阅读说明：本技术 一种封闭容器的除氢系统 (Dehydrogenation system of closed container ) 是由 俞高伟 申鹏 韩峰 张辉 吴珂科 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种封闭容器的除氢系统,属于安全生产技术领域。包括封闭容器、燃料电池氢气侧出口电磁阀、燃料电池氢气侧出口压力传感器、氢燃料电池、鼓风机、氢泵、燃料电池氢气侧入口电磁阀、封闭容器压力传感器和电气控制系统；本发明利用氢燃料电池反应氢气的能力设计了旨在解决封闭系统氢气积聚问题的除氢系统。本发明可以根据封闭容器内部氢气浓度的变化,实时调整除氢系统的运行状态,只要浓度超过警告值,就可以打开系统消除氢气,直至容器内氢气浓度降至安全范围内,有效降低容器内由于氢气积聚带来的安全风险,有利于封闭的电化学系统安全稳定运行。(The invention relates to a dehydrogenation system of a closed container, belonging to the technical field of safe production. The system comprises a closed container, a fuel cell hydrogen side outlet electromagnetic valve, a fuel cell hydrogen side outlet pressure sensor, a hydrogen fuel cell, a blower, a hydrogen pump, a fuel cell hydrogen side inlet electromagnetic valve, a closed container pressure sensor and an electric control system; the invention designs a dehydrogenation system aiming at solving the problem of hydrogen accumulation of a closed system by utilizing the capability of a hydrogen fuel cell for reacting hydrogen. The invention can adjust the running state of the dehydrogenation system in real time according to the change of the hydrogen concentration in the closed container, and can open the system to eliminate hydrogen as long as the concentration exceeds the warning value until the hydrogen concentration in the container is reduced to a safe range, thereby effectively reducing the safety risk caused by hydrogen accumulation in the container and being beneficial to the safe and stable running of the closed electrochemical system.)

一种封闭容器的除氢系统

技术领域

本发明涉及一种封闭容器的除氢系统，属于安全生产技术领域。

背景技术

在电化学工业领域，相关的生产运行时，除了得到需要的物质或实现必须的功能之外，还会发生很多副反应，其中析氢反应是一种必须引起重视的反应类型；该反应的产物氢气可燃可爆，如果是在封闭系统内发生析氢反应，将会有不断产生的氢气逐渐积累，并形成安全隐患，使封闭系统承担较大的安全与经济风险。因此在可能会发生析氢反应的电化学工业生产过程中，如何除去不断产生的并积累的氢气，降低系统运行风险具有十分重要的意义。会发生析氢反应的电化学工业系统中，比较典型的是金属沉积反应系统和电池系统。以电池系统为例，电池进行充电储蓄能量的过程中，充电反应会析出一定的氢气，如果电池系统是一个封闭系统，整个系统即可以等效为不断发生析氢反应的封闭容器，当容器中贮存的氢气浓度达到一定的程度时，就会形成安全隐患，危及整个电池系统的安全运行，如果封闭系统内氢气不能及时有效的得到处理，系统将会承受巨大的安全风险及经济风险。目前针对封闭系统内氢气积聚的问题，采取的措施多为使用氮气吹扫，以降低容器内氢气浓度，这种方法对氮气的损耗较大，且容器内部氢气浓度不易监测，只能定期吹扫，会造成较大的浪费。另外，也有方法将封闭容器内气相空间直接抽离排放至大气环境稀释，这样处理会将电化学系统产生的其他污染气体也一并排入大气，造成较大的空气污染和物质的浪费。所以目前可以采取的措施都有一定的缺陷，针对封闭系统氢气积聚的问题，本技术领域需要一种成本低、方便控制且能高效环保的消除氢气的系统。

