CN112635801B - 一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统 - Google Patents

一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，包括气罐、管道和阀体；管道的一端与气罐连通，管道的另一端与燃料电池发动机连接；阀体安装于管道上，阀体用于控制管道的通断；其中，气罐的外周套设有一层壳体，壳体与气罐之间形成有第一检测腔；管道的外周套设有一检测管，检测管与管道之间形成有第二检测腔；第一检测腔与第二检测腔连通，形成检测空腔；气罐内的气体压力介于第一压力值与第二压力值之间，第一压力值小于第二压力值；第一压力值大于标准大气压；检测空腔内的压力均为第三压力值；第三压力值介于环境气压和第一压力值之间。本发明能够对于氢氧燃料电池的氢泄漏进行监测。

Description

一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车技术领域，特别是一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统。
背景技术
氢氧燃料电池能够通过氢气的氧化反应来产生电能，由于其突破了卡诺循环的限制，使得能量的有效转化率达到40％以上。加之，氢氧燃料电池在工作的过程中，产生只有水，且除电能之外的能量仅以热能的方式产生。因此，氢氧燃料电池更加适用于汽车。
由于氢气是易燃易爆气体，且燃料电池汽车上有众多的机械部件以及蓄电池等部件。一旦氢气泄漏，极易造成爆炸起火等严重的事故。因此，在氢氧燃料电池的研究及应用中，对于氢气的监测都是至关重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，以解决现有技术中的不足，它能够对于氢氧燃料电池的氢泄漏进行监测，有利于保证氢氧燃料电池汽车的安全性。
本发明提供了一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，包括气罐、管道和阀体；所述管道的一端与所述气罐连通，所述管道的另一端与燃料电池发动机连接；所述阀体安装于所述管道上，所述阀体用于控制所述管道的通断；
其中，所述气罐的外周套设有一层壳体，所述壳体与所述气罐之间形成有第一检测腔；
所述管道的外周套设有一检测管，所述检测管与所述管道之间形成有第二检测腔；所述第一检测腔与所述第二检测腔连通，形成检测空腔；
所述气罐内的气体压力介于第一压力值与第二压力值之间，所述第一压力值小于所述第二压力值；所述第一压力值大于标准大气压；
所述检测空腔内的压力均为第三压力值；所述第三压力值介于环境气压和所述第一压力值之间；
当所述检测空腔内的压力与所述气罐内的压力相等时，所述气罐或所述管道漏气；
当所述检测空腔内的压力接近环境气压时，所述壳体或所述检测管压破损。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述壳体与所述气罐之间设有支撑件，所述支撑件安装在所述气罐与所述壳体之间，以保证所述壳体与所述气罐之间的相对位置。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，还包括第一压力检测器；
所述第一压力检测器用于检测所述检测空腔内的压力；
所述第一压力检测器包括第一检测头，所述第一检测头穿过所述壳体，且位于所述检测空腔内。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述第一压力检测器还包括第一连接杆和第一密封螺母；
所述壳体上设有第一检测孔，所述第一检测孔的内壁上嵌设有第一锁紧螺母；
所述第一检测头位于所述第一连接杆的一端；
所述第一连接杆与所述第一密封螺母螺纹连接；
所述第一密封螺母与所述第一连接杆螺纹连接，且所述第一密封螺母压紧在所述壳体的外侧。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述第一连接杆包括第一杆段和第二杆段；
所述第一杆段的一端与所述第一检测头连接，另一端与所述第二杆段固定连接，所述第一杆段的中心线与所述第二杆段的中心线位于同一直线上；
所述第一杆段的与所述第一锁紧螺母螺接，所述第二杆段与所述第一密封螺母螺接；所述第二杆段的直径小于所述第一杆段的直径；
