CN111734949A - 一种防爆加氢车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防爆加氢车，包括车架，还包括储气瓶，用于盛放氢气；氢气压缩机，所述氢气压缩机通过管道一连接储气瓶；加氢机，所述加氢机通过管道二连接氢气压缩机；氮气发生器，所述管道一上设置与氮气发生器连接的接口；底板，所述底板设置在车架上；所述储气瓶、氢气压缩机、加氢机、氮气发生器均设置在底板上；自动切断阀，所述自动切断阀位于接口和储气瓶之间；本发明中，氢气压缩机的进气处不处于经常高压的状态，加氢完成后及时对自动切断阀后方的管道一、氢气压缩机、管道二、加氢机内残存的氢气进行清扫，氢气的泄露点少。
Description
技术领域
本发明涉及加氢技术领域，尤其是设计一种防爆加氢车。
背景技术
燃料电池是未来汽车动力电池的发展方向，和传统的内燃发动机动力以及动力电池包相比，具有续航里程长，加注氢气时间短，反应排出物是水，真正做到了零污染排放，但是，目前由于氢燃料电池成本较高并且配套的加氢站建设较少，移动加氢车就在这样的背景下应运而生，在加氢站尚未规模推广之前能够满足氢燃料电池汽车的使用。由于氢燃料电池的充氢压力为35MPa～70MPa,加氢车运输的是高压氢气储气瓶压力在35MPa，因此需要利用氢气压缩机对储气瓶内氢气进行压缩后，通过加氢机的加气枪给氢燃料电池补充高压氢气，但是，由于高压氢气储气瓶、氢气压缩机、加氢机之间采用常开管道连接属于A型通孔，在切断阀处属于B型通孔，同时，正常运行时，预计可燃性物质不会释放的法兰、连接管道配件属于2级释放源，并且氢气的密度小于空气，一旦释放会向上扩散。按照国家对爆炸性气体环境危险场所的分类，整个车架以上的区域属于1区或者2区危险环境，车架以上电气部件需要进行防爆处理，否则高压氢气一旦泄露就有可能会被高温或电气火花点燃，造成整车爆炸事故。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种防爆加氢车，氢气压缩机的进气处不处于经常高压的状态，加氢完成后及时对自动切断阀后方的管道一、氢气压缩机、管道二、加氢机内残存的氢气进行清扫，氢气的泄露点少。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种防爆加氢车，包括车架，还包括
防爆发动机，用于驱动加氢车行驶；
储气瓶，用于盛放氢气；
氢气压缩机，所述氢气压缩机通过管道一连接储气瓶；
加氢机，所述加氢机通过管道二连接氢气压缩机；
氮气发生器，所述管道一上设置与氮气发生器连接的接口；
底板，所述底板设置在车架上；所述储气瓶、氢气压缩机、加氢机、氮气发生器均设置在底板上；
自动切断阀，所述自动切断阀位于接口和储气瓶之间；
中央处理器，控制自动切断阀的开闭，所述中央处理器的输出端电连接仪表。
进一步的，所述氢气压缩机设置在柜体内，所述柜体上板设置通气口，所述通气口出设置氢气传感器和火焰传感器，所述氢气传感器和火焰传感器电连接中央处理器。
进一步的，所述氢气压缩机的压缩气缸缸盖上设置压力变送探头，所述压力变送探头电连接中央处理器的输入端。
进一步的，所述氢气压缩机内设置热保护器，所述热保护器电连接中央处理器。
进一步的，所述加氢机上设置排空管，所述排空管内设置阻火器，所述排空管顶部设置透气帽。
进一步的，所述加氢机的出气管内设置速率传感器和压力传感器，所述速率传感器、压力传感器与中央处理器的输入端电连接。
进一步的，所述车架尾部设置导静电连接链，车辆底部设置导静电拖地胶带。
进一步的，汽车制动用及其它用途气源压缩机均设置在底板下方。
进一步的，与中央处理器连接的电气线路均通过位于底板下方的线夹布线。
进一步的，所述防爆发动机进气口安装阻火器，所述防爆发动机上设有排气管，所述排气管出口位于车架以下、储气罐之前并朝向行车方向左侧，所述排气管内设置阻火器，所述排气管末端安装火花熄灭器。
