CN104455765A - 氢输送管 - Google Patents

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Abstract

公开了一种氢输送管，其包括：具有耐氢的耐洗脱性的第一层；和第二层，该第二层作为包围该第一层的外表面的独立层，该第二层由聚氨酯形成以防止氢渗透。

Description

氢输送管
技术领域
本发明涉及一种用于输送氢的管。具体地，本发明涉及一种能够将氢安全地供应到在汽车、船、便携式发电机等中使用的氢电池的用于输送氢的管。
背景技术
由于应用于交通运输领域的环境法规和碳燃料的消耗，从而已经提出了用于向汽车、船等供应电力的新方法。对采用电力而言可以认为这些新方法最为简单，但是将电能存储在交通工具中却面临问题。已知的蓄电池相对较重并且体积较大，而且不能存储足够用于长途行驶的能量。
因此，尝试用燃料电池代替普通蓄电池。燃料电池采用电解原理的逆过程。通常，电力由作为燃料的氢和作为氧化剂的氧之间的化学反应产生。氢存储在安装于交通工具中的罐中。氢通过能够承受高温(100℃或者更高)和高压(大约5bar)的钢制成的管道输送。钢具有基本不与氢发生反应的优势，因此防止管道因氢气或者气体污染而分解。
然而，氧易于使钢劣化。而且，钢管存在其较重、无挠性并且价格高昂的问题。
发明内容
已经研发本发明以解决在现有技术中存在的上述问题，并且本发明的一方面是提供用于输送氢的管，即，能够承受高温和高压并且可挠曲的氢输送管。
本发明的另一方面是提供氢输送管，所述氢输送管即使在低温和高压以及高温和高压条件下也经久耐用并且可挠曲。
为了实现这些目的，提供了一种氢输送管，所述氢输送管包括：第一层，所述第一层由具有耐氢的耐洗脱性的材料形成；和第二层，所述第二层作为包围第一层的外表面的独立层并且由聚氨酯形成，以防止氢渗透。
在此，第一层的材料是聚酰胺基材料。
氢输送管还可以包括第一防护层，所述第一防护层布置成包围第一层和第二层并且提供管以耐冲击性和耐热性。
第一防护层可以由热塑性弹性体形成。
氢输送管还可以包括第二防护层，所述第二防护层布置成包围第一层和第二层并且提供管以耐冲击性和耐热性。
第二防护层可以由热塑性弹性体形成。
第一防护层可以布置成包围第二防护层的外表面。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见，其中：
图1是示出了根据本发明的一个实施例且由四层构成的氢输送管的透视图。
具体实施方式
在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的氢输送管100。以在此描述的氢输送管100作为用于在通过使用氢燃料发电的设备中输送氢燃料的氢输送管的示例。例如，氢输送管100可以用作用于将氢燃料供应到由氢燃料驱动的汽车或者船中的燃料电池的供应管道。根据本发明的一个实施例的氢输送管100包括第一层110和第二层120。
提供图1以图示构成氢输送管100的第一层110和第二层120。图1是示出了由多层构成的管的透视图。图1示意性示出了根据本发明的一个实施例从内至外顺序地由第一层和第二层构成的氢输送管。
第一层110形成与流经氢输送管100的氢直接接触的层。因此，第一层110优选地由耐洗脱(elution-resistance)的材料形成，以防止由于构成第一层110的组分的洗脱产物进入氢输送管100中而污染氢。根据一个实施例，用于第一层110的材料可以是聚酰胺基材料。通常使用的氟化材料对于乙醇具有较低的渗透性，并且优势在于当流体是液体时比当流体是气体时其洗脱物质更少。然而，当流体是气体(例如氢)时，诸如尼龙的聚酰胺基材料具有卓越的耐洗脱性。根据氢输送管所需的耐用性和强度可以适当地改变第一层110的厚度。
第二层120形成提供氢输送管100以气密性的层。氢气分子在所有分子中具有最小的体积和重量，并且发生泄漏的可能性高而且当其泄漏时面临爆炸的风险很大。因此，氢输送管的气密性尤为重要。第二层120优选地由聚氨酯制成，以防止氢渗透。在通常情况下，聚氨酯被用于粘合剂层，在多层管中所述粘合剂层使两层相互附接。然而，在本氢输送管100中，聚氨酯层被设置成作为独立层，所述独立层具有预定的厚度以用于防止气体泄漏。第二层可以根据氢输送管100所需的耐用性、气密性和强度而具有适当的厚度。
根据本发明的一个实施例，氢输送管100还可以包括第一防护层130。
图1示出了根据本发明的一个实施例且包括第一层110、第二层120和第一防护层130的氢输送管100。参照图1，第一防护层130被形成为包围第一层110和第二层120。第一防护层130提供氢输送管100以耐冲击性和耐热性(难燃性)。即，第一防护层130增强了氢输送管100的物理耐用性，并且由于第一防护层130的布置，使得氢输送管100例如能够承受高达115℃的高温或者低达-40℃的低温并且能够承受来自外界的冲击。氢输送管100的卓越的物理耐用性在当装配有氢输送管100的汽车或者船在沙漠、热带、寒带或者极地使用时或者当氢输送管100被装配在汽车的底部表面上并且在行驶期间小石砾可能向上弹起时提供了优势。根据一个实施例，第一防护层130优选地由热塑性弹性体形成。
根据本发明的一个实施例，氢输送管100还可以包括第二防护层140。
