本发明专利技术公开了一种燃料电池实验台安全控制系统，主要包括氢气罐、空气瓶、燃料电池、测量仪表、数据采集及处理系统等。还公开了上述系统的工作方法。本发明专利技术对燃料电池进气气体的某单一参数进行改变，同时保持其余参数不变的情况下对燃料电池性能多次进行测试，从而得出被测燃料电池堆的最优工作参数。通过本发明专利技术的燃料电池实验台安全控制系统及其工作方法，可以进行燃料电池的单一参数变化测试，安全稳定地测得燃料电池在改变某单一变量的情况下的性能参数，借以更全面了解被测燃料电池的性能。并且此测试反应后只生成水，不含有任何污染物，实现了污染物零排放。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池实验台安全控制系统及其工作方法。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为直流电的电化学能量转换器。燃料电池以氢气和空气为燃料，反应后生成水，无污染且可循环利用。它不经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，能量转化效率高(40％-60％)。燃料电池可以是理想的全固态机械结构，该系统具有高可靠性和长寿命，由于没有移动部件，意味着燃料电池非常安静。正因为燃料电池具有以上优点，所以它可作为汽车内燃机的替代产品，也可应用于小型集中供电或分散式供电系统中，是绿色环保能源，极具发展潜力和应用前景。根据电池所用电解质的不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、聚合物电解质膜或质子交换膜燃料电池、磷酸盐燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池五类。其中质子交换膜燃料电池可在低温工作，并且具有较高的功率密度,所以在应用上很有吸引力。在燃料电池单一参数对性能影响的测试中，需要多次测量，目的是要减小其他因素对实验结果的影响。专利(CN201210028345)给出的燃料电池堆控制系统中，各个参数在发生改变时没有进行反馈调节，这样在改变其中某一参数时，其他参数也可能随之发生变化，这样会造成很大的误差。并且该专利(CN201210028345)的安全装置设计不够合理，若一出现问题就立即停止工作，会造成电池堆内部有反应气体残余，将对实验设备造成损坏，更严重的是会对实验人员的安全构成重大威胁，安全性亟待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了全面高效测试质子交换膜燃料电池的动态性能，在改变某单一变量(如压力、湿度、温度)的同时控制其他影响因素(主要是压力、湿度、温度)不变的情况下对燃料电池堆进行一系列测量，进而分析某单一参数改变对燃料电池性能的影响，进而找出燃料电池性能最佳时的各个参数的取值。同时，在实验台系统中加入了氮气吹扫装置，能够有效保障实验设备和实验人员的安全。本专利技术提供了一种燃料电池实验台安全控制系统，主要包括氢气罐1、电控开关阀一2、过滤器一3、电控减压阀一4、流量计一5、电控开关阀二6、电控开关阀三7、加湿器一8、数据采集及处理系统9、氮气瓶10、电控开关阀四11、手动排水阀一12、废水收集器一13、过滤器二14、去离子储水罐一15、质子交换膜燃料电池16、空气瓶17、电控开关阀五18、过滤器三19、电控减压阀二20、流量计二21、电控开关阀六22、电控开关阀七23、加湿器二24、手动排水阀二25、废水收集器二26、过滤器四27、去离子储水罐二28、背压阀29、储水罐30、手动排水阀三31、废水收集器三32、电压表33、湿度计34、温度计35。氢气罐1经电控开关阀一2连接过滤器一3。氮气瓶10经电控开关阀四11连接在电控开关阀一2与过滤器一3之间。过滤器一3依次经过电控减压阀一4、流量计一5，再分别经过电控开关阀二6、电控开关阀三7连接至加湿器一8。质子交换膜燃料电池16的阳极进气通道连接在电控开关阀二6和加湿器一8之间的管路上。