本发明的有益效果为：
自动切断阀平时处于关闭状态，只有在中央控制器控制自动切断阀开启时才能实现加氢，保证防爆氢气压缩机进气管不处于经常的高压状态，将非加气状态下的高压氢气控制在储气瓶一侧，减少氢气的泄漏点；加氢机加氢完成后，自动切断阀关闭，氮气发生器通过接口对自动切断阀后面的管道一、管道二、氢气压缩机和加氢机进行清扫排空，避免氢气的泄露，减少整车的危险等级，优化了加氢车的防爆性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1-急停按钮，2-防爆发动机，3-储气瓶，4-钢条扎带，5-压力表，6-氢气传感器，7-火焰传感器，8-氢气压缩机，9-氢气放空管，10-加氢机，11-拉断阀，12-灭火器，13-自动切断阀，14-导静电连接链，15-安全阀，16-氮气发生器，17-导静电拖地胶带，18-燃油箱，19-排气管，20-电气线路，21-中央控制单元，22-底板,23-柜体。
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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种防爆加氢车，包括车架，还包括：
防爆发动机2，用于驱动加氢车行驶，位于驾驶室后下部；
储气瓶3，用于盛放氢气，储气瓶3为9个35MPa高压氢气储气瓶，储气瓶出口附近设置压力表、压力传感器一；
氢气压缩机8，氢气压缩机8通过管道一连接储气瓶，管道一采用防氢渗、防氢脆材质，氢气压缩机8为隔膜式压缩机，膜片选用韧性好的钢质材料，不能选用橡胶等非金属材料材质，以避免膜片运动过后中产生静电积聚，成为危险点燃源。膜片固定部位、推杆连接部位以及压缩气缸缸盖结构满足ExdIIC T3 Gb防爆型式要求；
加氢机10，加氢机10通过管道二连接氢气压缩机8，管道二采用防氢渗、防氢脆材质，加氢机10采用ExdibmbIICT4 Gb及其它能够满足安全使用条件的防爆型式；
氮气发生器16，管道一上设置与氮气发生器16连接的置换接口；
底板22，底板22水平固定在车架上；储气瓶3、氢气压缩机8、加氢机10、氮气发生器16均设置在底板22上，其中，储气瓶3卧式排列安装在底板22上，用韧性强且去除热应力的钢条扎带4对氢气储气瓶进行固定；
自动切断阀13，自动切断阀13安装在接口和储气瓶3之间；
中央处理器21，中央处理器21为单片机，设置在驾驶室内，自动切断阀13的控制端与中央处理器21的输出端电连接，压力传感器一与中央处理器21的输入端电连接，中央处理器21可控制自动切断阀13开闭，仪表与中央处理器21的输出端电连接，仪表上可显示储气瓶3内压力的实时变化。
自动切断阀13在通常处于关闭状态，由中央处理器21控制自动切断阀13打开，氢气压缩机8进气口不处于经常的高压状态，将非加气状态下的高压氢气控制在氢气储气瓶3一侧，减少氢气的泄漏点；加氢完成后，关闭自动切断阀13，启动氮气发生器16，在空旷场地自动切断阀13后端的管道内残余氢气排空，减少车辆在行驶过程中的危险程度，管道一上还设置安全阀15，安全阀15安装在接口和氢气压缩机8之间，在加氢速度过快时可自动关闭，有效防止加氢时泄露情况的发生。
氢气压缩机8在加氢时有可能发生泄漏，为了及时发现泄漏，氢气压缩机8设置在柜体23内，柜体23固定安装在底板22上，柜体23上板上开设通气口，方便泄露的氢气向上排出，通气口处安装氢气传感器6和火焰传感器7，氢气传感器6和火焰传感器7电连接中央处理器21的输入端，当测量氢气体积含量达到0.5％时，中央处理器21发出报警信号，达到1％时断开整车电路及气路并在仪表中显示故障信息；火焰传感器7监测到火源时，中央处理器21发出报警信号，断开整车电路及气路并在仪表中显示故障信息。