所述第一密封螺母靠近所述壳体的一侧设有第一密封垫，所述第一密封垫被压紧于所述第一密封螺母与所述壳体之间。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述管道远离所述气罐的一端穿过所述燃料电池发动机的外壳；所述管道与所述燃料电池发动机的外壳之间密封连接；
所述检测管远离所述气罐的一端与所述燃料电池发动机的外壳固定连接，且所述检测管与所述燃料电池发动机的外壳之间密封连接。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述燃料电池发动机的外壳上设有插孔；所述管道穿过所述插孔，且所管道与所述插孔之间密封连接；
所述燃料电池发动机的外壳上设有第一夹紧环和第二夹紧环；所述第一夹紧环的内径大于所述第二夹紧环的外径；所述第一夹紧环和所述第二夹紧环均与所述插孔同轴设置，并在所述第一夹紧环与所述第二夹紧环之间形成夹紧槽；
所述检测管远离所述气罐的一端插设在所述夹紧槽内，且所述检测管与所述夹紧槽之间密封连接。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述第二夹紧环远离所述燃料电池发动机的外壳的一端的外周上设有锥面，所述锥面的直径沿远离所述燃料电池发动机的外壳的方向逐渐变变小。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述检测管靠近所述燃料电池发动机的一端的外周上嵌设有连接环，所述连接环的外周突出于所述检测管的外周；
所述第一夹紧环的外周上设有外螺纹；
还包括紧固盖；
所述紧固盖的内侧壁与所述第一夹紧环螺纹连接；
所述紧固盖上设有穿孔，所述穿孔的直径大于所述连接环的内径，且小于所述连接环的内径；
所述紧固盖套设在所述管道上。
如上所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其中，可选的是，所述连接环靠近所述燃料电池发动机的一侧设密封层；所述密封层的为橡胶垫。
与现有技术相比，本发明通过在气罐的外周包覆一层壳体，在气罐与壳体之间形成了第一检测腔；在管道的外周套设检测管，使管道与检测管之间形成第二检测腔。由于气罐用于存放高压氢气，在使用过程中，其压力要远大于环境气压，通常情况下，即便是气罐不再向外供氢的情况下，其压力也要大于环境气压。也就是说，气罐内的压力要介于第一压力与第二压力之间，第一压力和第二压力均大于环境气压。
在使用时，检测空腔内充入气体，使其压力介于环境气压与第一压力之间；当气罐或管道漏气时，由于气罐内的压力大于检测空腔内的压力，气罐内的氢气会进入到检测空腔内。这就会使得气罐内的压力减小，同时检测空腔内的压力增大。当检测空腔内的压力减小时，则说明检测管或者壳体破损。因此，可以通过监控检测空腔内的压力来判断氢气是否泄漏。
此外，由于壳体套设在所述气罐的外周，所述检测管套设在所述管道上，能够对原气罐及与气罐连接的管道起到保护作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是管道与燃料电池发动机的壳体之间的连接结构示意图；
图3是图1中A处的局部放大示意图；
图4是图1中B处的局部放大示意图。
附图标记说明：1-气罐，2-管道，3-阀体，4-第一压力检测器，5-燃料电池发动机，6-紧固盖；
11-壳体，12-第一检测腔，13-支撑件；
111-第一检测孔，112-第一锁紧螺母；
21-检测管，22-第二检测腔；
211-连接环；
31-阀芯，32-第二连接杆；
321-环形凸起；
331-压紧环；
41-第一连接杆，42-第一密封螺母，43-第一密封垫，44-第一检测头；
411-第一杆段，412-第二杆段；
51-插孔，52-第一夹紧环，53-第二夹紧环，54-夹紧槽；
531-锥面。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的实施例：如图1到图4，本发明提出了一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，包括气罐1、管道2和阀体3；所述管道2的一端与所述气罐1连通，所述管道2的另一端与燃料电池发动机5连接；所述阀体3安装于所述管道2上，所述阀体3用于控制所述管道2的通断。所述气罐1用于储存氢气，并通过管道2向燃料电池发动机内供氢。
