CN113851685A - 一种用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，包括防护件、氮气注入机构、压力检测件、氢气浓度检测件以及抽真空机构；防护件具有一用于收容船用燃料电池系统的防护腔；本发明的有益效果是：通过防护件罩设于船用燃料电池系统，并通过氮气注入机构向防护件内注入氮气，从而可对船用燃料电池系统的所有涉氢处进行惰化处理，降低氢气聚集风险，同时，通过压力检测件持续检测防护腔内的气体压强，通过氢气浓度检测件持续检测防护腔内的氢气浓度，从而可通过压力检测件及氢气浓度检测件检测船用燃料电池系统是否发生氢气泄露，当检测到氢气泄露时，通过抽真空机构将防护腔内气体抽出并排放到大气中，以防止因氢气积聚而产生事故。

Description

一种用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置
技术领域
本发明涉及船舶安全技术领域，尤其是涉及一种用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置。
背景技术
随着世界各国对海洋环境保护认识的不断提高，与船舶排放污染有关的环保法律、法规相继出台。“绿色航运”和“绿色船舶”的环保节能理念已成为今后船舶产品设计的重要标准和占领船舶市场的关键要素。
柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等传统船舶动力装置通过消耗柴油来产生动力，存在能量转换效率低、振动噪声等级高、污染气体排放等问题，已不能满足社会经济新的发展要求，采用高能量密度和可再生能源作为动力源已成为未来绿色船舶的重要发展方向。
氢燃料电池是21世纪动力能源技术制高点，具有如下优势特点：能量转化效率高、振动噪声低、零排放、模块化结构、低成本潜力、符合国家安全和能源战略。因此，采用氢燃料电池系统的绿色船舶可实现能源高效利用、零排放和舒适度提升，是未来绿色船舶动力装置的理想方案（如申请号为CN202110001177.3的中国发明专利）。
而氢燃料电池在船上应用技术还不成熟，需针对工程化应用的相关关键技术开展先期验证研究，特别是氢气安全性问题，相关船舶氢燃料电池领域的法规、规范和标准都对涉氢设备和管道的设计提出严格要求，以防止燃料电池系统内因氢气泄露并积聚产生的事故。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其可以防止燃料电池系统内因氢气泄露并积聚而产生事故。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，包括防护件、氮气注入机构、压力检测件、氢气浓度检测件以及抽真空机构；
所述防护件具有一密闭的、且用于收容所述船用燃料电池系统的防护腔；
所述氮气注入机构用于向所述防护腔内注入氮气；
所述压力检测件用于检测所述防护腔内的气体压强；
所述氢气浓度检测件用于检测所述防护腔内的氢气浓度；
所述抽真空机构与所述防护腔连通、并用于使所述防护腔处于真空状态。
在一些实施例中，所述船用燃料电池系统包括储氢装置、第一阀组、燃料电池电堆、第二阀组及连接管，所述第一阀组的一端与所述储氢装置连通，所述第二阀组的一端与所述燃料电池电堆连通，所述连接管的一端与所述第一阀组的另一端连通，所述连接管的另一端与所述第二阀组的另一端连通；所述防护件包括阀箱、保护罩及套管组件，所述阀箱具有一密闭的、且用于收容所述第一阀组的第一防护腔，所述保护罩具有一密闭的、且用于收容所述燃料电池电堆及所述第二阀组的第二防护腔，所述套管组件套设于所述连接管上，所述套管组件的一端与所述第一防护腔连通，所述套管组件的另一端与所述第二防护腔连通。
在一些实施例中，所述套管组件包括第一套管、第二套管及第三套管，所述第一套管设置于燃料电池舱内，所述第一套管的一端与所述第二防护腔连通，所述第二套管设置于隔仓内，所述第二套管的一端与所述第一套管的另一端连通，所述第三套管设置于储氢处所，所述第三套管的一端与所述第二套管的另一端连通，所述第三套管的另一端与所述第一防护腔连通。
