本发明专利技术公开了一种基于燃料电池的热值测量装置及方法，涉及燃料电池热值测量技术领域，通过将样品气体通入燃料电池组件中，经过电化学反应将燃料热值转化为燃料电池的电压信号或负载的电流信号，建立电信号与燃料的热值关系模型，从而获得燃料的热值。本发明专利技术采用燃料电池原理进行天然气热值测量，体积小成本低，使用方式灵活，既可以固定使用，亦可便携使用，实现天然气的连续测量，对热值变化更灵敏，相比于间断测量精度更高。本发明专利技术免维护且对使用人员没有技术水平要求，有利于大范围推广使用，不仅适用于天然气，还可以用于测量其他任意气体燃料的热值。意气体燃料的热值。意气体燃料的热值。
【技术实现步骤摘要】
一种基于燃料电池的热值测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及燃料电池热值测量
，更具体的说是涉及一种基于燃料电池的热值测量装置及方法。
技术介绍
[0002]天然气能量的测定按照测量方式可分为直接测定和间接测定两种；其中直接测定法是指通过以一定流量的天然气在过量的空气中燃烧后，测量其燃烧过程所释放出的能量，直接得到其热值。直接测定法辅助系统复杂，不便于携带，且测定的参数相对较多，引起误差偏大。间接测定法是指通过测定天然气气质组分或相关物性参数，再通过化学计量或关联计算的方法得到的热值，间接测试方法的主要误差来源于关联计算算法的精确度。
[0003]目前天然气热值分析普遍采用气相色谱仪进行测量，价格较高，分析仪及辅助系统体积较大，需要定期进行标气校准，且仅适用于已标定的含有特定组分的样品气体。此外要求操作维护人员具有一定的技术水平，方可进行正常的测试和维护，分析一个样品需要15～30分钟左右，分析时间较长，无法实现实时的采样分析。在不具备同等计量条件的小微企业、家庭等低压天然气用户端，仍然缺乏相应的天然气能量计量设备。
[0004]因此，提出一种基于燃料电池的热值测量装置及方法，降低热值表成本，降低使用人员的准入水平，免除维护，实现热值的实时测量，满足小微用户对于低成本的免维护能量计量表的需求，同时保证较高的测量精度是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于燃料电池的热值测量装置及方法，降低热值表成本，降低使用人员的准入水平，免除维护，实现热值的实时测量，满足小微用户对于低成本的免维护能量计量表的需求，同时保证较高的测量精度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于燃料电池的热值测量装置，包括：取样管路、氮气吹扫管路、空气管路、燃料电池组件、控制单元和负载，所述燃料电池组件由依次连接的阴极、质子交换膜和阳极组成，所述阴极与空气管路连通，所述阳极分别连通取样管路和氮气吹扫管路，所述负载一端与阴极连接，另一端与阳极连接，所述控制单元分别控制连接取样管路、氮气吹扫管路和空气管路，所述控制单元和负载信号连接，监测负载的电压电流信号。
[0007]可选的，所述取样管路一端连通样本气体，另一端连通阳极，所述取样管路上依次设置过滤器、取样隔离阀、减压阀、流量孔板和截止阀。
[0008]可选的，所述氮气吹扫管路一端通过氮气吹扫管路截止阀连接氮气瓶或制氮机，另一端连通阳极。
[0009]可选的，所述空气管路一端与进气风机连接，另一端与阴极连通。
[0010]可选的，所述负载为精密电阻，所述负载上并联电压表，监测负载的电压值；所述负载上串联电流表，监测负载的电流值。
[0011]可选的，还包括排气口和疏水口，所述排气口与阴极连通，将剩余空气进行排放；所述疏水口与阳极连通，将反应生成的液体和未反应废气及时排出。
[0012]可选的，一种基于燃料电池的热值测量方法，包括：
[0013]开启氮气吹扫管路截止阀，在每次测量前通过氮气吹扫管路对阳极进行吹扫，吹扫阳极n秒后关闭；
[0014]开启进气风机，向阴极通入空气，建立阴极风压不小于50kpa；
[0015]打开截止阀供入样品气体，样品气体压力大于70kpa，进行连续测量；
[0016]将样品气体通入燃料电池组件中，经过电化学反应转化为电压信号和电流信号，建立电信号与燃料的热值关系模型，根据热值关系模型计算燃料的热值。
[0017]可选的，所述阳极分别与取样管路、氮气吹扫管路相连接，未反应废气和反应生成的液体经疏水口排空，所述阴极与空气管路相连接，剩余空气经排气口排空。