发明内容

本发明的目的是为解决如何采用一种成本低、方便控制且能高效环保地消除封闭系统内氢气的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种封闭容器的除氢系统，包括封闭容器、燃料电池氢气侧出口电磁阀、燃料电池氢气侧出口压力传感器、氢燃料电池、鼓风机、氢泵、燃料电池氢气侧入口电磁阀、封闭容器压力传感器和电气控制系统；所述封闭容器通过氢泵与氢燃料电池连接，氢燃料电池再通过燃料电池氢气侧出口电磁阀与封闭容器连接；所述氢燃料电池设有鼓风机，鼓风机一端设有空气进口端，氢燃料电池设有空气出口端；封闭容器设有封闭容器压力传感器；封闭容器与氢泵之间设有燃料电池氢气侧入口电磁阀；氢燃料电池与燃料电池氢气侧出口电磁阀之间设有燃料电池氢气侧出口压力传感器；所述电气控制系统与鼓风机、氢泵、燃料电池氢气侧出口电磁阀、燃料电池氢气侧出口压力传感器、燃料电池氢气侧入口电磁阀和封闭容器压力传感器连接。

优选地，所述封闭容器与燃料电池氢气侧出口电磁阀之间设有球阀；所述封闭容器中设有温度传感器；封闭容器中设有液位传感器。

优选地，所述氢泵设有防爆功能组件。

优选地，所述封闭容器压力传感器通过电气控制系统与氢泵连接，控制封闭容器内压力处于微正压状态；所述燃料电池氢气侧出口压力传感器通过电气控制系统与燃料电池氢气侧出口电磁阀连接。

优选地，所述封闭容器中设有根据燃料电池产生电能的值结合电化学系统析氢反应产生的氢气量，再根据封闭容器压力、温度情况，分析计算得到封闭容器内氢气浓度的封闭容器内氢气浓度分析模块。

优选地，所述氢燃料电池中心电极的空气侧间隙中设有用于检测氢燃料电池温度的测温电阻。

优选地，所述电气控制系统包括PLC控制模块、测温电阻、脉宽调制(PWM)调速器、鼓风机和封闭容器内氢气浓度分析模块；所述测温电阻、PWM调速器和封闭容器内氢气浓度分析模块与PLC控制模块连接；所述PLC控制模块连接氢泵和鼓风机电源控制部分；所述测温电阻通过PLC控制模块与鼓风机设有的用于控制鼓风机转速的PWM调速器连接。

优选地，所述封闭容器内氢气浓度分析模块和封闭容器压力传感器连接；封闭容器内氢气浓度分析模块通过PLC控制模块与燃料电池氢气侧出口电磁阀、氢燃料电池、鼓风机、氢泵和燃料电池氢气侧入口电磁阀连接。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1.本发明实现了对电化学反应系统封闭容器内氢气浓度实时监测并根据浓度情况消除部分氢气，使浓度保持在安全范围内，提高了封闭系统运行的安全性。

2.本发明在结构工艺上对原有的用于生产的封闭系统的改动较小，安装成本较低，除氢过程自动化程度较高，无需人为干预，除氢效果较好，对于容易产生氢气积聚的封闭系统是一个比较好的选择。

附图说明

图1为本发明的封闭容器除氢系统工艺流程图；

图中箭头所示为管道介质流向；

图2为本发明除氢系统电气部分原理图；

图3为本发明除氢系统连锁控制逻辑示意图；

附图标记：1.封闭容器；2.温度传感器；3.球阀；4.燃料电池氢气侧出口电磁阀；5.燃料电池氢气侧出口压力传感器；6.氢燃料电池；7.鼓风机；8.氢泵；9.燃料电池氢气侧入口电磁阀；10.封闭容器压力传感器；11.液位传感器；