在氢气压缩机8的压缩气缸缸盖上安装压力变送探头，压力变送探头电连接中央处理器21的输入端，一旦出现压缩机工作过程中压力迅速降低的情况，说明压缩机膜片破裂或出现漏气现象，通过变送器发出信号反馈给中央处理器21，中央处理器21发出报警信号，断开整车电路及气路并在仪表上显示故障信息。
由于需要将35MPa的高压氢气压缩至35MPa～70MPa，气体在压缩过程中必然产生热量，为了能及时带走热量，避免压缩产生的高温成为危险源。气体压缩缸体侧壁采用中空水套结构，水套内壁喷附塑性材料或防锈镀层，喷附的方式采用将塑性材料或防锈镀层高温气化后，经加压后再水套结构内流通沉降的方式获得较为均匀的防锈镀层。水套内的水经过热交换器内的盘管与制冷压缩机的蒸发器盘管互相交叉盘结，使得水套内水的热量被制冷压缩机的蒸发器盘管带走，制冷压缩机采用ExmbIICT4 Gb浇封型结构，浇封接线盒内成不可复位热保护器，热保护温度（108±2）℃，在3s内通过向中央处理器21发出信号，断开整车电路及气路并在仪表上显示故障信息，并通过驾驶室内不间断电源UPS供电的预警灯发出信号。
加氢机10上设置排空管9，排空方向向上，管口有防雨水侵入和杂物堵塞的透气帽，管口顶端设置阻火器，阻火器安装在透气帽内，氮气吹扫时，氮气和残余氢气从排空管9排出。
加氢机10的出气管内安装速率传感器和压力传感器二，速率传感器、压力传感器二与中央处理器21的输入端电连接，工作人员可直接通过仪表来实时掌握加氢机的加氢情况，加氢机10的出气管末端安装拉断阀11，拉断阀11分离拉力220N～660N。防爆加氢机10旁边固定放置灭火器12。
车架尾部设置导静电连接链14，在加注氢气时将加氢车车架、底板、地面以及加注对象之间形成导静电通路，避免静电荷的积聚形成危险点燃源；车辆上所有大于100cm2的金属部件都需要连接到车架上或者与车架保持良好的金属接触，从而保证电位平衡。车辆轮胎采用导静电轮胎，避免静电荷的积聚；车辆底部设置导静电拖地胶带17。车辆配置绝缘监控装置，并与车架相连，以监控漏电情况，或者定期检测带电部件与车间之间的绝缘电阻不得小于0.5MΩ。
车辆通过中央处理器21对整车的电路及气路进行控制、显示和报警，与中央处理器21连接的电气线路20通过设置在底板下方的线夹布线，电气线路20通过在底板22上开的通线孔过线，且保证过线孔处的密封装置仅能使单根电缆通过，起到隔离上下两个空间通过过线孔进行气体交换的可能，有效地将车架以上的储气瓶、电气部件与底板以下的电气线路及分线盒进行物理隔离，避免在车架以下形成危险区域。
汽车制动用及其它用途气源压缩机均设置在底板22下方，其中，燃油箱18放置在底板22以下以及储气瓶3之前，放置在相对不会形成泄露氢气积聚的位置，燃油箱18与防爆发动机2的进气管连接，与防爆发动机2连接的进气管上安装阻火器，燃油箱18加注口设置气密封加注口盖。防爆发动机2防爆标志为ExIICT3 2G，防爆发动机2上设置有排气管19，排气管19出口位于车架以下、储气罐3之前并朝向行车方向左侧，排气管19靠近防爆发动机2的一侧内设置阻火器，排气管19末端安装火花熄灭器。防爆发动机2的电气系统电压不应大于24V，电气设备安装采用双极式布线，但是在起动辅助线路运行阶段，预热塞的电气回路或其他电气起动辅助装置利用内燃机气缸体作为接地回路的，可以作为例外。如果没有使用起动辅助装置，则正极接线和负极接线都应与内燃机气缸体绝缘。防爆发动机2的传动皮带采用AV10或AV13，对应的其最大电阻不能超过3.6MΩ及2.8MΩ。电气线路20与防爆发动机2可能的热表面净距离至少100mm。排气管19与燃油箱18的净距离至少100mm或者采用隔热材料对燃油箱进行隔热，但不能影响到防爆发动机2的正常散热。