在一些实施例中，所述套管组件还包括第一接头、第二接头、第三接头及第四接头，所述第一接头的两端分别与所述第一套管的一端及所述第二防护腔连通，所述第二接头的两端分别与所述第一套管的另一端及所述第二套管的一端连通，所述第三接头的两端分别与所述第二套管的另一端及所述第三套管的一端连通，所述第四接头的两端分别与所述第三套管的另一端及所述第一防护腔连通。
在一些实施例中，所述压力检测件包括第一压力检测器及第二压力检测器，所述第一压力检测器用于检测所述第一防护腔内的压强，所述第二压力检测器用于检测所述第二防护腔内的压强。
在一些实施例中，所述氢气浓度检测件包括第一氢气浓度检测器及第二氢气浓度检测器，所述第一氢气浓度检测器用于检测所述第一防护腔内的氢气浓度，所述第二氢气浓度检测器用于检测所述第二防护腔内的氢气浓度。
在一些实施例中，所述氮气注入机构包括氮气瓶、注气管道、减压阀、第一控制阀及第一止回阀，所述注气管道的一端与所述氮气瓶连通，所述注气管道的另一端与所述防护腔连通，所述减压阀、所述第一控制阀及所述第一止回阀均设置于所述注气管道上。
在一些实施例中，所述氮气注入机构还包括安全阀，所述安全阀的进口与所述注气管道连通。
在一些实施例中，所述抽真空机构包括真空泵、抽气管道、第二控制阀及第二止回阀，所述抽气管道的一端与所述真空泵的进口连通，所述抽气管道的另一端与所述防护腔连通，所述第二控制阀及所述第二止回阀均设置于所述抽气管道上。
在一些实施例中，所述抽真空机构还包括阻火器，所述阻火器的进口与所述真空泵的出口连通。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过防护件罩设于船用燃料电池系统，并通过氮气注入机构向防护件内注入氮气，从而可对船用燃料电池系统的所有涉氢处进行惰化处理，降低氢气聚集风险，同时，通过压力检测件持续检测防护腔内的气体压强，通过氢气浓度检测件持续检测防护腔内的氢气浓度，从而可通过压力检测件及氢气浓度检测件检测船用燃料电池系统是否发生氢气泄露，当检测到氢气泄露时，通过抽真空机构将防护腔内气体抽出并排放到大气中，以防止因氢气积聚而产生事故，从而通过本装置可大大降低因氢气泄露并聚集而产生事故的风险，大大提高了船用燃料电池系统的安全性。
附图说明
图1是本发明提供的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置的一实施例的结构示意图；
图2是图1中的套管组件的结构示意图；
图3是图1中的氮气注入机构的结构示意图；
图4是图1中的抽真空机构的结构示意图；
图中：1-船用燃料电池系统、11-储氢装置、12-第一阀组、13-燃料电池电堆、14-第二阀组、15-连接管、2-防氢气泄露装置、21-防护件、211-阀箱、212-保护罩、213-套管组件、2131-第一套管、2132-第二套管、2133-第三套管、2134-第一接头、2135-第二接头、2136-第三接头、2137-第四接头、22-氮气注入机构、221-氮气瓶、222-注气管道、223-减压阀、224-第一控制阀、225-第一止回阀、226-安全阀、231-第一压力检测器、232-第二压力检测器、241-第一氢气浓度检测器、242-第二氢气浓度检测器、25-抽真空机构、251-真空泵、252-抽气管道、253-第二控制阀、254-第二止回阀、255-阻火器。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1，本发明提供了一种用于船用燃料电池系统1的防氢气泄露装置2，其中，所述船用燃料电池系统1包括储氢装置11、第一阀组12、燃料电池电堆13、第二阀组14及连接管15，所述第一阀组12的一端与所述储氢装置11连通，所述第二阀组14的一端与所述燃料电池电堆13连通，所述连接管15的一端与所述第一阀组12的另一端连通，所述连接管15的另一端与所述第二阀组14的另一端连通，在使用时，储氢装置11内的氢气经由第一阀组12、连接管15及第二阀组14进入燃料电池电堆13内，燃料电池电堆13内氢气发生电化学反应而产生电能，在船用燃料电池系统1中，第一阀组12、燃料电池电堆13、第二阀组14及连接管15的连接处易发生氢气泄露，燃料电池电堆13由于其多片叠加的密封结构，不可避免的也存在持续微量漏气的情况，而储氢装置11密封性良好，通常不易漏气。
