际竞争力和科技创新力以及保持汽车产业的持续发展，具有非常显著的意义。

燃料电池发动机是一种将氢气和氧气通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，但其工作过程容易发生氢气泄漏或燃烧产生火焰，导致氢气发生***，造成安全事故。所以对燃料电池发动机的研发必须开展试验验证工作，以确保燃料电池发动机能够在各个温度、湿度及气体介质环境中进行安全稳定的工作。

但在实际环境中进行燃料电池发动机的试验需要耗费大量的时间及生产成本，所以需要使用环境箱进行模拟各种环境以完成试验验证，最终再将其投入实际使用中。

目前的燃料电池发动机试验的安全***及试验室条件存在安全性较低、不能够有效保证试验人员、设备及试验室的安全、环境控制差及测试效率低的缺点，且环境箱不具有仿火花及防爆的功能，无法满足燃料电池发动机在环境箱中安全、可靠的完成各种模拟环境下性能及可靠性的测试项目。

综上所述，亟需设计一种燃料电池发动机试验的安全***及其控制方法，来解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种燃料电池发动机试验的安全***，能够保证燃料电池发动机在环境箱中安全、可靠的完成各种模拟环境下性能及可靠性的测试项目。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池发动机试验的安全***，包括：

环境箱，用于放置燃料电池发动机，并使其在所述环境箱内进行试验，所述环境箱的顶端设置有泄压装置及排风口，用于气体的排出；

螺旋翅片管加热器，其设置在所述环境箱内，用于加热所述环境箱内的温度；

控制***，用于接收信号并发送控制信号；

监测***，所述监测***与所述控制***信号连接，用于向所述环境箱内充入氮气或启动所述排风口；

消防***，所述消防***与所述控制***信号连接，用于启动所述环境箱顶端的高压细水雾喷头，以对所述环境箱内喷水灭火。

优选地，所述环境箱内还设置有用于检测氢气浓度的第一传感器、用于检测氧气浓度的第二传感器、用于检测温度的第三传感器、用于检测所述环境箱的内的压力的第四传感器及用于探测氢气燃烧时的火焰的火焰探测器。

优选地，所述环境箱内还设置有温度超温保护开关，用于保护所述螺旋翅片管加热器，以防止其加热温度过高。

优选地，所述环境箱内还设置有卤素灯，用于所述环境箱内的照明，所述卤素灯的开关设置在所述环境箱的外侧。

优选地，所述环境箱采用无缝焊接制得，所述环境箱的外侧采用钢板，且在所述钢板上进行喷塑，所述环境箱的内侧采用不锈钢板。

优选地，所述环境箱的保温材料选用硬质聚氨酯发泡。

优选地，所述泄压装置的顶端设置有防护罩，以避免所述泄压装置的顶盖飞出，所述顶盖上设置有第五传感器，所述第五传感器用于检测所述顶盖是否打开。

优选地，所述环境箱内还设置有风机，所述风机用于所述环境箱内的气体交换，驱动所述风机转动的电机为防爆电机，所述防爆电机设置在所述环境箱的外侧，且所述风机的叶轮转动时与所述防护罩不接触。

本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池发动机试验的安全***的控制方法，其中的燃料电池发动机试验的安全***，能够保证燃料电池发动机在环境箱中安全、可靠的完成各种模拟环境下性能及可靠性的测试项目。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池发动机试验的安全***的控制方法，包括如上述的燃料电池发动机试验的安全***。

优选地，所述燃料电池发动机试验的安全***的控制方法还包括四级防控：

一级防控，当环境箱内的氢气浓度达到着火下限的20％，控制***发出警报；

二级防控，当所述环境箱内的氢气浓度达到着火下限的40％或其内的温度达到150℃，在所述一级防控的同时，监测***向所述环境箱内充入氮气，并启动排风口将气体排出；

三级防控，当检测到氢气燃烧时的火焰，在所述一级防控和所述二级防控的同时，消防***启动高压细水雾喷头喷水灭火；

四级防控，当所述环境箱内外侧的压差达到0.02Bar，在所述一级防控、所述二级防控及所述三级防控的同时，所述环境箱内的压力驱动泄压装置打开，以迅速释放压力。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种燃料电池发动机试验的安全***及其控制方法。该燃料电池发动机试验的安全***中，通过在环境箱的顶端设置泄压装置及排风口，以使环境箱内的气体能够快速排出，使环境箱具有防爆的功能；同时在环境箱内设置螺旋翅片管加热器，能够避免在加热过程中，环境箱内的温度出现局部过热而出现火花，使环境箱具有防火花功能；同时设置了控制***、监测***及消防***，能够确保环境箱在试验的过程中，发生氢气泄露时，监测***能够向环境箱内充入氮气以降低氢气的浓度或启动排风口将氢气排出，以降低氢气浓度使其不会发生***；或当氢气燃烧产生火焰时，消防***能够启动高压细水雾喷头，以对环境箱内喷水灭火，以保证整个试验的安全性。以使燃料电池发动机能够在环境箱中安全、可靠的完成各种模拟环境下性能及可靠性的测试项目，同时能够有效保证试验人员、设备及整个试验室的安全。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的环境箱的主视图；