质子交换膜燃料电池16与数据采集及处理系统9之间连接有电压表33、湿度计34和温度计35。空气瓶17经电控开关阀五18连接过滤器三19。过滤器三19依次经过电控减压阀二20、流量计二21，再分别经过电控开关阀六22、电控开关阀七23连接至加湿器二24。质子交换膜燃料电池16的阴极进气通道连接在电控开关阀六22和加湿器二24之间的管路上。废水收集器一13经手动排水阀一12连接在加湿器一8上。去离子储水罐一15经过滤器二14连接在加湿器一8上。废水收集器二26经手动排水阀二25连接在加湿器二24上。去离子储水罐二28经过滤器四27连接在加湿器二24上。质子交换膜燃料电池16另依次经过背压阀29、储水罐30、手动排水阀三31与废水收集器三32连接。本专利技术还提供了前述一种燃料电池实验台反馈调节系统的工作方法：改变气体压力、湿度或温度中的某一变量，保持其他变量不变；气体经湿度控制装置控制湿度后进入燃料电池；气体进入燃料电池充分反应排出后，对水气进行分离处理，再对气体各个参数进行测量；最后在数据采集及处理系统进行汇总分析；在燃料电池反应区温度超过预定值时，或者实验台系统运行过程中发现电压为负值时，通过氮气对燃料电池反应区内的气体进行吹扫。本专利技术对燃料电池进气气体的某单一参数进行改变，同时保持其余参数不变的情况下对燃料电池性能多次进行测试，从而得出被测燃料电池堆的最优工作参数。通过本专利技术的燃料电池实验台反馈调节系统及其工作方法，可以进行燃料电池的单一参数变化测试，安全稳定地测得燃料电池在改变某单一变量的情况下的性能参数，借以更全面了解被测燃料电池的性能。并且此测试反应后只生成水，不含有任何污染物，实现了污染物零排放。本专利技术另外一个关键的地方在于对系统安全的考虑，通过对反应电压和电堆温度的实时监控，实现对电池安全运行的保障，一旦出现问题，保护装置立即作用，进而保障实验设备和实验人员的安全。附图说明图1是本专利技术燃料电池实验台安全控制系统的总体方案流程图，图中：1-氢气罐，2-电控开关阀一，3-过滤器一，4-电控减压阀一，5-流量计一，6-电控开关阀二，7-电控开关阀三，8-加湿器一，9-数据采集及处理系统，10-氮气瓶，11-电控开关阀四，12-手动排水阀一，13-废水收集器一，14-过滤器二，15-去离子储水罐一，16-质子交换膜燃料电池，17-空气瓶，18-电控开关阀五，19-过滤器三，20-电控减压阀二，21-流量计二，22-电控开关阀六，23-电控开关阀七，24-加湿器二，25-手动排水阀二，26-废水收集器二，27-过滤器四，28-去离子储水罐二，29-背压阀，30-储水罐，31-手动排水阀三，32-废水收集器三，33-电压表，34-湿度计，35-温度计。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术的一种燃料电池实验台安全控制系统，主要包括氢气罐1、电控开关阀一2、过滤器一3、电控减压阀一4、流量计一5、电控开关阀二6、电控开关阀三7、加湿器一8、数据采集及处理系统9、氮气瓶10、电控开关阀四11、手动排水阀一12、废水收集器一13、过滤器二14、去离子储水罐一15、质子交换膜燃料电池16、空气瓶17、电控开关阀五18、过滤器三19、电控减压阀二20、流量计二21、电控开关阀六22、电控开关阀七23、加湿器二24、手动排水阀二25、废水收集器二26、过滤器四27、去离子储水罐二28、背压阀29、储水罐30、手动排水阀三31、废水收集器三32、电压表33、湿度计34、温度计35。上述各部件之间的具体连接关系描述如下。本专利技术的氢气罐1经电控开关阀一2连接过滤器一3。氮气瓶10经电控开关阀四11连接在电控开关阀一2与过滤器一3之间。过滤器一3依次经过电控减压阀一4、流量计一5，再分别经过电控开关阀二6、电控开关阀三7连接至加湿器一8。其中电控开关阀二6控制氢气进入质子交换膜燃料电池16阳极的不加湿通路，电控开关阀三7控制氢气进入质子交换膜燃料电池16阳极的加湿通路。废水收集器一13经手动排水阀一12连接在加湿器一8上。去离子储水罐一15经过滤器二14连接在加湿器一8上。