为了防止燃料电池系统内因氢气泄露并积聚而产生事故，本发明提供的防氢气泄露装置2包括防护件21、氮气注入机构22、压力检测件、氢气浓度检测件以及抽真空机构25。
所述防护件21具有一密闭的、且用于收容所述船用燃料电池系统1的防护腔。所述氮气注入机构22用于向所述防护腔内注入氮气。所述压力检测件用于检测所述防护腔内的气体压强。所述氢气浓度检测件用于检测所述防护腔内的氢气浓度。所述抽真空机构25与所述防护腔连通、并用于使所述防护腔处于真空状态。
在使用时，通过氮气注入机构22向防护腔内注入一定量的氮气，且使防护腔内气压略高于船用燃料电池系统1内的压强，通过压力检测件持续检测防护腔内的气体压强，通过氢气浓度检测件持续检测防护腔内的氢气浓度，当船用燃料电池系统1发生氢气泄露时，防护腔内的气体压强会发生变化，同时，防护腔内的氢气浓度也会增加，具体来说，当防护腔内的气体压强超过140kPa或低于100kPa，且氢气浓度达到20%爆炸浓度上限时，系统报警，当防护腔内的气体压强超过160kPa或低于80kPa，且氢气浓度达到25%爆炸浓度上限时，停止船用燃料电池系统1的运行，且通过抽真空机构25将防护腔内气体抽出并排放到大气中，以防止因氢气积聚而产生事故。
本发明通过防护件21罩设于船用燃料电池系统1，并通过氮气注入机构22向防护件21内注入氮气，从而可对船用燃料电池系统1的所有涉氢处进行惰化处理，降低氢气聚集风险，同时，通过压力检测件持续检测防护腔内的气体压强，通过氢气浓度检测件持续检测防护腔内的氢气浓度，从而可通过压力检测件及氢气浓度检测件检测船用燃料电池系统1是否发生氢气泄露，当检测到氢气泄露时，通过抽真空机构25将防护腔内气体抽出并排放到大气中，以防止因氢气积聚而产生事故，从而通过本装置可大大降低因氢气泄露并聚集而产生事故的风险，大大提高了船用燃料电池系统1的安全性。
为了具体实现防护件21的功能，请参照图1和图2，在一优选的实施例中，所述防护件21包括阀箱211、保护罩212及套管组件213，所述阀箱211具有一密闭的、且用于收容所述第一阀组12的第一防护腔，所述保护罩212具有一密闭的、且用于收容所述燃料电池电堆13及所述第二阀组14的第二防护腔，所述套管组件213套设于所述连接管15上，所述套管组件213的一端与所述第一防护腔连通，所述套管组件213的另一端与所述第二防护腔连通。
为了便于套管组件213的安装，请参照图1和图2，在一优选的实施例中，所述套管组件213包括第一套管2131、第二套管2132及第三套管2133，所述第一套管2131设置于燃料电池舱内，所述第一套管2131的一端与所述第二防护腔连通，所述第二套管2132设置于隔仓内，所述第二套管2132的一端与所述第一套管2131的另一端连通，所述第三套管2133设置于储氢处所，所述第三套管2133的一端与所述第二套管2132的另一端连通，所述第三套管2133的另一端与所述第一防护腔连通。在安装时，可分别将第一套管2131、第二套管2132及第三套管2133安装在燃料电池舱、隔仓及储氢处所，再进行连接，从而可降低套管组件213的安装难度。
为了具体实现第一套管2131、第二套管2132及第三套管2133的连接，请参照图1和图2，在一优选的实施例中，所述套管组件213还包括第一接头2134、第二接头2135、第三接头2136及第四接头2137，所述第一接头2134的两端分别与所述第一套管2131的一端及所述第二防护腔连通，所述第二接头2135的两端分别与所述第一套管2131的另一端及所述第二套管2132的一端连通，所述第三接头2136的两端分别与所述第二套管2132的另一端及所述第三套管2133的一端连通，所述第四接头2137的两端分别与所述第三套管2133的另一端及所述第一防护腔连通。