具体地，所述气罐1的外周套设有一层壳体11，所述壳体11与所述气罐1之间形成有第一检测腔12。实施时，所述壳体11可以是由软质材料制成，也可以是由硬质材料制成，但无论是软质材料还是硬质材料，都应能够保证检测空腔的密封性。
更具体地，所述管道2的外周套设有一检测管21，所述检测管21与所述管道2之间形成有第二检测腔22；所述第一检测腔12与所述第二检测腔22连通，形成检测空腔。具体实施时，所述检测空腔为密封腔，所述检测管21可以是由软质材料制成，也可以是由硬质材料制成，但无论是软质材料还是硬质材料，都应能够保证检测空腔的密封性。
具体地，为了能够进行测量，在使用时，应当向检测空腔内充入预定压力的空气。即，使用时，所述气罐1内的气体压力介于第一压力值与第二压力值之间，所述第一压力值小于所述第二压力值；所述第一压力值大于标准大气压；所述检测空腔内的压力均为第三压力值；所述第三压力值介于环境气压和所述第一压力值之间。如此，可以通过检测所述检测空腔内的压力即可实现对于氢气泄漏的监测。具体实施时，所述第一压力值、所述第二压力值和所述第三压力值均为固定值。
使用时，当气罐1或管道泄漏时，由于气罐1内的压力大于检测空腔内的压力，气罐1内的氢气流入到检测空腔内，从而使得检测空腔内的压力升高，即，检测空腔内的压力会大于第三压力值。也就是说：当所述检测空腔内的压力与所述气罐1内的压力相等时，所述气罐1或所述管道2漏气。
当所述壳体11或所述检测管21漏气时，由于第三压力值大于环境气压，检测空腔内的压力向外漏气，从而使第三压力值下降，最终接近环境气压。当所述检测空腔内的压力接近环境气压时，所述壳体11或所述检测管21压破损。因此，能够通过检测空腔内的压力，来监测氢气是否泄漏。
通过上述结构不仅能够便于检测氢气的泄漏情况，同时，由于壳体11包覆在的气罐1的外周，检测管21包覆在管道2的外周，即使气罐1或者管道2发生泄漏，也不会直接进入大气中，从而避免在遇到车辆上各部件由于各种原因产生的明火、高温，从而保证了氢气的使用安全。
作为一种较佳的实现方式，所述壳体11与所述气罐1之间设有支撑件13，所述支撑件13安装在所述气罐1与所述壳体11之间，以保证所述壳体11与所述气罐1之间的相对位置。更进一步地，所述壳体11是由硬质材料制成，通过设置支撑件13，能够防止所述气罐1在所述壳体11内晃动。具体实施时，所述支撑件13为多个，多个所述支撑件13均匀分布在所述气罐1的外周上。
为了便于对所述检测空腔内的压力进行检测，本发明还包括第一压力检测器4。所述第一压力检测器4用于检测所述检测空腔内的压力。实施时，由于所述第一检测腔12和所述第二检测腔22连通，所述第一压力检测器4可以是安装在所述壳体11上，也可以是安装在所述检测管21上。所述第一压力检测器4包括第一检测头44，所述第一检测头44穿过所述壳体11，且位于所述检测空腔内。如此，能够通过所述第一压力检测器4对所述检测空腔内有压力进行检测。
具体实施时，为了保证安装第一压力检测器4处的密封性，所述第一压力检测器4还包括第一连接杆41和第一密封螺母42。
所述壳体11上设有第一检测孔111，所述第一检测孔111的内壁上嵌设有第一锁紧螺母112；具体实施时，所述第一检测孔111可以是设置在一块橡胶件处，如，所述壳体11或所述检测管21部分由橡胶件制成，将所述第一检测孔111设置于橡胶件处。实施时，所述第一锁紧螺母112与所述橡胶件硫化在一起，并且，所述第一锁紧螺母112与所述第一检测孔111同轴设置。更具体地，所述第一检测头44位于所述第一连接杆41的一端；所述第一连接杆41与所述第一密封螺母42螺纹连接；所述第一密封螺母42与所述第一连接杆41螺纹连接，且所述第一密封螺母42压紧在所述壳体11的外侧。测试时，通过所述第一检测头44对所述检测空腔内的压力进行检测。需要指出的是，本发明中，执行判断的部件可以是控制器，具体使用时，控制器与所述第一检测头44电连接，连接所述控制器与所述第一检测头44的电线穿过所述第一连接杆41，且与所述第一连接杆41密封连接。控制器用于将检测到的压力值与预先设定的第三压力值进行比较，当检测到的压力值小于第三压力值，说明壳体11或检测管21破损，当检测到的压力值大于第三压力值，说明气罐1或管道2漏气。
进一步地，为了保证第一连接杆41与所述检测管21之间的密封性。所述第一连接杆41包括第一杆段411和第二杆段412。所述第一杆段411的一端与所述第一检测头44连接，另一端与所述第二杆段412固定连接，所述第一杆段411的中心线与所述第二杆段412的中心线位于同一直线上。