质子交换膜燃料电池16的阳极进气通道连接在电控开关阀二6和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池实验台安全控制系统，其特征在于：主要包括氢气罐(1)、电控开关阀一(2)、过滤器一(3)、电控减压阀一(4)、流量计一(5)、电控开关阀二(6)、电控开关阀三(7)、加湿器一(8)、数据采集及处理系统(9)、氮气瓶(10)、电控开关阀四(11)、手动排水阀一(12)、废水收集器一(13)、过滤器二(14)、去离子储水罐一(15)、质子交换膜燃料电池(16)、空气瓶(17)、电控开关阀五(18)、过滤器三(19)、电控减压阀二(20)、流量计二(21)、电控开关阀六(22)、电控开关阀七(23)、加湿器二(24)、手动排水阀二(25)、废水收集器二(26)、过滤器四(27)、去离子储水罐二(28)、背压阀(29)、储水罐(30)、手动排水阀三(31)、废水收集器三(32)、电压表(33)、湿度计(34)、温度计(35)；氢气罐(1)经电控开关阀一(2)连接过滤器一(3)；氮气瓶(10)经电控开关阀四(11)连接在电控开关阀一(2)与过滤器一(3)之间；过滤器一(3)依次经过电控减压阀一(4)、流量计一(5)，再分别经过电控开关阀二(6)、电控开关阀三(7)连接至加湿器一(8)；质子交换膜燃料电池(16)的阳极进气通道连接在电控开关阀二(6)和加湿器一(8)之间的管路上；质子交换膜燃料电池(16)与数据采集及处理系统(9)之间连接有电压表(33)、湿度计(34)和温度计(35)；空气瓶(17)经电控开关阀五(18)连接过滤器三(19)；过滤器三(19)依次经过电控减压阀二(20)、流量计二(21)，再分别经过电控开关阀六(22)、电控开关阀七(23)连接至加湿器二(24)；质子交换膜燃料电池(16)的阴极进气通道连接在电控开关阀六(22)和加湿器二(24)之间的管路上。...
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池实验台安全控制系统，其特征在于：主要包括氢气罐(1)、电控开关阀一(2)、过滤器一(3)、电控减压阀一(4)、流量计一(5)、电控开关阀二(6)、电控开关阀三(7)、加湿器一(8)、数据采集及处理系统(9)、氮气瓶(10)、电控开关阀四(11)、手动排水阀一(12)、废水收集器一(13)、过滤器二(14)、去离子储水罐一(15)、质子交换膜燃料电池(16)、空气瓶(17)、电控开关阀五(18)、过滤器三(19)、电控减压阀二(20)、流量计二(21)、电控开关阀六(22)、电控开关阀七(23)、加湿器二(24)、手动排水阀二(25)、废水收集器二(26)、过滤器四(27)、去离子储水罐二(28)、背压阀(29)、储水罐(30)、手动排水阀三(31)、废水收集器三(32)、电压表(33)、湿度计(34)、温度计(35)；氢气罐(1)经电控开关阀一(2)连接过滤器一(3)；氮气瓶(10)经电控开关阀四(11)连接在电控开关阀一(2)与过滤器一(3)之间；过滤器一(3)依次经过电控减压阀一(4)、流量计一(5)，再分别经过电控开关阀二(6)、电控开关阀三(7)连接至加湿器一(8)；质子交换膜燃料电池(16)的阳极进气通道连接在电控开关阀二(6)和加湿器一(8)之间的管路上；质子交换膜燃料电池(16)与数据采集及处理系统(9)之间连接有电压表(33)、湿度计(34)和温度计(35)；空气瓶(17)经电控开关阀五(18)连接过滤器三(19)；过滤器三(19)依次经过电控减压阀二(20)、流量计二...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永峰，樊磊，姚圣卓，裴普成，秦建军，陈红兵，金涛涛，王方，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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