为了具体实现压力检测件的功能，请参照图1，在一优选的实施例中，所述压力检测件包括第一压力检测器231及第二压力检测器232，所述第一压力检测器231用于检测所述第一防护腔内的压强，所述第二压力检测器232用于检测所述第二防护腔内的压强。
为了具体实现氢气浓度检测件的功能，请参照图1，在一优选的实施例中，所述氢气浓度检测件包括第一氢气浓度检测器241及第二氢气浓度检测器242，所述第一氢气浓度检测器241用于检测所述第一防护腔内的氢气浓度，所述第二氢气浓度检测器242用于检测所述第二防护腔内的氢气浓度。
为了具体实现氮气注入机构22的功能，请参照图1和图3，在一优选的实施例中，所述氮气注入机构22包括氮气瓶221、注气管道222、减压阀223、第一控制阀224及第一止回阀225，所述注气管道222的一端与所述氮气瓶221连通，所述注气管道222的另一端与所述防护腔连通，所述减压阀223、所述第一控制阀224及所述第一止回阀225均设置于所述注气管道222上，其中，减压阀223的作用是控制注入的氮气的压力，使其略高于船用燃料电池系统1内氢气的压力（本实施例中压力处于0.12MPa±5kPa的范围内），第一止回阀225的作用是防止气体倒流。
需要指出的是，阀箱211、保护罩212及套管组件213内除了可以通入氮气外，在本发明的其他实施例中，阀箱211、保护罩212及套管组件213内还可以采用正压通风，通风流量要求满足氢气浓度不高于爆炸上限的25%。
为了提高氮气注入机构22的安全性，请参照图1和图3，在一优选的实施例中，所述氮气注入机构22还包括安全阀226，所述安全阀226的进口与所述注气管道222连通。
为了具体实现抽真空机构25的功能，请参照图1和图4，在一优选的实施例中，所述抽真空机构25包括真空泵251、抽气管道252、第二控制阀253及第二止回阀254，所述抽气管道252的一端与所述真空泵251的进口连通，所述抽气管道252的另一端与所述防护腔连通，所述第二控制阀253及所述第二止回阀254均设置于所述抽气管道252上，其中，第二止回阀254的作用是防止气体倒流。
为了防止抽真空机构25排放氢气时发生爆炸，请参照图1和图4，在一优选的实施例中，所述抽真空机构25还包括阻火器255，所述阻火器255的进口与所述真空泵251的出口连通，从而可通过阻火器255防止排放氢气时发生爆炸。
为了更好地理解本发明，以下结合图1-图4来对本发明提供的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置的工作过程进行详细说明：在使用时，通过氮气注入机构22向防护腔内注入一定量的氮气，且使防护腔内气压略高于船用燃料电池系统1内的压强，通过压力检测件持续检测防护腔内的气体压强，通过氢气浓度检测件持续检测防护腔内的氢气浓度，当船用燃料电池系统1发生氢气泄露时，防护腔内的气体压强会发生变化，同时，防护腔内的氢气浓度也会增加，具体来说，当防护腔内的气体压强超过140kPa或低于100kPa，且氢气浓度达到20%爆炸浓度上限时，系统报警，当防护腔内的气体压强超过160kPa或低于80kPa，且氢气浓度达到25%爆炸浓度上限时，停止船用燃料电池系统1的运行，且通过抽真空机构25将防护腔内气体抽出并排放到大气中，以防止因氢气积聚而产生事故。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，包括防护件、氮气注入机构、压力检测件、氢气浓度检测件以及抽真空机构；
所述防护件具有一密闭的、且用于收容所述船用燃料电池系统的防护腔；
所述氮气注入机构用于向所述防护腔内注入氮气；