所述第一杆段411的与所述第一锁紧螺母112螺接，所述第二杆段412与所述第一密封螺母42螺接；所述第二杆段412的直径小于所述第一杆段411的直径；所述第一密封螺母42靠近所述壳体11的一侧设有第一密封垫43，所述第一密封垫43被压紧于所述第一密封螺母42与所述壳体11之间。如此，能够使得第一连接杆41与壳体11或者第一连接杆41与所述检测管21连接处的截面呈T字形，能够有效提高密封性。
作为一种较佳的实现方式，为了实现本发明所公开的监控方法，需要满足的一个重要条件就是保证检测空腔的密封性。对于检测管21，其两端的密封性至关重要，对与于壳体11连接的一端，可以参考现有技术中管道2与气罐1的连接方式进行连接。而对于检测管21与燃料电池发动机5的壳体的连接结构，具体可以使用以下连接方式：
所述管道2远离所述气罐1的一端穿过所述燃料电池发动机5的外壳；所述管道2与所述燃料电池发动机5的外壳之间密封连接。所述检测管21远离所述气罐1的一端与所述燃料电池发动机5的外壳固定连接，且所述检测管21与所述燃料电池发动机5的外壳之间密封连接。
进一步地，所述燃料电池发动机5的外壳上设有插孔51；所述管道2穿过所述插孔51，且所管道2与所述插孔51之间密封连接；所述管道2与所述插孔51之间的密封，可以通过现有技术中的密封圈来实现。更进一步地，所述燃料电池发动机5的外壳上设有第一夹紧环52和第二夹紧环53；所述第一夹紧环52的内径大于所述第二夹紧环53的外径；所述第一夹紧环52和所述第二夹紧环53均与所述插孔51同轴设置，并在所述第一夹紧环52与所述第二夹紧环53之间形成夹紧槽54。所述检测管21远离所述气罐1的一端插设在所述夹紧槽54内，且所述检测管21与所述夹紧槽54之间密封连接。如此，能够保证所述检测管21与所述燃料电池发动机5的外壳之间的密封连接。
具体地，所述第二夹紧环53远离所述燃料电池发动机5的外壳的一端的外周上设有锥面531，所述锥面531的直径沿远离所述燃料电池发动机5的外壳的方向逐渐变变小。将第二夹紧环533的外周设置为锥面状，能够便于将所述检测管21套设在锥面531上，有利于保证密封性。
作为一种较佳的实现方式，所述检测管21靠近所述燃料电池发动机5的一端的外周上嵌设有连接环211，所述连接环211的外周突出于所述检测管21的外周。所述第一夹紧环52的外周上设有外螺纹；更进一步，本发明还包括紧固盖6。所述紧固盖6的内侧壁与所述第一夹紧环52螺纹连接；所述紧固盖6上设有穿孔，所述穿孔的直径大于所述连接环211的内径，且小于所述连接环211的内径；所述紧固盖6套设在所述管道上。通过紧固盖6与连接环211的配合，能够将连接环211压紧在第二夹紧环533的端部，从而能够提高检测管21与所述燃料电池发动机5的壳体之间的密封性，更具体地，所述连接环211靠近所述燃料电池发动机5的一侧设密封层；所述密封层的为橡胶垫。
实施时，本发明还包括第二压力检测器，所述第二压力检测器用于检测所述气罐1内的压力。
所述阀体3包括阀芯31、第二连接杆32、连接套33和第二锁紧螺母34，具体实施时，所述阀体3可以是电磁阀，也可以是手动阀，所述第二连接杆32的作用是阀芯31引出所述检测管21，以便于引出信号线，或者便于传递动力以控制阀芯31。
所述阀芯31安装在所述的管道2内，所述第二连接杆32的一端穿过所述检测管21和所述管道2，并与所述阀芯31连接，所述第二连接杆32上设有环形凸起321，所述环形凸起321用于抵紧在所述管道2的内壁上，所述连接套33套设在所述第二连接杆32上，且所述连接套33与所述第二连接杆32螺接。
所述连接套33靠近所述环形凸起321的一端设有压紧环331，所述压紧环331用于压紧在所述管道2的外侧。
所述连接套33穿过所述检测管21，所述第二锁紧螺母34套设在所述连接套33上，且所述第二锁紧螺母34与所述连接套33之间螺纹连接，所述第二锁紧螺母34与所述压紧环331从两侧压紧所述检测管。为了保证密封效果，所述环形凸起321靠近所述管道2的一端、所述压紧环331的两侧和所述第二锁紧螺母34靠近所述检测管的一侧均设有橡胶垫。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，包括气罐（1）、管道（2）和阀体（3）；所述管道（2）的一端与所述气罐（1）连通，所述管道（2）的另一端与燃料电池发动机（5）连接；所述阀体（3）安装于所述管道（2）上，所述阀体（3）用于控制所述管道（2）的通断；
