CN216792140U - 氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,包括分别与氢燃料电池电堆或燃料电池发动机的尾气排出口连接的主尾排管和检测排管,检测排管上自近端至远端依次设置有开关电磁阀、气体泵、气液分离器、加热器和H2浓度探头;且检测排管的远端和气液分离器的排水管分别连通主尾排管的远端。该尾排气体在线检测装置用于燃料电池堆空气出口或燃料电池发动机出口的氢气、氧气和CO2浓度精准检测,且检测精准度高,使用灵活性较高,且安全可靠,可匹配集成在不同功率的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机中使用,具备良好的集成通用性、环境适应性和功能稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及尾气检测技术领域,尤其涉及一种氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置。
背景技术
氢燃料电池是通过氢气和氧气的化学反应,其生成物是电能和纯净水,没有任何有害物质。因此是真正意义上的清洁能源。氢燃料电池具有很多潜在的优势。例如,氢气的能量密度高于汽油三倍,其能量转换效率也高于内燃机效率;氢燃料充气时间以及燃料电池汽车的续航能力完全可以和传统的汽油车相媲美。因此从能源的利用和环境保护方面来说,燃料电池汽车是理想的日常交通工具。
在清洁环保的同时,燃料电池汽车尾排气中的氢气浓度存在一定的危险性。氢气浓度一旦超过可燃极限,极有可能造成打火、爆鸣、燃烧,甚至密闭环境下的***。因此,氢气排放浓度的准确监控,涉及整车、乘员、车外人员和设施的安全。目前通常采用手持式可燃气体报警器或氢气浓度传感器进行探测。此种方式存在采样点不固定、浓度不准、可测浓度范围不宽和数据不连续等缺点。
因此,迫切需要一种可实时检测氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体中氢气或其他气体浓度的仪器设备,为整车尾排控制策略的开发、车辆行驶安全提供依据。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷,提供一种氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
本实用新型提供了一种氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,包括分别与所述氢燃料电池电堆或燃料电池发动机的尾气排出口连接的主尾排管和检测排管,其中:
所述检测排管上自近端至远端依次设置有开关电磁阀、气体泵、气液分离器、加热器和H2浓度探头;且所述检测排管的远端和所述气液分离器的排水管分别连通所述主尾排管的远端。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
湿度传感器,所述湿度传感器装设于所述检测排管上,且位于所述开关电磁阀和气体泵之间。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
第一湿压一体传感器,所述第一湿压一体传感器装设于所述检测排管上,且位于所述加热器和H2浓度探头之间。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
O2浓度探头,所述O2浓度探头装设于所述检测排管的远端,且位于所述 H2浓度探头的下游位置。
进一步优选地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
CO2浓度探头,所述CO2浓度探头装设于所述检测排管的远端,且位于所述 O2浓度探头的下游位置。
进一步较为优选地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
单向阀,所述单向阀装设于所述检测排管的远端,且位于所述CO2浓度探头的下游位置。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
排水电磁阀,所述排水电磁阀装设于所述气液分离器的排水管上,且分别于所述气液分离器下部的高液位计和低液位计电连接。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
开度调节阀,所述开度调节阀装设于所述尾气排出口上,用于调节流经所述主尾排管和所述检测排管的尾排气的流量。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
散热器,所述散热器的进冷却液口和出冷却液口分别连接所述气液分离器的上部,用于调节流经所述气液分离器的尾排气的温度。
进一步优选地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
