CN114811439B - 一种氢气管道装置以及制氢机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于制氢机技术领域，特别是涉及一种氢气管道装置以及制氢机，氢气管道装置包括氢气安全管路、管路转接件、氢气吸入管、氢氧混合管和空气管路；管路转接件中设置有预混合腔，氢气安全管路的出口单方向地连通预混合腔，氢气吸入管的入口与预混合腔连通，氢氧混合管中设置有混合腔，氢气吸入管的出口伸入混合腔中，空气管路与氢氧混合管连通，混合腔用于氢气和空气的混合；氢气吸入管包括第一管体部和第二管体部，第二管体部的内径沿着远离第一管体部的方向逐渐减小，以控制氢气的流量。本发明通过氢气吸入管控制氢气的流量，使其低于可燃范围，实现降低氢气和空气混合后的燃烧风险，阻止氢气燃烧，防止爆炸，保证制氢机的使用安全。
Description
技术领域
本发明属于制氢机技术领域，特别是涉及一种氢气管道装置以及制氢机。
背景技术
随着氢气医疗领域的不断探索，氢气治疗得到了越来越多的临床医师的认可，然而限制氢气在医疗领域方面大规模应用的主要原因是对于安全方面的担忧。氢气在空气中发生燃烧的浓度是4.7-75％，可燃范围较宽，且氢气燃烧时火焰传播迅速、火焰颜色较浅等因素，难以及时发现火情，更加剧了氢气的安全隐患。
医用制氢机生产的氢气纯度高达99.9％以上，患者吸入气体的氢气体积分数低于2％，在氢气产出部分和氢气输出部分并无氢气爆燃风险，风险集中在制氢机内部的氢气和空气混合部分，氢气和空气混合腔内具有一定的燃烧风险。传统氢氧混合采用开放式管道，一旦燃烧起火便会形成爆炸，导致人员受伤、机器损坏等严重后果。
现有的制氢机中在氢气管道中加入管道阻火器，但是具有结构复杂、寿命短、可靠性低等诸多缺点，并不适用于医疗器械领域。水蒸气湿化制备氢气的方法虽能一定程度降低燃烧传播速度和燃烧风险，但受使用环境温度的限制，不能彻底解决燃烧风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有的制氢机中氢气和空气混合时具有燃烧风险的问题，提供一种氢气管道装置以及制氢机。
为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种氢气管道装置，包括氢气安全管路、管路转接件、氢气吸入管、氢氧混合管、单向流通机构和空气管路；
所述管路转接件中设置有预混合腔，所述氢气安全管路的入口用于输入氢气，所述氢气吸入管的入口与所述预混合腔连通，所述氢氧混合管中设置有混合腔，所述氢气吸入管的出口伸入所述混合腔中，以向所述混合腔输送氢气，所述空气管路与所述氢氧混合管连通，所述空气管路用于向所述混合腔中输入空气，所述混合腔用于氢气和空气的混合；
所述单向流通机构设置在所述管路转接件中，以使得所述氢气安全管路向所述预混合腔单向连通；
所述氢气吸入管包括第一管体部和第二管体部，所述第一管体部连接在所述管路转接件和所述第二管体部之间，所述氢气吸入管的出口位于所述第二管体部的远离所述第一管体部的一端，所述第二管体部的内径沿着远离所述第一管体部的方向逐渐减小，以控制经由所述氢气吸入管输出到所述混合腔中的氢气的流量。
可选地，所述氢气吸入管的出口的内径小于1mm。
可选地，所述单向流通机构包括安全阀盖、阀盖压杆及压杆弹簧，所述安全阀盖用于封堵所述氢气安全管路的出口；所述阀盖压杆的一端连接所述压杆弹簧的一端，所述压杆弹簧的另一端与所述管路转接件抵接，所述阀盖压杆的另一端连接所述安全阀盖；
所述管路转接件包括转接件本体，所述预混合腔设置在所述转接件本体内，所述转接件本体内设置有供所述安全阀盖移动的通道，所述通道与所述预混合腔连通，所述氢气安全管路的出口的位置与所述预混合腔的入口的位置沿着所述通道的延伸方向错位设置，所述氢气安全管路中的氢气能够推动所述安全阀盖克服所述压杆弹簧的弹力沿所述通道移动，以使得所述安全阀盖离开所述氢气安全管路的出口，进而使得所述氢气安全管路与所述预混合腔连通。