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-3所示，本发明提供一种封闭容器的除氢系统，包括封闭容器1、燃料电池氢气侧出口电磁阀4、燃料电池氢气侧出口压力传感器5、氢燃料电池6、鼓风机7、氢泵8、燃料电池氢气侧入口电磁阀9、封闭容器压力传感器10和电气控制系统；封闭容器1通过氢泵8与氢燃料电池6连接，氢燃料电池6再通过燃料电池氢气侧出口电磁阀4与封闭容器1连接；氢燃料电池6设有鼓风机7，鼓风机7一端设有空气进口端，氢燃料电池6设有空气出口端；封闭容器1设有封闭容器压力传感器10；封闭容器1与氢泵8之间设有燃料电池氢气侧入口电磁阀9；氢燃料电池6与燃料电池氢气侧出口电磁阀4之间设有燃料电池氢气侧出口压力传感器5；电气控制系统与鼓风机7、氢泵8、燃料电池氢气侧出口电磁阀4、燃料电池氢气侧出口压力传感器5、燃料电池氢气侧入口电磁阀9和封闭容器压力传感器10连接。封闭容器1与燃料电池氢气侧出口电磁阀4之间设有球阀3；封闭容器1中设有温度传感器2；封闭容器1中设有液位传感器11。氢泵8设有防爆功能组件。封闭容器压力传感器5通过电气控制系统与氢泵8连接，控制封闭容器1内压力为微正压状态；燃料电池氢气侧出口压力传感器5通过电气控制系统与燃料电池氢气侧出口电磁阀4连接。封闭容器1中设置有可以根据燃料电池产生电能的值结合电化学系统析氢反应产生的氢气量，再根据封闭容器压力、温度情况，分析计算得到封闭容器内氢气浓度的封闭容器内氢气浓度分析模块。氢燃料电池6中心电极的空气侧间隙中设置有用于检测氢燃料电池温度的测温电阻。电气控制系统包括PLC控制模块、测温电阻、PWM调速器、鼓风机7和封闭容器内氢气浓度分析模块；测温电阻、PWM调速器和封闭容器内氢气浓度分析模块与PLC控制模块连接；PLC控制模块连接氢泵8和鼓风机7的电源控制部分；测温电阻通过PLC控制模块与鼓风机7设有的用于控制鼓风机转速的PWM调速器连接。封闭容器内氢气浓度分析模块和封闭容器压力传感器10连接；封闭容器内氢气浓度分析模块通过PLC控制模块与燃料电池氢气侧出口电磁阀4、氢燃料电池6、鼓风机7、氢泵8和燃料电池氢气侧入口电磁阀9连接。

本发明的目的是为解决封闭系统内因析氢反应导致氢气积聚，产生安全风险，却缺乏成本低、方便控制且能高效环保的除氢系统的技术问题。为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是提供一种高效环保的除氢系统，包括工艺管路部分和电气控制部分；工艺管路部分包括氢泵8、鼓风机7、氢燃料电池6、压力传感器5和10、电磁阀4和9、球阀3以及代表封闭系统的封闭容器1；氢泵8要求具有防爆功能；氢燃料电池6为消除氢气的主要部件，可根据电池产生的电能估算消耗掉的氢气量，从而判断封闭容器1内部氢气浓度是否满足安全要求；压力传感器包括两个，其一压力传感器10位于封闭容器顶部测量容器内部气相压力，其二压力传感器5位于氢燃料电池氢气侧出口和电磁阀之间，测量燃料电池内压；封闭容器顶部压力传感器10与氢泵8的运行状态进行连锁设计，保证容器内压力为微正压状态；燃料电池氢气侧出口压力传感器5要求与电磁阀4进行连锁设计，共同判断电磁阀4的开关状态；电气控制部分包括PLC控制模块、pt100测温电阻、PWM调速器、氢燃料电池鼓风机、负载电阻以及封闭容器内氢气浓度分析模块；PLC控制模块为氢泵8及鼓风机7电源控制部分；pt100测温电阻安装在氢燃料电池6中心电极的空气侧间隙中，且要求保证一定的***深度，检测氢燃料电池温度；PWM调速器为鼓风机7的转速控制器，根据氢燃料电池6温度改变驱动脉冲占空比，从而改变鼓风机7转速；鼓风机7要求可调节鼓风量，与测温电阻的温度反馈值进行连锁；封闭容器1内氢气浓度分析模块需根据燃料电池产生电能的值结合电化学系统析氢反应产生的氢气量，再根据容器1压力、温度情况，分析计算得到容器内氢气浓度；要求封闭容器1内氢气浓度分析模块与容器上压力传感器10、氢泵8以及氢燃料电池6、鼓风机7进行连锁，保证容器内氢气浓度降至安全浓度范围内时，停止氢燃料电池6运行，关闭氢泵8、鼓风机7以及各电磁阀4和9。要求鼓风机7转速与氢燃料电池6温度闭环反馈关系，避免电池温度过高而散热不及时，避免过度散热而使氢燃料电池6温度过低。