变频泵,所述变频泵设置于所述散热器与所述气液分离器之间的排气管道上;和
第二湿压一体传感器,所述第二湿压一体传感器设置于所述排气管道上,位于所述变频泵的下游,且于所述变频泵电连接。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,还包括:
控制单元,所述控制单元分别与所述开关电磁阀、气体泵、气液分离器、加热器和H2浓度探头电连接。
进一步地,在所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上,所述尾气排出口为燃料电池堆氢气出口、燃料电池堆空气出口或燃料电池发动机出口。
本实用新型采用以上技术方案,与现有技术相比,具有如下技术效果:
(1)在氢燃料电池电堆或燃料电池发动机的尾气排出口处设置一条独立于主尾排管的检测排管,并在检测排管装设相应的尾气预处理装置和检测探头,可在不影响主尾排管正常排气的情况下,根据需要定时对流经检测排管的尾气浓度进行高精度检测,使用灵活方便,且有效避免了检测探头长时间与高温尾气接触,提高了各检测探头的使用寿命;
(2)采用气液分离器对进入检测排管的尾排气进行气液分离,去除尾排气中的水分及杂质,避免尾排气中含有的大量水分和灰尘等杂质影响尾气检测的准确性,有效确保后续的尾气检测组件测试精度不受影响;
(3)将气体泵设置在气液分离器的上游管路,气体泵出口气体流速和压力较大,保证气体流速和压力,进入气液分离器,撞击气液分离器内部壁面,提升气液分离效果;并配置加热器对分离后的气体进行加热,保证了流经检测排管的尾排气的流量及温湿度能够满足气体浓度检测要求;并通过主尾排管上的开度调节阀可灵活调控进入检测排管的尾气流量,从而保证了流经检测排管的尾排气流量在一定范围内,进一步保证检测精度;
(4)燃料电池堆氢气出口或燃料电池发动机尾排出口排出的尾排气温度一般50-70℃,采用散热器对流经气液分离器的尾排气进行调节,从而调节尾排气体各温度下的湿度;且采用变频泵根据检测的湿度计压力大小,实现散热效率的变频控制,温湿度控制精准,自动化程度高;
(5)在检测排管上分别装设H2浓度探头、O2浓度探头以及CO2浓度探头,可用于检测燃料电池堆氢气出口、燃料电池堆空气出口或燃料电池发动机出口尾排气中氢气、氧气和副反应产物CO2的浓度,且可根据实际需求更换不同类型的气体检测探头,从而检测不同的气体成分及浓度,硬件设备更换操作简单;
(6)该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,检测精准度高,使用灵活性较高,且安全可靠,可匹配集成在不同功率的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机中使用,具备良好的集成通用性、环境适应性和功能稳定性。
附图说明
图1为本实施例一的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置的结构原理图;
图2为本实施例二的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置的结构原理图;
其中,各附图标记为:
1-尾气排出口,2-主尾排管,3-检测排管,4-开关电磁阀,5-湿度传感器, 6-气体泵,7-气液分离器,8-加热器,9-第一湿压一体传感器,10-H2浓度探头, 11-O2浓度探头,12-CO2浓度探头,13-单向阀,14-排水电磁阀,15-开度调节阀, 16-散热器,17-变频泵,18-第二湿压一体传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
实施例一
请参阅图1所示,本实施例提供了一种氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,包括分别与氢燃料电池电堆或燃料电池发动机的尾气排出口1连接的主尾排管2和检测排管3,检测排管3为独立于主尾排管2呈并联布置。检测排管3上自近端至远端依次设置有开关电磁阀4、气体泵6、气液分离器7、加热器8和H2浓度探头10,开关电磁阀4可采用比例阀;且检测排管 3的远端和气液分离器7的排水管分别连通主尾排管2的远端,流经主尾排管2 检测后的尾排气和将气液分离器7收集的水从主尾排管2的出口排出。
采用独立的检测排管3的设计,可在不影响主尾排管1正常排气的情况下,定时对流经检测排管3的尾气浓度进行高精度检测,使用更加灵活方便,且有效避免了检测探头长时间与高温尾气接触,提高了各检测探头的使用寿命。而采用气液分离器7可有效去除尾排气中的水分及杂质,避免尾排气中含有的大量水分和灰尘等杂质影响尾气检测的准确性,有效确保后续的尾气检测组件测试精度不受影响。
