CN115192941B - 一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，阻火装置的主通道中设有用于传输气体的沿垂直于气体传输方向即截面方向上均匀分布的若干根排气管束、以及用于固定此若干根排气管束空间位置的上游面板和下游面板；上游面板、下游面板、主通道的内壁面、排气管束的外壁面形成密闭空间，密闭空间中充装有液态水；下游面板上设有与密闭空间相连通的喷嘴，且喷嘴的出水口朝向汽车排放管道的下游管段，用于向下游管段中喷水。本发明的阻火装置具备防回火功能，可以喷射水流阻断排放管内火焰蔓延，能够快速阻断火焰沿着汽车排放管道向燃料动力系统蔓延，对提高燃料电池汽车安全性能和推广燃料电池汽车应用具有重要的工程意义。

Description

一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置

技术领域

本发明涉及管道阻火技术领域，尤其是一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置。

背景技术

随着传统化石能源带来日益严重、不可忽视的环境污染问题，全球各国都在迫切地寻找低碳排放、清洁环保的绿色能源。交通运输业作为现代日常生活中主要碳排放的产业，亟需清洁高效的新能源动力代替传统化石能源动力。因此，碳排放量显著的传统燃油汽车正在被环境友好的、零碳排放的锂电池汽车和燃料电池汽车逐步取代。燃料电池汽车相较于锂电池汽车具有燃料加注时间短、续航里程长的优点。随着燃料电池技术的进步，我国的多个城市已经开展氢能燃料电池汽车示范运行，在可预见的未来，燃料电池汽车具有非常广阔的发展前景。

燃料电池汽车由于技术尚不成熟，存在不可避免的燃料泄漏问题，泄漏的燃料在汽车排放管道处与新鲜空气混合，在高温环境或遇明火条件下可能引发后果更加严重的汽车火灾和爆炸事故。所以，加强燃料电池汽车排放管道的防火防爆设计是提高燃料电池汽车安全性能的关键技术。

目前，由于燃料电池汽车的研发与应用处在起步阶段，因此，有关燃料电池汽车排放管道防火设计尚是技术空白。燃料电池汽车排放管道防火设计面临的主要问题包含两个方面，其一是当泄漏的燃料在汽车排放管道处发生引燃现象时，燃料电池汽车排放管道未能及时探测排放管处的火焰，并缺乏排放管防火快速响应机制；其二是当火焰在排放管内蔓延时，燃料电池汽车排放管道缺乏相应的灭火技术以阻断火焰沿着排放管向燃料动力系统蔓延。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，具备防回火功能，可以喷射水流阻断排放管内火焰蔓延，能够快速阻断火焰沿着汽车排放管道向燃料动力系统蔓延，对提高燃料电池汽车安全性能和推广燃料电池汽车应用具有重要的工程意义。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，阻火装置包括主通道，所述主通道的进气端与汽车排放管道的上游管段相连接，所述主通道的出气端与汽车排放管道的下游管段相连接；

所述主通道中设有用于传输气体的排气管束；

所述主通道中还设有上游面板和下游面板；所述上游面板和下游面板在主通道中均沿垂直于气体传输方向放置，且与主通道的内壁面相连接；所述上游面板靠近主通道的进气端，所述下游面板靠近主通道的出气端；

所述上游面板和下游面板上均开设有与排气管束相对应的通孔，所述排气管束的进气端与上游面板的通孔相对应连接，所述排气管束的出气端与下游面板的通孔相对应连接；

所述上游面板、下游面板、主通道的内壁面、排气管束的外壁面围成密闭空间，所述密闭空间中充装有液态水；

所述下游面板上还设有喷嘴；所述喷嘴的进水口与密闭空间相连通；所述喷嘴的出水口朝向汽车排放管道的下游管段，用于向下游管段中喷水。

优选的，所述喷嘴上设有电磁阀，所述电磁阀与上位机通讯连接，上位机控制电磁阀的开关状态，从而控制喷嘴的喷水状态。

优选的，汽车排放管道的下游管段中设有火焰探测器，所述火焰探测器与上位机通讯连接，向上位机发送探测信号；若火焰探测器探测到下游管段中有火焰并向上位机发送探测信号，则上位机控制电磁阀的阀口打开，喷嘴向下游管段中喷水。

优选的，所述上位机与电磁阀、火焰探测器采用有线或无线的方式通讯连接。

优选的，所述主通道中沿垂直于气体传输方向即截面方向上均匀分布有若干根排气管束，且此若干根排气管束之间留有间隙；所述上游面板和下游面板上均开设有与此若干根排气管束相对应的若干个通孔。