[0018]可选的，所述截止阀、氮气吹扫管路截止阀和进气风机均与控制单元信号连接；所述控制单元分别控制截止阀、氮气吹扫管路截止阀和进气风机的开关，接收燃料电池组件的电压及负载的电流信号，并转化成热值计算值输出。
[0019]可选的，所述电信号与燃料的热值关系模型为：
[0020][0021]其中，Q为天然气热值，φ为燃料电池效率修正系数，与环境温度有关，U为负载电压，I为负载电流，η为燃料电池发电效率，F为样品气体瞬时流量，C为常数，设定为校准偏置。
[0022]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于燃料电池的热值测量装置及方法，具有如下有益效果：
[0023]本专利技术采用燃料电池原理进行天然气热值测量，体积小成本低，使用方式灵活，既可以固定使用，亦可便携使用，可以实现天然气的连续测量，对热值变化更灵敏，相比于间断测量精度更高。本专利技术免维护且对使用人员没有技术水平要求，有利于大范围推广使用。不仅适用于天然气，还可以用于测量其他任意气体燃料的热值。
[0024]本专利技术中进气管路由过滤器，取样隔离阀，减压阀，流量孔板以及由控制单元控制的截止阀组成，实现对样品气体的流量和压力进行调节，并保证气体清洁度，防止污染燃料电池电极。控制单元控制截止阀、氮气吹扫管路截止阀的开关和进气风机的启停，接收燃料电池组件的电压及负载的电流信号，并转化成热值计算值输出。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术提供的一种基于燃料电池的热值测量装置的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术提供的一种基于燃料电池的热值测量方法的流程框架图；
[0028]其中，1
‑
样品气体，2
‑
过滤器，3
‑
取样隔离阀，4
‑
减压阀，5
‑
流量孔板，6
‑
截止阀，7
‑
氮气吹扫管路截止阀，8
‑
控制单元，9
‑
负载，10
‑
电流表，11
‑
电压表，12
‑
进气风机，13
‑
排气口，14
‑
阴极，15
‑
质子交换膜，16
‑
阳极，17
‑
疏水口。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]本专利技术实施例公开了一种基于燃料电池的热值测量装置，包括：取样管路、氮气吹扫管路、空气管路、燃料电池组件、控制单元8和负载9，所述燃料电池组件由依次连接的阴极14、质子交换膜15本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于燃料电池的热值测量装置，其特征在于，包括：取样管路、氮气吹扫管路、空气管路、燃料电池组件、控制单元(8)和负载(9)，所述燃料电池组件由依次连接的阴极(14)、质子交换膜(15)和阳极(16)组成，所述阴极(14)与空气管路连通，所述阳极(16)分别连通取样管路和氮气吹扫管路，所述负载(9)一端与阴极(14)连接，另一端与阳极(16)连接，所述控制单元(8)分别控制连接取样管路、氮气吹扫管路和空气管路，所述控制单元(8)和负载(9)信号连接，监测负载(9)的电压电流信号。2.根据权利要求1所述的一种基于燃料电池的热值测量装置，其特征在于，所述取样管路一端连通样本气体(1)，另一端连通阳极(16)，所述取样管路上依次设置过滤器(2)、取样隔离阀(3)、减压阀(4)、流量孔板(5)和截止阀(6)。3.根据权利要求1所述的一种基于燃料电池的热值测量装置，其特征在于，所述氮气吹扫管路一端通过氮气吹扫管路截止阀(7)连接氮气瓶或制氮机，另一端连通阳极(16)。4.根据权利要求1所述的一种基于燃料电池的热值测量装置，其特征在于，所述空气管路一端与进气风机(12)连接，另一端与阴极(14)连通。5.根据权利要求1所述的一种基于燃料电池的热值测量装置，其特征在于，所述负载(9)为精密电阻，所述负载(9)上并联电压表(11)，监测负载(9)的电压值；所述负载(9)上串联电流表(10)，监测负载(9)的电流值。6.根据权利要求1所述的一种基于燃料电池的热值测量装置，其特征在于，还包括排气口(13)和疏水口(17)，所述排气口(13)与阴极(14)连通，将剩余空气进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：仇亿，成英淑，王丽建，余时帆，崔超，张玉佩，王文林，阮一鸣，
申请(专利权)人：浙江省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。