可选地，所述管路转接件还包括安装在所述转接件本体上的上盖，所述上盖包括盖体和安装在所述盖体上的导向管，所述导向管伸入所述通道，所述导向管的内部设置有导向孔，所述压杆弹簧及所述阀盖压杆设置在所述导向孔中，所述压杆弹簧的另一端与所述导向孔的底壁抵接，所述阀盖压杆滑动连接在所述导向孔内，所述阀盖压杆的与所述安全阀盖连接的一端伸出所述导向孔。
可选地，所述上盖还包括压力腔和用于检测所述压力腔中压力的压力传感器，所述压力传感器安装在所述盖体上，所述压力腔环绕所述导向管设置，所述压力腔与所述通道连通。
可选地，所述氢氧混合管包括第三管体部和第四管体部，所述第三管体部连接所述氢气吸入管和所述第四管体部；
所述混合腔设置在所述第四管体部的靠近所述第三管体部的一端的内部，所述第四管体部内还设置有流速降低通道，所述流速降低通道与所述混合腔连通，所述第二管体部插接在所述第三管体部中，所述氢气吸入管的出口位于所述混合腔中。
可选地，所述混合腔的内径向着远离所述第三管体部的方向逐渐减小，所述空气管路连接在所述第三管体部上，所述空气管路中的空气经由所述第三管体部进入到所述混合腔中，以在所述第二管体部的外壁和所述混合腔的内壁之间形成负压。
可选地，所述空气管路包括管体、第一气体通道和第二气体通道，所述第一气体通道和所述第二气体通道连通，所述第一气体通道的轴向方向和所述第二气体通道的轴向方向相互垂直，所述第三管体部设置在所述第一气体通道中；
所述第三管体部上设置有多个通气孔，所述第二气体通道经由所述通气孔与所述第三管体部连通，进而使得所述第二气体通道与所述混合腔连通。
可选地，所述氢气管道装置还包括连接在所述预混合腔和所述氢气吸入管的入口之间的连接管，所述连接管的长度为30～40mm。
另一方面，本发明实施例提供一种制氢机，包括如前所述的氢气管道装置。
本发明提供的所述氢气管道装置中，通过所述氢气安全管路与所述预混合腔的单方向连通保持氢气的纯度，增加所述预混合腔的安全性，所述第二管体部的内径逐渐减小，通过控制所述氢气吸入管的出口的尺寸能够控制氢气的流量，进而控制所述混合腔中氢气的含量，使氢气体积分数低于可燃范围，实现降低氢气和空气混合后的燃烧风险，阻止氢气燃烧，防止爆炸，保证制氢机的使用安全。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的氢气管道装置的示意图；
图2是本发明一实施例提供的氢气管道装置的分解图；
图3是本发明一实施例提供的管路转接件的示意图；
图4是本发明一实施例提供的氢气吸入管、氢氧混合管和空气管路的连接示意图。
说明书中的附图标记如下：
1、氢气安全管路；11、第一段管路；12、第二段管路；
2、管路转接件；21、转接件本体；211、预混合腔；212、通道；22、阀盖压杆；23、压杆弹簧；24、上盖；241、盖体；242、导向管；243、压力腔；244、压力传感器；25、安全阀盖；
3、氢气吸入管；31、第一管体部；311、连接通道；312、过渡通道；32、第二管体部；
4、氢氧混合管；41、第三管体部；411、通气孔；42、第四管体部；421、混合腔；422、流速降低通道；
5、空气管路；51、管体；52、第一气体通道；53、第二气体通道；
6、连接管。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图4所示，一方面，本发明一实施例提供一种氢气管道装置，包括氢气安全管路1、管路转接件2、氢气吸入管3、氢氧混合管4、单向流通机构和空气管路5。