优选的，所述排气管束的材质为金属铝。

优选的，阻火装置还包括两个渐变通道和两个传输通道，分别为上游渐变通道、上游传输通道、下游渐变通道、下游传输通道；

所述主通道的进气端通过上游渐变通道与上游传输通道相连接，上游传输通道远离主通道的一端与汽车排放管道的上游管段相连接；

所述主通道的出气端通过下游渐变通道与下游传输通道相连接，下游传输通道远离主通道的一端与汽车排放管道的下游管段相连接。

优选的，所述主通道的截面面积大于传输通道的截面面积；所述渐变通道连接主通道的端面面积大于连接传输通道的端面面积。

优选的，上游传输通道通过上游法兰与汽车排放管道的上游管段相连接；下游传输通道通过下游法兰与汽车排放管道的下游管段相连接。

本发明的优点在于：

(1)本发明的阻火装置具备防回火功能，通过阻火装置内设的液态水对汽车排放管道进行喷水，液态水喷出后最终将溢满整个燃料电池汽车排放管道的下游管段，进而扑灭下游管段中的火焰，起到了防回火的作用，能够阻断火焰沿着汽车排放管道向燃料动力系统蔓延，可以成功地防止火焰回火对燃料电池汽车的燃料动力系统造成威胁，对提高燃料电池汽车安全性能和推广燃料电池汽车应用具有重要的工程意义。

(2)本发明的阻火装置设有电磁阀，通过电磁阀的快速启闭效果，实现对汽车排放管道喷水的快速响应，从而能够快速阻断火焰沿着汽车排放管道向燃料动力系统蔓延。

(3)本发明的阻火装置还设有火焰探测器，通过火焰探测器实现对燃料电池汽车排放管道内的火焰进行精准探测，且还提供了排放管道的防火快速响应机制，通过上位机控制电磁阀实现喷水的快速响应，快速阻断火焰蔓延，从而预防因排放管火焰蔓延引发燃料电池汽车发生火灾和爆炸事故。

(4)排气管束的材质为金属铝，具体采用工业级高纯铝，具有耐高温性能和抗火性能，能有效地阻止汽车排放管道的下游火焰回火，促进火焰在传播过程中发生淬熄现象。

(5)多根排气管束将主通道的传输空间隔开，采用多根排气管束分别进行排气，将原本在主通道中传输的气体分为多个流道进行传输，减小气体的传输截面，也能有效地阻止汽车排放管道的下游火焰回火，促进火焰在传播过程中发生淬熄现象。

(6)主通道的截面面积大于传输通道的截面面积，一方面，可以提高排气管束的分布数量，将主通道的传输空间进一步细分，增大火焰淬熄的几率；另一方面，提高气体在主通道中的传输速率，使得气体传输速率不受多根排气管束将主通道的传输空间细分的影响。

(7)本发明中，阻火装置可以通过拆卸上游法兰和下游法兰替换装置内的结构件实现阻火装置循环利用。例如，当排气管束产生裂纹、断裂等损伤情况时，依次拆卸下游法兰和下游面板，可使用完好无损的排气管束替换已经破损的排气管束。当电磁阀的工作状态异常时，拆卸下游法兰，可对电磁阀进行检修和更换。当管束防回火装置内部液态水被释放后，可以通过下游面板上的喷嘴处重新注入液态水，实现阻火装置的循环利用。

附图说明

图1为本发明的一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置示意图。

图2为图1中A-A截面的示意图。

图3为多根排气管束的截面图。

图4为下游面板示意图。

附图标记说明：

1-汽车排放管道、11-上游管段、12-下游管段、2-阻火装置、21-主通道、221上游渐变通道、222-下游渐变通道、231-上游传输通道、232-下游传输通道、3-排气管束、4-上游面板、5-下游面板、6-上游法兰、7-下游法兰、8-喷嘴、9-电磁阀、10-火焰探测器、13-上位机、14-火焰、15-通孔、16-信号线

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。

由图1-4所示，本发明的一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，阻火装置2用于接入汽车排放管道1中。阻火装置2的主体由一个主通道21、两个渐变通道、两个传输通道构成；两个渐变通道分别为上游渐变通道221、下游渐变通道222，两个传输通道分别为上游传输通道231、下游传输通道232。

所述主通道21的进气端通过上游渐变通道221与上游传输通道231相连接，上游传输通道231远离主通道21的一端与汽车排放管道1的上游管段11相连接。

所述主通道21的出气端通过下游渐变通道222与下游传输通道232相连接，下游传输通道232远离主通道21的一端与汽车排放管道1的下游管段12相连接。

所述汽车排放管道1是排放汽车尾气和未完全参与反应气体的管道，汽车排放管道1的横截面是圆形，汽车排放管道1的内壁面光滑无初始缺陷，汽车排放管道1材质为304不锈钢，上游传输通道231通过上游法兰6与汽车排放管道1的上游管段11相连接；下游传输通道232通过下游法兰7与汽车排放管道1的下游管段12相连接。