所述压力检测件用于检测所述防护腔内的气体压强；
所述氢气浓度检测件用于检测所述防护腔内的氢气浓度；
所述抽真空机构与所述防护腔连通、并用于使所述防护腔处于真空状态。
2.根据权利要求1所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述船用燃料电池系统包括储氢装置、第一阀组、燃料电池电堆、第二阀组及连接管，所述第一阀组的一端与所述储氢装置连通，所述第二阀组的一端与所述燃料电池电堆连通，所述连接管的一端与所述第一阀组的另一端连通，所述连接管的另一端与所述第二阀组的另一端连通；
所述防护件包括阀箱、保护罩及套管组件，所述阀箱具有一密闭的、且用于收容所述第一阀组的第一防护腔，所述保护罩具有一密闭的、且用于收容所述燃料电池电堆及所述第二阀组的第二防护腔，所述套管组件套设于所述连接管上，所述套管组件的一端与所述第一防护腔连通，所述套管组件的另一端与所述第二防护腔连通。
3.根据权利要求2所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述套管组件包括第一套管、第二套管及第三套管，所述第一套管设置于燃料电池舱内，所述第一套管的一端与所述第二防护腔连通，所述第二套管设置于隔仓内，所述第二套管的一端与所述第一套管的另一端连通，所述第三套管设置于储氢处所，所述第三套管的一端与所述第二套管的另一端连通，所述第三套管的另一端与所述第一防护腔连通。
4.根据权利要求3所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述套管组件还包括第一接头、第二接头、第三接头及第四接头，所述第一接头的两端分别与所述第一套管的一端及所述第二防护腔连通，所述第二接头的两端分别与所述第一套管的另一端及所述第二套管的一端连通，所述第三接头的两端分别与所述第二套管的另一端及所述第三套管的一端连通，所述第四接头的两端分别与所述第三套管的另一端及所述第一防护腔连通。
5.根据权利要求2所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述压力检测件包括第一压力检测器及第二压力检测器，所述第一压力检测器用于检测所述第一防护腔内的压强，所述第二压力检测器用于检测所述第二防护腔内的压强。
6.根据权利要求2所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述氢气浓度检测件包括第一氢气浓度检测器及第二氢气浓度检测器，所述第一氢气浓度检测器用于检测所述第一防护腔内的氢气浓度，所述第二氢气浓度检测器用于检测所述第二防护腔内的氢气浓度。
7.根据权利要求1所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述氮气注入机构包括氮气瓶、注气管道、减压阀、第一控制阀及第一止回阀，所述注气管道的一端与所述氮气瓶连通，所述注气管道的另一端与所述防护腔连通，所述减压阀、所述第一控制阀及所述第一止回阀均设置于所述注气管道上。
8.根据权利要求7所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述氮气注入机构还包括安全阀，所述安全阀的进口与所述注气管道连通。
9.根据权利要求1所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述抽真空机构包括真空泵、抽气管道、第二控制阀及第二止回阀，所述抽气管道的一端与所述真空泵的进口连通，所述抽气管道的另一端与所述防护腔连通，所述第二控制阀及所述第二止回阀均设置于所述抽气管道上。
10.根据权利要求9所述的用于船用燃料电池系统的防氢气泄露装置，其特征在于，所述抽真空机构还包括阻火器，所述阻火器的进口与所述真空泵的出口连通。
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