所述管路转接件2中设置有预混合腔211，所述氢气安全管路1的入口用于输入氢气，所述氢气吸入管3的入口与所述预混合腔211连通，所述氢氧混合管4中设置有混合腔421，所述氢气吸入管3的出口伸入所述混合腔421中，以向所述混合腔421输送氢气，所述空气管路5与所述氢氧混合管4连通，所述空气管路5用于向所述混合腔421中输入空气，所述混合腔421用于氢气和空气的混合。
由所述氢气安全管路1的入口进入的氢气依次经由所述氢气安全管路1、所述预混合腔211、所述氢气吸入管3后进入到所述氢氧混合管4的所述混合腔421中，同时，所述空气管路5向所述混合腔421中通入空气，空气和氢气在所述混合腔421中进行混合。
所述单向流通机构设置在所述管路转接件2中，所述氢气安全管路1的出口向所述预混合腔211单向连通，能够实现氢气的单向密封，具体地，氢气能够经由所述氢气安全管路1进入到所述预混合腔211中，且所述预混合腔211中的氢气不能倒流进入所述氢气安全管路1中，使得所述氢气安全管路1中的氢气保持极高的纯度，纯度高于氢气在空气中的可燃烧比例，保证氢气的安全性。
所述氢气吸入管3包括第一管体部31和第二管体部32，所述第一管体部31连接在所述管路转接件2和所述第二管体部32之间，所述氢气吸入管3的出口位于所述第二管体部32的远离所述第一管体部31的一端，所述氢气吸入管3的出口设置在所述混合腔421中，氢气从所述氢气吸入管3的出口流出后直接进入到所述混合腔421中，所述第二管体部32的内径沿着远离所述第一管体部31的方向逐渐减小，以控制经由所述氢气吸入管3输出到所述混合腔421中的氢气的流量。
本发明提供的所述氢气管道装置中，通过所述氢气安全管路1与所述预混合腔211的单方向连通保持氢气的纯度，增加所述预混合腔211的安全性，所述第二管体部32的内径逐渐减小，通过控制所述氢气吸入管3的出口的尺寸能够控制氢气的流量，进而控制所述混合腔421中氢气的含量，使氢气体积分数低于可燃范围，实现降低氢气和空气混合后的燃烧风险，阻止氢气燃烧，防止爆炸，保证制氢机的使用安全。
在一实施例中，所述氢气吸入管3的出口的内径小于1mm，使得所述混合腔421中氢气的体积分数保持在2％左右，低于可燃范围。
如图1、图3所示，在一实施例中，所述氢气管道装置还包括连接在所述预混合腔211和所述氢气吸入管3的入口之间的连接管6，将所述预混合腔211中的氢气通入到所述氢气吸入管3中，同时还具有储存氢气的作用，制氢机中一般采用电解水制氢的方法，氢气的产生过程需要一定的时间，在制氢机待机时也会持续地制氢，这些氢气会储存在所述预混合氢和所述连接管6中，在制氢机开机使用时，能够及时提供氢气。
所述连接管6的长度为30～40mm，所述连接管6的长度小于30mm时，所述预混合腔211和所述连接管6中储存氢气量较少，不能够保证制氢机开机时保证后续氢气的不间断供应，且持续制氢时，会造成所述预混合腔211中压力过大，所述连接管6的长度大于40mm时，虽然能够增加氢气储存量，但是在所述连接管6中未充满氢气时开机制氢机，会由于所述连接管6中氢气稀薄而影响所述氢气吸入管3的出口处氢气的流出，从而影响所述混合腔421中的氢气含量。根据氢气的产气时间，确定在30～40mm范围内时，既能够保证氢气的储存量，也不会影响到所述混合腔421中氢气的含量。
如图4所示，在一实施例中，所述第一管体部31内设置有连接通道311和过渡通道312，所述连接管6的远离所述预混合腔211的一端插接在所述连接通道311中，所述过渡通道312连接在所述连接通道311和所述第二管体部32之间，所述连接通道311为直径不变的圆柱形通道212，所述过渡通道312的直径向着远离所述连接通道311的方向逐渐减小，所述过渡通道312的靠近所述连接通道311的一端的直径小于所述连接通道311的直径。在所述过渡通道312和所述第二管体部32连接处，所述过渡通道312的直径和所述第二管体部32的内径相同。