图2是本发明实施例一提供的环境箱的俯视图；

图3是本发明实施例二提供的燃料电池发动机试验的安全***的控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例二提供的燃料电池发动机试验的安全***的控制方法的四级防控内容。

附图标记说明：

图中：

1-第一传感器；2-高压细水雾喷头；3-火焰探测器；4-泄压装置；5-第二传感器；6-氮气入口；7-电机；8-排风口。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而己。在整个说明书中，同样的附图标记指示同样的元件。

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本实施例提出了一种燃料电池发动机试验的安全***，如图1所示，包括环境箱，用于放置燃料电池发动机，并使其在环境箱内进行试验。环境箱内能够提供各种试验环境，以试验燃料电池发动机在各种环境下的运转性能；以确保其使用的安全性，当经过各种试验条件且都正常运转的燃料电池发动机才能投入实际的使用中。

具体地，在环境箱的顶端设置有泄压装置4及排风口8，用于气体的排出。当环境箱内发生气体异常情况，其内的气体较多，气压较大时，需要从泄压装置4或排风口8将其排出，使其不会发生***，以保证环境箱内的气压正常。其中，泄压装置4的顶端设置有防护罩，以避免泄压装置4的顶盖直接飞出伤人。顶盖上设置有第五传感器，第五传感器用于检测泄压装置4的顶盖是否打开。本实施例中，第五传感器为位移传感器。

进一步地，环境箱采用整体无缝焊接制得，采用无缝焊接，能够使环境箱的整体密封性较好，不会出现漏气的情况，使试验结果较准确；同时能够防止水汽和氢气渗漏到环境箱的保温板内部，使环境箱的保温性能较好。环境箱的外侧采用钢板，内侧采用不锈钢板；能够使环境箱的内外侧抗高温、高压、低温及耐腐蚀性能较好；且在外侧的钢板上进行喷塑处理，使钢板与空气隔离，防止钢板发生氧化反应，使钢板不会生锈。

本实施例中，环境箱的保温材料选用硬质聚氨酯发泡，其阻燃等级为B2。硬质聚氨酯发泡具有绝热效果好、重量轻、比强度大以及施工方便的特点。进一步地，环境箱侧壁上用于线路连接或者气体交换的开孔均作密封处理，且开孔处均安装有电动阀门，当开孔不需要使用时，直接使用电动阀门将其进行关闭，操作简单，且能够使整个环境箱的密封性较好。其它实施例中，还可以在开孔处安装手动阀门。

通过在环境箱的顶端设置泄压装置4及排风口8，将环境箱的材质选为钢板，保温材料选用硬质聚氨酯发泡，且在开孔处进行密封处理，能够使整个环境箱具有防爆功能，以使燃料电池发动机能够在环境箱中安全、可靠的完成各种模拟环境下性能及可靠性的测试项目，同时能够有效保证试验人员、设备及整个试验室的安全。

进一步地，环境箱内设置有螺旋翅片管加热器，用于加热环境箱内的温度，使其达到所需的试验温度。采用螺旋翅片管加热器进行加热，能够避免环境箱内的加热温度不均匀而出现高温点，防止出现火花。环境箱内还设置有与螺旋翅片管加热器相匹配使用的温度超温保护开关，用于保护螺旋翅片管加热器，以防止其加热温度过高而产生火花。

本实施例中，环境箱内还设置有卤素灯，用于环境箱内的照明。卤素灯具有防爆、耐温及防潮的特点。且卤素灯的开关设置在环境箱的外侧的控制面板上，以防止将开关设置在环境箱的内侧，在使用过程中而出现火花。

进一步地，环境箱内还设置有风机，风机用于环境箱内的气体交换，驱动风机转动的电机7为防爆电机，防爆电机设置在环境箱的外侧，且风机的叶轮与泄压装置4顶端上的防护罩之间的距离较远，以使叶轮在转动时不会与防护罩接触，避免两者接触摩擦以产生火花。本实施例中，环境箱的内外侧均接地，以防止出现火花。

通过在环境箱内设置螺旋翅片管加热器、温度超温保护开关、卤素灯及防爆电机，并将开关及防爆电机均设置在环境箱的外侧，能够避免环境箱内出现电火花或者明火，使整个环境箱具有防火花功能，以使燃料电池发动机能够在环境箱中安全、可靠的完成各种模拟环境下性能及可靠性的测试项目，同时能够有效保证试验人员、设备及整个试验室的安全。