如图1所示，为本发明提供的除氢系统工艺流程图。除氢系统安装在发生析氢反应的封闭系统的气相空间管路上。氢燃料电池6通过氢泵8不断的从封闭容器1顶部抽取氢气反应，并根据燃料电池出口压力传感器5状态，调整电磁阀4的开关状态，将反应产物送回封闭容器1内部。氢燃料电池6空气侧从环境中抽取氧气，并将产物直接排放至环境中。

如图2所示为除氢系统电气部分原理图。测温电阻安装在燃料电池中心电极的空气侧间隙中，且保证一定的***深度，使氢燃料电池1测温准确；鼓风机7需根据测温电阻的反馈值调整鼓风量大小；氢燃料电池6在停止运行时，继续保持鼓风机7运行一段时间，保证将燃料电池内1的氢气消耗干净，且调整电磁阀4和9为关闭状态。

如图3所示为除氢系统各部分元件连锁控制逻辑图。所述控制逻辑主要包括三个，其一是根据封闭容器压力传感器10状态调整氢泵8运行状态，保证封闭容器1内为微正压；其二是根据燃料电池氢气侧出口压力传感器5状态调整燃料电池氢气侧出口电磁阀4开关状态，保证燃料电池6将吸入的氢气充分反应，提高效率；其三是根据封闭容器1内氢气浓度分析模块给出的氢气浓度状态，调整整个除氢系统的运行状态，包括氢燃料电池6、氢泵8、鼓风机7、电磁阀4以及9的状态。

本发明主要利用氢燃料电池6反应氢气的能力设计了旨在解决封闭系统氢气积聚问题的除氢系统。本发明可以根据封闭容器1内部氢气浓度的变化，实时调整除氢系统的运行状态，只要浓度超过警告值，就可以打开系统消除氢气，直至容器内氢气浓度降至安全范围内，有效降低容器内由于氢气积聚带来的安全风险，有利于封闭的电化学系统安全稳定运行。

本发明旨在解决封闭系统氢气积聚问题的除氢系统，将氢燃料电池应用于封闭系统内封闭容器的氢气消除工作，除氢系统的工艺管路具体组件包括氢燃料电池、氢泵、鼓风机、电磁阀、压力传感器、温度传感器以及球阀；在电气控制部分包括PLC控制模块、pt100测温电阻、PWM调速器、氢燃料电池鼓风机、负载电阻以及氢气浓度分析模块。PLC控制模块和测温电阻的主要作用包括三个，其一根据测得的氢燃料电池堆温度，控制鼓风机的鼓风量，保持燃料电池的除氢效率；其二当燃料电池启动运行时，逐步增加负载能力，有效延长燃料电池使用寿命；其三当燃料电池结束除氢工作时，需先停止氢泵以及关闭燃料电池氢气侧出口电磁阀，并适当延长鼓风机的工作时间，将燃料电池内的氢气消耗干净，最后关闭鼓风机，停止除氢系统的运行。封闭容器内氢气分析模块，可通过容器内气相的压力、温度、封闭系统析氢反应产生的氢气量、容器内液相液位以及除氢系统运行时产生的电能换算分析得到氢气的浓度，并在浓度过高时作出报警提示，为除氢系统的正常运行及停止提供指导。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。