图1示出了根据本发明的一个实施例且包括第一层110、第二层120、第一防护层130和第二防护层140的氢输送管100。参照图1，第二防护层140被形成为包围第一层110和第二层120。第二防护层140提供氢输送管100以耐化学性。即，第二防护层140增强了抵抗从外界施加到氢输送管100的化学冲击的耐用性。由于第二防护层140的布置，使得氢输送管100例如能够承受10bar或更高的高压并且能够防止因从外界进入的物质而劣化。根据一个实施例，第二防护层140优选地由聚酯基材料形成。此外，根据一个实施例，第二防护层140优选地形成在第一防护层130的内侧。
在下文中，给出了根据本发明的一个实施例的氢输送管的性能测试结果。
<氢泄漏测试>
如下进行测试。
1)安装1/2"管。
2)针对每个温度条件(25℃的室温，-40℃的低温和115℃的高温)施加氢(纯度：99％)进行浸渍4小时。
3)在浸渍之后，检查1小时内的压力变化。
4)采用压力变化来检验氢的泄漏量和管的变形程度。
测试结果表明，因气密性的保持没有发生压力变化并且氢的泄漏量小于标准值。
标准值可以是欧标(EC406)或者由OEM车辆等的最终制造商提供的专用标准值。
本测试证实了就与在室温、低温和高温条件下的温度变化相应的耐渗透性而言，根据本发明的一个实施例的氢输送管比批量生产的现有管具有更为卓越的效果。
<爆破压力评估>
要求爆破压力为60barg或更高。
测试结果如下：
【表1】
类别 室温(25℃) 低温(-40℃) 高温(115℃)
爆破压力(barg) 190barg 190barg 120barg
表1表明在室温和低温的情况下根据本发明的一个实施例的氢输送管的爆破压力是所需的爆破压力的三倍或更高，在高温条件下是所需爆破压力的两倍或更高。
由本测试可知，就与在室温、低温和高温条件下的爆破压力测试中的温度变化相应的耐渗透性而言，根据本发明的一个实施例的氢输送管比大批量生产的现有管具有更为卓越的效果。
<压力循环评估>
压力循环评估的目的是检验当在重复循环评估的极端条件下进行测试时产品的变形程度和气密性的保持程度。在5barg的最小压力和20barg的最大压力条件下以每10秒1次的速度循环100,000次进行测试。
以下是关于测试循环中的具体压力。
【表2】
压力保持时间(s) 施加的压力(barg)
0～1 0
2～3 5
4～6 20
7～8 5
9～10 0
测试结果如下
【表3】
室温(25℃) 低温(-40℃) 高温(115℃)
是否发生变形 否 否 否
表3表明根据本发明的一个实施例的氢输送管即使在室温、低温和高温条件下的循环100,000次的压力循环测试中也没有发生变形。
在压力循环测试之后，进行氢泄漏测试和爆破压力测试以检查产品的变形程度和气密性的保持程度。如下为测试结果。
【表4】
室温(25℃) 低温(-40℃) 高温(115℃)
氢的泄漏量 无 无 无
爆破压力(barg) 180barg 180barg 120barg
表4表明根据本压力循环测试，就根据本发明的一个实施例的氢输送管而言，氢的泄漏量在室温、低温和高温条件下均未出现异常，在室温和低温条件下爆破压力是爆破压力测试所需的爆破压力(60barg)的三倍，在高温条件下爆破压力是爆破压力测试所需的爆破压力(60barg)的两倍。因此，与大批量生产的管相比，根据本发明的一个实施例的氢输送管取决于温度变化和压力变化的效果卓越。
<压力/振动/温度测试>
压力/振动/温度(PVT)测试是关于压力、振动和温度的综合性能评估，并且在各个温度条件下以每天循环1次的速度连续进行14天。在PVT测试之后，相继进行氢泄漏测试和爆破压力测试。
测试结果如下。
【表5】
室温(25℃) 低温(-40℃) 高温(115℃)
氢的泄漏量 无 无 无
爆破压力(barg) 180barg 180barg 120barg
表5表明在室温、低温和高温条件下实施循环14次的PVT测试之后，就根据本发明的一个实施例的氢输送管而言，氢的泄漏量在室温、低温和高温条件下均未出现异常，在室温和低温条件下爆破压力是爆破压力测试所需的爆破压力(60barg)的三倍，在高温条件下爆破压力是爆破压力测试所需的爆破压力(60barg)的两倍。由本测试可知，在室温、低温和高温条件下的氢泄漏测试和爆破压力测试中，根据本发明的一个实施例的氢输送管与大批量生产的管相比取决于温度变化和压力变化的效果卓越。
尽管已经主要描述了本发明的优选实施例，但是在不脱离本发明的在随附权利要求中描述的范围的前提下能够进行多种变型。

Claims (7)

1.一种氢输送管，包括：
第一层，所述第一层由具有耐氢的耐洗脱性的材料制成；和
第二层，所述第二层作为包围第一层的外表面的独立层并且由聚氨酯形成以防止氢渗透。
2.根据权利要求1所述的氢输送管，其中，所述第一层的材料是聚酰胺基材料。
3.根据权利要求1所述的氢输送管，还包括第一防护层，所述第一防护层布置成包围所述第一层和所述第二层并且提供管以耐冲击性和耐热性。
4.根据权利要求3所述的氢输送管，其中，所述第一防护层由热塑性弹性体形成。
5.根据权利要求3所述的氢输送管，还包括第二防护层，所述第二防护层布置成包围所述第一层和所述第二层并且提供管以耐化学性。
6.根据权利要求5所述的氢输送管，其中，所述第二防护层由聚酯基材料形成。
7.根据权利要求5所述的氢输送管，其中，所述第一防护层布置成包围所述第二防护层的外表面。
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