进一步地，如图2所示，环境箱内还设置有环境箱内还设置有用于检测环境箱内的氢气浓度的第一传感器1、用于检测环境箱内的氧气浓度的第二传感器 5、用于检测环境箱内的温度的第三传感器及用于检测环境箱内的压力的第四传感器。环境箱内还设置有用于探测环境箱内氢气燃烧时的火焰的火焰探测器3。

由第一传感器1检测的氢气的浓度值十分关键重要，本实施例中，第一传感器1的数量设置有两个。设置两个第一传感器1能够在其中一个第一传感器1 出现故障时，另一个第一传感器1仍能够正常工作，以使环境箱的可靠性和安全性更高。其它实施例中，还可以将第一传感器1的数量设置为一个或者三个。

本实施例中，第一传感器1为氢气浓度传感器，第二传感器5为氧气浓度传感器，第三传感器为温度传感器，第四传感器为压力传感器。其中，氧气浓度传感器用于检测环境箱内氧气的浓度，以确保试验人员在环境箱内的氧气充足，同时检控环境箱内的氧气浓度不能太高，以免发生氢气的燃烧或***。

本实施例中，火焰探测器3为红外火焰探测器。通过红外火焰探测器可以最大程度地减少因周围非火灾因素而引起的误操作，并且可以用最小的消费电流达到最大的灵敏度，同时增强了对火焰的判断功能，提高了火焰探测的可信度。

进一步地，燃料电池发动机试验的安全***还包括控制***、监测***及消防***。其中，控制***用于接收传感器的信号并发送控制信号，且控制***控制连接有警报器，当环境箱内的氢气浓度较高时，控制***控制警报器发出声光警报，以提示试验人员有危险发生。监测***与控制***信号连接，用于接收控制***的信号并向环境箱内充入氮气或启动排风口8，以使环境箱内的氢气和氧气浓度降低，使其不会发生***；环境箱的侧壁上设置有氮气入口6，监测***通过氮气入口6将氮气充入环境箱内。消防***与控制***信号连接，用于接收控制***的信号并启动设置在环境箱顶端的高压细水雾喷头2，以对环境箱内喷水灭火。

其中，控制***内设置有锁死按键。锁死按键与环境箱的箱门控制连接，当环境箱关闭箱门开始进行试验时，按下控制***内的锁死按键，箱门被直接锁死，试验人员不能再将其打开；当试验结束后，再次按下锁死按键，以对箱门进行解锁，此时试验人员能够将其打开；进一步保证了试验的安全性。

本实施例中，高压细水雾喷头2的数量设置有四个，四个高压细水雾喷头2 分别设置在环境箱顶端的四个角落，以使整个环境箱内均能够被均匀喷水，使灭火效果较好。其它实施例中，还可以将高压细水雾喷头2的数量设置为两个、三个或者五个。

通过设置传感器、控制***、监测***及消防***，其中，控制***能够及时准确地接收传感器的信号，以确保环境箱在试验的过程中，当发生氢气泄露时，控制***能够发出声光警报，同时监测***能够向环境箱内充入氮气以降低氢气的浓度或启动排风口8将氢气排出，以降低氢气浓度使其不会发生***；或当氢气燃烧产生火焰时，消防***能够启动高压细水雾喷头2，以对环境箱内喷水灭火，以保证整个试验的安全性。以使燃料电池发动机能够在环境箱中安全、可靠的完成各种模拟环境下性能及可靠性的测试项目，同时能够有效保证试验人员、设备及整个试验室的安全。

实施例二

本实施例中，提出了一种燃料电池发动机试验的安全***的控制方法，包括实施例一中的燃料电池发动机试验的安全***。

具体地，如图4所示，燃料电池发动机试验的安全***的控制方法还包括四级防控：一级防控、二级防控、三级防控及四级防控。其中，一级防控，当第一传感器1检测到环境箱内的氢气浓度达到氢气着火下限值的20％时，控制***控制警报器发出声光警报，试验人员可以通过摄像头远程查看并核实是否有氢气泄露或有其它故障发生。

二级防控，当第一传感器1检测到环境箱内的氢气浓度达到氢气着火下限值的40％，或当第三传感器检测到环境箱内的温度大于等于150℃时，启动一级防控的同时，控制***控制燃料电池发动机自动停机，切断电源与氢气来源，并将氢气浓度信号发送至监测***；监测***通过氮气入口6向环境箱内自动充入氮气或通过人工的方式快速向环境箱内充入氮气，以降低环境箱内氢气和氧气的浓度，并打开排风口8将环境箱内的气体迅速排出至环境箱外的排风管道；同时试验人员从环境箱撤离，通过摄像头进行远程监控环境箱内的情况。