其特征在于：所述气罐（1）的外周套设有一层壳体（11），所述壳体（11）与所述气罐（1）之间形成有第一检测腔（12）；
所述管道（2）的外周套设有一检测管（21），所述检测管（21）与所述管道（2）之间形成有第二检测腔（22）；所述第一检测腔（12）与所述第二检测腔（22）连通，形成检测空腔；
还包括第一压力检测器（4）；
所述第一压力检测器（4）用于检测所述检测空腔内的压力；
所述第一压力检测器（4）包括第一检测头（44），所述第一检测头（44）穿过所述壳体（11），且位于所述检测空腔内；
所述气罐（1）内的气体压力介于第一压力值与第二压力值之间，所述第一压力值小于所述第二压力值；所述第一压力值大于标准大气压；
所述检测空腔内的压力均为第三压力值；所述第三压力值介于环境气压和所述第一压力值之间；
当所述检测空腔内的压力与所述气罐（1）内的压力相等时，所述气罐（1）或所述管道（2）漏气；
当所述检测空腔内的压力接近环境气压时，所述壳体（11）或所述检测管（21）破损；
所述管道（2）远离所述气罐（1）的一端穿过所述燃料电池发动机（5）的外壳；所述管道（2）与所述燃料电池发动机（5）的外壳之间密封连接；
所述检测管（21）远离所述气罐（1）的一端与所述燃料电池发动机（5）的外壳固定连接，且所述检测管（21）与所述燃料电池发动机（5）的外壳之间密封连接；
所述燃料电池发动机（5）的外壳上设有插孔（51）；所述管道（2）穿过所述插孔（51），且所管道（2）与所述插孔（51）之间密封连接；
所述燃料电池发动机（5）的外壳上设有第一夹紧环（52）和第二夹紧环（53）；所述第一夹紧环（52）的内径大于所述第二夹紧环（53）的外径；所述第一夹紧环（52）和所述第二夹紧环（53）均与所述插孔（51）同轴设置，并在所述第一夹紧环（52）与所述第二夹紧环（53）之间形成夹紧槽（54）；
所述检测管（21）远离所述气罐（1）的一端插设在所述夹紧槽（54）内，且所述检测管（21）与所述夹紧槽（54）之间密封连接。
2.根据权利要求1所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其特征在于：所述壳体（11）与所述气罐（1）之间设有支撑件（13），所述支撑件（13）安装在所述气罐（1）与所述壳体（11）之间，以保证所述壳体（11）与所述气罐（1）之间的相对位置。
3.根据权利要求2所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其特征在于：所述第一压力检测器（4）还包括第一连接杆（41）和第一密封螺母（42）；
所述壳体（11）上设有第一检测孔（111），所述第一检测孔（111）的内壁上嵌设有第一锁紧螺母（112）；
所述第一检测头（44）位于所述第一连接杆（41）的一端；
所述第一连接杆（41）与所述第一密封螺母（42）螺纹连接；
所述第一密封螺母（42）与所述第一连接杆（41）螺纹连接，且所述第一密封螺母（42）压紧在所述壳体（11）的外侧。
4.根据权利要求3所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其特征在于：所述第一连接杆（41）包括第一杆段（411）和第二杆段（412）；
所述第一杆段（411）的一端与所述第一检测头（44）连接，另一端与所述第二杆段（412）固定连接，所述第一杆段（411）的中心线与所述第二杆段（412）的中心线位于同一直线上；
所述第一杆段（411）的与所述第一锁紧螺母（112）螺接，所述第二杆段（412）与所述第一密封螺母（42）螺接；所述第二杆段（412）的直径小于所述第一杆段（411）的直径；
所述第一密封螺母（42）靠近所述壳体（11）的一侧设有第一密封垫（43），所述第一密封垫（43）被压紧于所述第一密封螺母（42）与所述壳体（11）之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测系统，其特征在于：所述第二夹紧环（53）远离所述燃料电池发动机（5）的外壳的一端的外周上设有锥面（531），所述锥面（531）的直径沿远离所述燃料电池发动机（5）的外壳的方向逐渐变小。
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