所述主通道21的截面面积大于传输通道的截面面积；所述渐变通道连接主通道的端面面积大于连接传输通道的端面面积；所述阻火装置2的主体结构为筒体，其中，主通道21、传输通道均为圆柱状，渐变通道为圆台状。传输通道的横截面大小与汽车排放管道1的横截面大小相适配。

所述上游法兰6是连接阻火装置2与汽车排放管道1的上游管段11的结构件；所述上游法兰6的两个法兰盘为圆形截面，材质为不锈钢，两个法兰盘之间含有法兰垫；所述上游法兰6的两个法兰盘分别焊接在汽车排放管道1的上游管段11和阻火装置2的上游传输通道231上，且采用内六角M8螺栓螺母连接。

所述下游法兰7是连接阻火装置2与汽车排放管道1的下游管段12的结构件；所述下游法兰7的两个法兰盘为圆形截面，材质为不锈钢，两个法兰盘之间含有法兰垫；所述下游法兰7的两个法兰盘分别焊接在汽车排放管道1的下游管段12和阻火装置2的下游传输通道232上，且采用内六角M8螺栓螺母连接。

所述主通道21中设有：用于传输气体的排气管束3、上游面板4和下游面板5。

本发明中，所述主通道21中沿垂直于气体传输方向即截面方向上均匀分布有若干根排气管束3，且此若干根排气管束3之间留有间隙。

所述排气管束3是阻火装置2的核心构件，排气管束3为空心薄壁圆柱管，空心薄壁圆柱管的内径为1cm，多根空心薄壁圆柱管在阻火装置2的截面高度方向排列形成防回火结构件，一方面，排气管束3的材质为金属铝，具体采用工业级高纯铝，具有耐高温性能和抗火性能，能有效地阻止汽车排放管道1的下游火焰回火，促进火焰在传播过程中发生淬熄现象；另一方面，多根排气管束将主通道21的传输空间隔开，采用多根排气管束分别进行排气，将原本在主通道21中传输的气体分为多个流道进行传输，减小气体的传输截面，也能有效地阻止汽车排放管道1的下游火焰回火，促进火焰在传播过程中发生淬熄现象。

所述上游面板4和下游面板5在主通道21中均沿垂直于气体传输方向放置，且与主通道21的内壁面相连接；所述上游面板4靠近主通道21的进气端，所述下游面板5靠近主通道21的出气端。

所述上游面板4和下游面板5上均开设有与此若干根排气管束3相对应的若干个通孔15。所述排气管束3的进气端与上游面板4的通孔15相对应连接，所述排气管束3的出气端与下游面板5的通孔15相对应连接。所述通孔15的大小与排气管束3的端面相适配。

所述上游面板4和下游面板5的材质为不锈钢，上游面板4和下游面板5上的与排气管束3端面相适配的通孔15的内径为1.1cm，略大于排气管束3的内径。

所述上游面板4、下游面板5、主通道21的内壁面、排气管束3的外壁面围成密闭空间，所述密闭空间中充装有液态水。所述上游面板4和下游面板5用于固定排气管束3在阻火装置2内的空间位置，同时用于约束在相邻排气管束3之间空隙填充的液态水。

所述下游面板5上还设有喷嘴8；所述喷嘴8的进水口与密闭空间相连通；所述喷嘴8的出水口朝向汽车排放管道1的下游管段12，用于向下游管段12中喷水。本实施例中，下游面板5上设有两个喷嘴8。

所述喷嘴8上设有电磁阀9，所述电磁阀9与上位机13之间采用有线或无线的方式通讯连接，上位机13控制电磁阀9的开关状态，从而控制喷嘴8的喷水状态。若电磁阀9的阀口为关闭状态，则密闭空间中液态水不会从喷嘴8处喷出；若电磁阀9的阀口为打开状态时，则密闭空间中液态水会从喷嘴8处喷出，液态水喷出后最终将溢满整个燃料电池汽车排放管道1的下游管段12，进而扑灭下游管段12中的火焰，起到了防回火的作用。本实施例中，电磁阀9与上位机13之间采用信号线16通讯连接，电磁阀9采用市售的快速响应、启闭迅速的水用电磁阀。