三级防控，当火焰探测器3检测到环境箱内有氢气燃烧时的火焰时，启动一级防控和二级防控的同时，控制***将检测信号传送至消防***，消防***启动环境箱顶端上的四个高压细水雾喷头2进行喷水灭火。

四级防控，当环境箱内的氢气发生***，以使环境箱内外侧的压差值急剧上升，第四传感器检测到环境箱内的压力，以获得环境箱内外侧的压差达到0.02 Bar时，启动一级防控、二级防控及三级防控的同时，环境箱内较大的压力能够直接将泄压装置4的顶盖弹开，以将环境箱内的压力迅速释放。其中，顶盖上的防护罩能够避免环境箱内较大的压力直接将泄压装置4的顶盖弹飞伤人，同时防护罩不会抵接顶盖，以使顶盖能够顺利弹出，将环境箱内的压力释放。其中，所有检测和控制信号均传送至总监控室，以使试验人员通过远程监控查看。

本实施例的一种燃料电池发动机试验的安全***的控制方法的具体控制过程：如图3所示，当第一传感器1检测到环境箱内的氢气浓度达到氢气着火下限值的20％时，启动一级防控。当第一传感器1检测到环境箱内的氢气浓度达到达到氢气着火下限值的40％时，或当第三传感器检测到环境箱内的温度大于等于150℃时，其中任何一个条件达到时，启动一级防控和二级防控。当火焰探测器3检测到环境箱内有氢气燃烧时的火焰时，启动一级防控、二级防控及三级防控。当第四传感器检测到环境箱内的压力，以获得环境箱内外侧的压差达到0.02Bar时，启动一级防控、二级防控、三级防控及四级防控。其中，所有检测和控制信号均传送至总监控室，以使试验人员通过远程监控查看。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，包括：

环境箱，用于放置燃料电池发动机，并使其在所述环境箱内进行试验，所述环境箱的顶端设置有泄压装置(4)及排风口(8)，用于气体的排出；

螺旋翅片管加热器，其设置在所述环境箱内，用于加热所述环境箱内的温度；

控制***，用于接收信号并发送控制信号；

监测***，所述监测***与所述控制***信号连接，用于向所述环境箱内充入氮气或启动所述排风口(8)；

消防***，所述消防***与所述控制***信号连接，用于启动所述环境箱顶端的高压细水雾喷头(2)，以对所述环境箱内喷水灭火。

2.如权利要求1所述的燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，所述环境箱内还设置有用于检测氢气浓度的第一传感器(1)、用于检测氧气浓度的第二传感器(5)、用于检测温度的第三传感器、用于检测所述环境箱的内的压力的第四传感器及用于探测氢气燃烧时的火焰的火焰探测器(3)。

3.如权利要求1所述的燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，所述环境箱内还设置有温度超温保护开关，用于保护所述螺旋翅片管加热器，以防止其加热温度过高。

4.如权利要求1所述的燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，所述环境箱内还设置有卤素灯，用于所述环境箱内的照明，所述卤素灯的开关设置在所述环境箱的外侧。

5.如权利要求1所述的燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，所述环境箱采用无缝焊接制得，所述环境箱的外侧采用钢板，且在所述钢板上进行喷塑，所述环境箱的内侧采用不锈钢板。

6.如权利要求1所述的燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，所述环境箱的保温材料选用硬质聚氨酯发泡。

7.如权利要求1所述的燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，所述泄压装置(4)的顶端设置有防护罩，以避免所述泄压装置(4)的顶盖飞出，所述顶盖上设置有第五传感器，所述第五传感器用于检测所述顶盖是否打开。

8.如权利要求7所述的燃料电池发动机试验的安全***，其特征在于，所述环境箱内还设置有风机，所述风机用于所述环境箱内的气体交换，驱动所述风机转动的电机(7)为防爆电机，所述防爆电机设置在所述环境箱的外侧，且所述风机的叶轮转动时与所述防护罩不接触。

9.一种燃料电池发动机试验的安全***的控制方法，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的燃料电池发动机试验的安全***。

10.如权利要求9所述的燃料电池发动机试验的安全***的控制方法，其特征在于，所述燃料电池发动机试验的安全***的控制方法还包括四级防控：

一级防控，当环境箱内的氢气浓度达到着火下限的20％，控制***发出警报；

二级防控，当所述环境箱内的氢气浓度达到着火下限的40％或其内的温度达到150℃，在所述一级防控的同时，监测***向所述环境箱内充入氮气，并启动排风口(8)将气体排出；

三级防控，当检测到氢气燃烧时的火焰，在所述一级防控和所述二级防控的同时，消防***启动高压细水雾喷头(2)喷水灭火；

四级防控，当所述环境箱内外侧的压差达到0.02Bar，在所述一级防控、所述二级防控及所述三级防控的同时，所述环境箱内的压力驱动泄压装置(4)打开，以迅速释放压力。

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