如图3所示，在一实施例中，所述单向流通机构包括阀盖压杆22、压杆弹簧23和安全阀盖25，所述安全阀盖25用于封堵所述氢气安全管路1的出口，所述阀盖压杆22的一端连接所述压杆弹簧23的一端，所述压杆弹簧23的另一端与所述管路转接件2抵接，所述阀盖压杆22的另一端连接所述安全阀盖25。
所述管路转接件2包括转接件本体21，所述转接件本体21内设置有供所述安全阀盖25移动的通道212，所述安全阀盖25设置在所述通道212内并能够沿着所述通道212上下移动，所述预混合腔211设置在所述转接件本体21内，所述通道212与所述预混合腔211连通，所述氢气安全管路1的出口的位置与所述预混合腔211的入口的位置沿着所述通道212的延伸方向错位设置，所述氢气安全管路1中的氢气能够推动所述安全阀盖25克服所述压杆弹簧23的弹力，所述安全阀盖25沿所述通道212向上移动，以使得所述安全阀盖25离开所述氢气安全管路1的出口，进而使得所述氢气安全管路1与所述预混合腔211连通。
所述氢气安全管路1输出氢气时，氢气能够将所述安全阀盖25顶起，所述安全阀盖25顶起的高度为小于1mm，通过控制所述氢气安全管路1中的气体量能够控制所述安全阀盖25被顶起的高度。所述预混合腔211内部的氢气发生燃烧时，气体体积发生膨胀，膨胀气体能够增加所述安全阀盖25的下压力，使得所述安全阀盖25能够迅速地盖住所述氢气安全管路1的出口，阻止氢气继续进入所述预混合腔211，从而阻止燃烧，同时，也能防止火势蔓延到所述氢气安全管路1中。
如图3所示，在一实施例中，所述氢气安全管路1的出口设置在所述通道212的端部，所述预混合腔211的入口设置在所述通道212的侧面，所述预混合腔211的入口位于所述氢气安全管路1的出口的上方，所述安全阀盖25封盖在所述氢气安全管路1的出口上时，所述氢气安全管路1不能连通所述通道212，从而无法将氢气通入到所述预混合腔211中，所述安全阀盖25向上移动，当所述安全阀盖25的下表面移动至高于所述预混合腔211的入口的下边缘的位置时，所述氢气安全管路1与所述预混合腔211通过所述通道212连通，进而使得氢气进入到所述预混合腔211中。
在一实施例中，所述连接管6连接在所述转接件本体21的一侧，所述连接管6在竖直方向上低于所述预混合腔211，所述预混合腔211呈倾斜向下的趋势。
如图3所示，在一实施例中，所述管路转接件2还包括安装在所述转接件本体21上的上盖24，所述上盖24包括盖体241和安装在所述盖体241上的导向管242，所述导向管242伸入所述通道212中，所述导向管242的内部设置有导向孔，所述压杆弹簧23及所述阀盖压杆22设置在所述导向孔中，所述压杆弹簧23的另一端与所述导向孔的底壁抵接，所述阀盖压杆22的一端连接所述压杆弹簧23，所述阀盖压杆22的另一端伸出所述导向孔并所述安全阀盖25，所述阀盖压杆22滑动连接在所述导向孔内，能够在所述导向管242中上下移动，输入氢气时，所述安全阀盖25向上移动，所述压杆弹簧23被压缩，停止输入氢气时，所述压杆弹簧23能够推动所述安全阀盖25复位。
如图3所示，在一实施例中，所述上盖24还包括压力腔243和用于检测所述压力腔243中压力的压力传感器244，所述压力传感器244安装在所述盖体241上，所述压力腔243环绕所述导向管242设置，所述压力腔243与所述通道212连通，所述压力腔243经由所述通道212能够与所述预混合腔211连通，所述预混合腔211中氢气起火燃烧时，气体体积发生膨胀，能够增加所述通道212和所述压力腔243中的压力，当所述压力传感器244检测到压力突然增大时发送报警信号，同时反馈给制氢机停止氢气的电解反应。需要说明的是，向所述预混合腔211中持续通入氢气时，会导致所述压力腔243中的压力持续的增大，这种情况不在所述压力传感器244的报警范围内。