所述汽车排放管道1的下游管段12中设有火焰探测器10，所述火焰探测器10与上位机13之间采用有线或无线的方式通讯连接，火焰探测器10向上位机13发送探测信号。本实施例中，火焰探测器10与上位机13之间采用信号线16通讯连接，火焰探测器10采用市售的具有快速响应功能的火焰传感器。

所述上位机13是用于接收火焰探测器10的探测信号，并根据火焰探测器10探测信号向电磁阀9发出启闭命令的控制仪器。

当汽车排放管1的下游区即下游管道12中出现火焰14时，火焰探测器10探测到下游管段12中有火焰14并向上位机13发送探测信号，上位机13接收到火焰探测器10的探测信号后，立即进行信号处理，向电磁阀9发出开启信号，控制电磁阀9的阀口打开，喷嘴8向下游管段12中喷水。

本发明中，阻火装置2可以通过拆卸上游法兰6和下游法兰7替换装置内的结构件实现阻火装置2循环利用。当排气管束3产生裂纹、断裂等损伤情况时，依次拆卸下游法兰7和下游面板5，可使用完好无损的排气管束3替换已经破损的排气管束3。当电磁阀9的工作状态异常时，拆卸下游法兰7，可对电磁阀9进行检修和更换。当管束防回火装置2内部液态水被释放后，可以通过下游面板5上的喷嘴8处重新注入液态水，实现阻火装置2的循环利用。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，其特征在于，阻火装置（2）包括主通道（21），所述主通道（21）的进气端与汽车排放管道（1）的上游管段（11）相连接，所述主通道（21）的出气端与汽车排放管道（1）的下游管段（12）相连接；

所述主通道（21）中沿垂直于气体传输方向即截面方向上均匀分布有若干根用于传输气体的排气管束（3），且此若干根排气管束（3）之间留有间隙；

所述主通道（21）中还设有上游面板（4）和下游面板（5）；所述上游面板（4）和下游面板（5）在主通道（21）中均沿垂直于气体传输方向放置，且与主通道（21）的内壁面相连接；所述上游面板（4）靠近主通道（21）的进气端，所述下游面板（5）靠近主通道（21）的出气端；

所述上游面板（4）和下游面板（5）上均开设有与此若干根排气管束（3）相对应的若干个通孔（15），所述排气管束（3）的进气端与上游面板（4）的通孔（15）相对应连接，所述排气管束（3）的出气端与下游面板（5）的通孔（15）相对应连接；

所述上游面板（4）、下游面板（5）、主通道（21）的内壁面、排气管束（3）的外壁面围成密闭空间，所述密闭空间中充装有液态水；

所述下游面板（5）上还设有喷嘴（8）；所述喷嘴（8）的进水口与密闭空间相连通；所述喷嘴（8）的出水口朝向汽车排放管道（1）的下游管段（12），用于向下游管段（12）中喷水；

所述喷嘴（8）上设有电磁阀（9），所述电磁阀（9）与上位机（13）通讯连接，上位机（13）控制电磁阀（9）的开关状态，从而控制喷嘴（8）的喷水状态；

汽车排放管道（1）的下游管段（12）中设有火焰探测器（10），所述火焰探测器（10）与上位机（13）通讯连接，向上位机（13）发送探测信号；若火焰探测器（10）探测到下游管段（12）中有火焰并向上位机（13）发送探测信号，则上位机（13）控制电磁阀（9）的阀口打开，喷嘴（8）向下游管段（12）中喷水。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，其特征在于，所述上位机（13）与电磁阀（9）、火焰探测器（10）采用有线或无线的方式通讯连接。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，其特征在于，所述排气管束（3）的材质为金属铝。

4.根据权利要求1～2任意一项所述的一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，其特征在于，阻火装置（2）还包括两个渐变通道和两个传输通道，分别为上游渐变通道（221）、上游传输通道（231）、下游渐变通道（222）、下游传输通道（232）；

所述主通道（21）的进气端通过上游渐变通道（221）与上游传输通道（231）相连接，上游传输通道（231）远离主通道（21）的一端与汽车排放管道（1）的上游管段（11）相连接；

所述主通道（21）的出气端通过下游渐变通道（222）与下游传输通道（232）相连接，下游传输通道（232）远离主通道（21）的一端与汽车排放管道（1）的下游管段（12）相连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，其特征在于，所述主通道（21）的截面面积大于传输通道的截面面积；所述渐变通道连接主通道的端面面积大于连接传输通道的端面面积。

6.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池汽车排放管道防回火的阻火装置，其特征在于，上游传输通道（231）通过上游法兰（6）与汽车排放管道（1）的上游管段（11）相连接；下游传输通道（232）通过下游法兰（7）与汽车排放管道（1）的下游管段（12）相连接。