作为本实施例的一个优选方案,请参阅图1所示,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括湿度传感器5,湿度传感器5装设于检测排管3上,且位于开关电磁阀4和气体泵6之间。该湿度传感器5用于检测流入检测排管3的尾排气的温度及湿度信息。通过将气体泵6设置在气液分离器 7的上游管路,气体泵出口气体流速和压力较大,保证气体流速和压力,进入气液分离器,撞击气液分离器内部壁面,提升气液分离效果,保证了流经检测排管的尾排气的流量气体浓度检测要求。
作为本实施例的一个优选方案,请参阅图1所示,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括第一湿压一体传感器9,第一湿压一体传感器9装设于检测排管3上,且位于加热器8和H2浓度探头10之间,用于检测经加热器8加热处理后的尾排气的湿度及压力大小,以判断此时尾排气的湿度及压力大小是否满足气体浓度测试要求,并相应的调整气体泵6和气液分离器7 及加热器8的功率大小。
作为本实施例的一个优选方案,请参阅图1所示,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括O2浓度探头11和CO2浓度探头12, O2浓度探头11装设于检测排管3的远端,且位于H2浓度探头10的下游位置。而CO2浓度探头12装设于检测排管3的远端,且位于O2浓度探头11的下游位置。通过H2浓度探头10、O2浓度探头11和CO2浓度探头12实时检测尾排气中的氢气、氧气和副反应产物CO2的浓度大小。
作为本实施例的一个优选方案,请参阅图1所示,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括单向阀13,单向阀13装设于检测排管 3的远端,且位于CO2浓度探头12的下游位置,防止尾气倒流,或外界空气或主尾排管2中尾排气进入检测排管3中,影响气体浓度检测的精准度。
作为本实施例的一个优选方案,请参阅图1所示,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括排水电磁阀14,排水电磁阀14装设于气液分离器7的排水管上,且分别于气液分离器7下部的高液位计和低液位计电连接。当气液分离器7内经气液分离后的水积聚至高液位计时,排水电磁阀14 开启,将气液分离器7内积聚的水排出;当气液分离器7内经气液分离后的水位降低至低液位计时,排水电磁阀14关闭。
实施例二
由于燃料电池堆氢气出口或燃料电池发动机尾排出口排出的尾排气温度一般50-70℃,对于大流量的尾排气,需对流经检测排管3的尾排气进行降温处理,以提高后续气液分离器7的气液分离效率。
请参阅图2所示,与上述实施例1不同的是,本实施例提供的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括散热器16,散热器16的进冷却液口和出冷却液口分别连接气液分离器7的上部,用于调节流经气液分离器7的尾排气的温度,从而调节尾排气体各温度下的湿度。采用散热器16对流经气液分离器7的尾排气进行降温,进一步去除尾排气中的水分及杂质,大大提高了气液分离器7的分离效率。
作为本实施例的一个优选技术方案,请参阅图2所示,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括变频泵17和第二湿压一体传感器 18,变频泵17设置于散热器16与气液分离器7之间的排气管道上;第二湿压一体传感器18设置于排气管道上,位于变频泵17的下游,且于变频泵17电连接。采用变频泵17可根据检测的湿度计压力大小,实现散热效率的变频控制,温湿度控制精准高,自动化程度高。
此外,作为本实施例的一个优选方案,请继续参阅图2所示,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还包括开度调节阀15,开度调节阀15装设于尾气排出口1上,用于调节流经主尾排管2和检测排管3的尾排气的流量。
具体地,在氢燃料电池电堆或燃料电池发动机的尾气排出口1排出的尾排气流量一定的情况下,开度调节阀15的开启度越大,流经主尾排管2的尾排气流量相对越大,相应地,流经检测排管3的尾排气的流量则越小。基于此原理,可灵活控制开度调节阀15的开度大小,控制流经检测排管3的尾排气的流量,有效保证了流经检测排管的尾排气流量在一定范围内,进一步保证检测精度;且其结构设计简单,对现有设备尾气排出口1的改造成本低,使用灵活方便。
作为本实施例二和实施例一的一个优选技术方案,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上还包括控制单元,控制单元为汽车控制器或独立的控制器,控制单元分别与开关电磁阀4、气体泵6、气液分离器7、加热器8和H2浓度探头10电连接,用于实时接收各传感器及检测探头采集的温湿度计气体浓度数据,并进行处理分析,并控制相应电磁阀及执行单元运行及调整功率大小,以使待输出的待测尾排气满足各检测探头的测试要求。