如图2、图4所示，在一实施例中，所述氢氧混合管4包括第三管体部41和第四管体部42，所述第三管体部41连接在所述氢气吸入管3和所述第四管体部42。所述混合腔421设置在所述第四管体部42的靠近所述第三管体部41的一端的内部，所述第四管体部42内还设置有流速降低通道422，所述流速降低通道422与所述混合腔421连通，所述流速降低通道422用于降低混合气体的流速，并输送至患者处，所述第二管体部32插接在所述第三管体部41中，所述氢气吸入管3的出口位于所述混合腔421中，将氢气输送到所述混合腔421中。
沿着所述第三管体部41的轴向方向上，所述第二管体部32的长度大于所述第三管体部41的长度，所述第三管体部41的远离所述第四管体部42的一端套在所述第二管体部32上，且所述第三管体部41的内径与所述第二管体部32的外径一致，能够防止气体从所述第二管体部32与所述第三管体部41之间的缝隙中露出。
如图4所示，在一实施例中，所述混合腔421的内径向着远离所述第三管体部41的方向逐渐减小，横截面积越小的地方，气体流速会越高，所述空气管路5连接在所述第三管体部41上，所述空气管路5中的空气经由所述第三管体部41进入到所述混合腔421中，以在所述第二管体部32的外壁和所述混合腔421的内壁之间形成负压，由于所述混合腔421内局部流速的加快，在所述氢气吸入管3的出口处形成负压区域，将所述预混合腔211内的氢气吸入所述混合腔421内，通过所述氢气吸入管3控制混合后气体的氢气含量，使得氢气体积分数保持在2％左右，低于可燃范围。通过所述混合腔421使得流入的混合气体形成湍流，在所述混合腔421内的氢气与空气能够快速充分混合，避免局部气体的氢气含量过高，增加安全性。
所述流速降低通道422的内径向着远离所述混合腔421的方向逐渐增加，所述混合腔421中的混合气体流入所述流速降低通道422中后能够得到缓冲，降低混合气体流速。
如图2、图4所示，在一实施例中，所述空气管路5包括管体51、第一气体通道52和第二气体通道53，所述第一气体通道52和所述第二气体通道53连通，所述第一气体通道52的轴向方向和所述第二气体通道53的轴向方向相互垂直，所述第一气体通道52沿着所述管体51的厚度方向贯穿所述管体51，在所述管体51的长度方向上，所述第二气体通道53自所述第一气体通道52的下边缘向着远离所述第一气体通道52的方向贯穿所述管体51。
所述第三管体部41设置在所述第一气体通道52中，所述第三管体部41上设置有多个通气孔411，多个所述通气孔411沿着所述第三管体部41的周向均匀布置，所述第二气体通道53经由所述通气孔411与所述第三管体部41连通，进而使得所述第二气体通道53与所述混合腔421连通。所述第二气体通道53用于输送空气，空气通过所述通气孔411进入到所述第三管体部41中，进而进入到所述混合腔421中。
如图3所示，在一实施例中，所述氢气安全管路1包括第一段管路11和第二段管路12，所述第二段管路12连接在所述第一段管路11和所述通道212之间，所述第二段管路12为倾斜向上的管路，有利于推动所述安全阀盖25移动。
所述第一段管路11的轴线和所述第二段管路12的轴线之间可以共线，也可以不共线，本实施例中，所述第一段管路11的轴线和所述第二段管路12的轴线不共线，所述第一段管路11为倾斜向下。
另一方面，本发明一实施例提供一种制氢机，包括如前所述的氢气管道装置，通过所述氢气管道装置能够使得氢气和空气快速混合，使氢气体积分数保持在2％左右，可降低氢气和空气混合时的燃烧风险，阻止燃烧，消除爆炸的可能，保证制氢机的使用安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氢气管道装置，其特征在于，包括氢气安全管路、管路转接件、氢气吸入管、氢氧混合管、单向流通机构和空气管路；