蓄电池置于防爆发动机罩之下，线束接头满足IP54防护等级要求，所有的线束接头均设置在底板22以下，如果需要在底板22以上设置线束接头，则需要通过防爆标志为ExdIICT4 Gb的防爆型接线盒进行分线，且接线盒须牢靠固定，避免在车辆运行过程中晃动导致接触不良产生电气火花。不经过电源总开关而直接接通蓄电池的线路需要采取过热熔断保险的方式进行过热保护。导线应有防腐蚀及磨损的保护外套，但防抱死制动系统的传感器电缆不需要额外保护。车辆仪表板上设置急停按钮1，可以关断整车电路及气路，预防紧急事件的发生。
制动器摩擦部位所用材料为非金属，不应含有金属成份。使用热敏元件，放置在制动器非金属化合物摩擦面下不超过5mm（新摩擦片）处，测量摩擦片的温度，一旦超过190℃时，中央控制单元及显示仪表12能对刹车系统进行控制。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种防爆加氢车，包括车架，其特征在于，包括
防爆发动机（2），用于驱动加氢车行驶；
储气瓶（3），用于盛放氢气；
氢气压缩机（8），所述氢气压缩机（8）通过管道一连接储气瓶（3）；
加氢机（10），所述加氢机（10）通过管道二连接氢气压缩机（8）；
氮气发生器（16），所述管道一上设置与氮气发生器（16）连接的接口；
底板（22），所述底板（22）设置在车架上；所述储气瓶（3）、氢气压缩机（8）、加氢机（10）、氮气发生器（16）均设置在底板（22）上；
自动切断阀（13），所述自动切断阀（13）位于接口和储气瓶（3）之间；
中央处理器（21），控制自动切断阀（13）的开闭，所述中央处理器（21）的输出端电连接仪表。
2.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，所述氢气压缩机（8）设置在柜体（23）内，所述柜体（23）上板设置通气口，所述通气口出设置氢气传感器（6）和火焰传感器（7），所述氢气传感器（6）和火焰传感器（7）电连接中央处理器（21）。
3.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，所述氢气压缩机（8）的压缩气缸缸盖上设置压力变送探头，所述压力变送探头电连接中央处理器（21）的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，所述氢气压缩机（8）内设置热保护器，所述热保护器电连接中央处理器（21）。
5.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，所述加氢机（10）上设置排空管（9），所述排空管（9）内设置阻火器，所述排空管（9）顶部设置透气帽。
6.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，所述加氢机（10）的出气管内设置速率传感器和压力传感器二，所述速率传感器、压力传感器二与中央处理器（11）的输入端电连接。
7.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，所述车架尾部设置导静电连接链（14），车辆底部设置导静电拖地胶带（17）。
8.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，与中央处理器（21）连接的电气线路（20）均通过位于底板（22）下方的线夹布线。
9.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，汽车制动用及其它用途气源压缩机均设置在底板（22）下方。
10.根据权利要求1所述的一种防爆加氢车，其特征在于，所述防爆发动机（2）进气口安装阻火器，所述防爆发动机（2）上设有排气管（19），所述排气管（19）出口位于车架以下、储气罐（3）之前并朝向行车方向左侧，所述排气管（19）内设置阻火器，所述排气管（19）末端安装火花熄灭器。
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