作为本实施例二和实施例一的一个优选技术方案,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置上还包括存储单元,存储单元为存储器,用于存储各传感器及检测探头采集的温湿度计气体浓度数据,为历史试验数据的查询和分析提供冗余的数据保障,满足了燃料电池测试平台多功能化试验需求。
本实用新型提供的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,主要包括三种使用场景,其一,若接燃料电池堆氢气出口,主要检测阴极渗透到阳极的氧气和副反应产物CO2浓度;其二,若接燃料电池堆空气出口,主要检测阳极渗透到阴极的氢气、未反应氧气和副反应产物CO2浓度;其三,接燃料电池发动机出口,一般电堆氢气出口和空气出口混合,主要检测尾排氢气、未反应氧气和副反应产物CO2浓度。
此外,该氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置还可根据实际需求更换不同类型的气体检测探头,从而检测不同的气体成分及浓度,硬件设备更换操作简单。且其检测精准度高,使用灵活性较高,且安全可靠,可匹配集成在不同功率的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机中使用,具备良好的集成通用性、环境适应性和功能稳定性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,包括分别与所述氢燃料电池电堆或燃料电池发动机的尾气排出口(1)连接的主尾排管(2)和检测排管(3),其中:
所述检测排管(3)上自近端至远端依次设置有开关电磁阀(4)、气体泵(6)、气液分离器(7)、加热器(8)和H2浓度探头(10);且所述检测排管(3)的远端和所述气液分离器(7)的排水管分别连通所述主尾排管(2)的远端。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
湿度传感器(5),所述湿度传感器(5)装设于所述检测排管(3)上,且位于所述开关电磁阀(4)和气体泵(6)之间;
第一湿压一体传感器(9),所述第一湿压一体传感器(9)装设于所述检测排管(3)上,且位于所述加热器(8)和H2浓度探头(10)之间。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
O2浓度探头(11),所述O2浓度探头(11)装设于所述检测排管(3)的远端,且位于所述H2浓度探头(10)的下游位置。
4.根据权利要求3所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
CO2浓度探头(12),所述CO2浓度探头(12)装设于所述检测排管(3)的远端,且位于所述O2浓度探头(11)的下游位置。
5.根据权利要求4所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
单向阀(13),所述单向阀(13)装设于所述检测排管(3)的远端,且位于所述CO2浓度探头(12)的下游位置。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
排水电磁阀(14),所述排水电磁阀(14)装设于所述气液分离器(7)的排水管上,且分别于所述气液分离器(7)下部的高液位计和低液位计电连接;
开度调节阀(15),所述开度调节阀(15)装设于所述尾气排出口(1)上,用于调节流经所述主尾排管(2)和所述检测排管(3)的尾排气的流量。
7.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
散热器(16),所述散热器(16)的进冷却液口和出冷却液口分别连接所述气液分离器(7)的上部,用于调节流经所述气液分离器(7)的尾排气的温度。
8.根据权利要求7所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
变频泵(17),所述变频泵(17)设置于所述散热器(16)与所述气液分离器(7)之间的排气管道上;和
第二湿压一体传感器(18),所述第二湿压一体传感器(18)设置于所述排气管道上,位于所述变频泵(17)的下游,且于所述变频泵(17)电连接。
9.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,还包括:
控制单元,所述控制单元分别与所述开关电磁阀(4)、气体泵(6)、气液分离器(7)、加热器(8)和H2浓度探头(10)电连接。
10.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆或燃料电池发动机尾排气体在线检测装置,其特征在于,所述尾气排出口(1)为燃料电池堆氢气出口、燃料电池堆空气出口或燃料电池发动机出口。
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