所述管路转接件中设置有预混合腔，所述氢气安全管路的入口用于输入氢气，所述氢气吸入管的入口与所述预混合腔连通，所述氢氧混合管中设置有混合腔，所述氢气吸入管的出口伸入所述混合腔中，以向所述混合腔输送氢气，所述空气管路与所述氢氧混合管连通，所述空气管路用于向所述混合腔中输入空气，所述混合腔用于氢气和空气的混合；
所述单向流通机构设置在所述管路转接件中，以使得所述氢气安全管路向所述预混合腔单向连通；
所述氢气吸入管包括第一管体部和第二管体部，所述第一管体部连接在所述管路转接件和所述第二管体部之间，所述氢气吸入管的出口位于所述第二管体部的远离所述第一管体部的一端，所述第二管体部的内径沿着远离所述第一管体部的方向逐渐减小，以控制经由所述氢气吸入管输出到所述混合腔中的氢气的流量。
2.如权利要求1所述的氢气管道装置，其特征在于，所述氢气吸入管的出口的内径小于1mm。
3.如权利要求1所述的氢气管道装置，其特征在于，所述单向流通机构包括安全阀盖、阀盖压杆及压杆弹簧，所述安全阀盖用于封堵所述氢气安全管路的出口；所述阀盖压杆的一端连接所述压杆弹簧的一端，所述压杆弹簧的另一端与所述管路转接件抵接，所述阀盖压杆的另一端连接所述安全阀盖；
所述管路转接件包括转接件本体，所述预混合腔设置在所述转接件本体内，所述转接件本体内设置有供所述安全阀盖移动的通道，所述通道与所述预混合腔连通，所述氢气安全管路的出口的位置与所述预混合腔的入口的位置沿着所述通道的延伸方向错位设置，所述氢气安全管路中的氢气能够推动所述安全阀盖克服所述压杆弹簧的弹力沿所述通道移动，以使得所述安全阀盖离开所述氢气安全管路的出口，进而使得所述氢气安全管路与所述预混合腔连通。
4.如权利要求3所述的氢气管道装置，其特征在于，所述管路转接件还包括安装在所述转接件本体上的上盖，所述上盖包括盖体和安装在所述盖体上的导向管，所述导向管伸入所述通道，所述导向管的内部设置有导向孔，所述压杆弹簧及所述阀盖压杆设置在所述导向孔中，所述压杆弹簧的另一端与所述导向孔的底壁抵接，所述阀盖压杆滑动连接在所述导向孔内，所述阀盖压杆的与所述安全阀盖连接的一端伸出所述导向孔。
5.如权利要求4所述的氢气管道装置，其特征在于，所述上盖还包括压力腔和用于检测所述压力腔中压力的压力传感器，所述压力传感器安装在所述盖体上，所述压力腔环绕所述导向管设置，所述压力腔与所述通道连通。
6.如权利要求1所述的氢气管道装置，其特征在于，所述氢氧混合管包括第三管体部和第四管体部，所述第三管体部连接所述氢气吸入管和所述第四管体部；
所述混合腔设置在所述第四管体部的靠近所述第三管体部的一端的内部，所述第四管体部内还设置有流速降低通道，所述流速降低通道与所述混合腔连通，所述第二管体部插接在所述第三管体部中，所述氢气吸入管的出口位于所述混合腔中。
7.如权利要求6所述的氢气管道装置，其特征在于，所述混合腔的内径向着远离所述第三管体部的方向逐渐减小，所述空气管路连接在所述第三管体部上，所述空气管路中的空气经由所述第三管体部进入到所述混合腔中，以在所述第二管体部的外壁和所述混合腔的内壁之间形成负压。
8.如权利要求6所述的氢气管道装置，其特征在于，所述空气管路包括管体、第一气体通道和第二气体通道，所述第一气体通道和所述第二气体通道连通，所述第一气体通道的轴向方向和所述第二气体通道的轴向方向相互垂直，所述第三管体部设置在所述第一气体通道中；
所述第三管体部上设置有多个通气孔，所述第二气体通道经由所述通气孔与所述第三管体部连通，进而使得所述第二气体通道与所述混合腔连通。
9.如权利要求1所述的氢气管道装置，其特征在于，所述氢气管道装置还包括连接在所述预混合腔和所述氢气吸入管的入口之间的连接管，所述连接管的长度为30～40mm。
10.一种制氢机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的氢气管道装置。
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