CN213205840U - 一种车用氢燃料发动机防爆系统 - Google Patents

Abstract

一种车用氢燃料发动机防爆系统，属于氢燃料控制领域。本实用新型针对现有的氢燃料发动机无法监控内部氢气浓度、无法对氢气浓度进行调控的缺陷，提供一种能够实时监测氢气浓度、并对氢气浓度进行调控的车用氢燃料发动机防爆系统。本实用新型中，主单元控制系统分别与气体检测模块和气体转移系统双向连接；气体检测模块设置于发动机内部，气体转移系统分别与发动机的进出口连通。本实用新型主要用于车用氢燃料发动机的监控和防爆。

Description

一种车用氢燃料发动机防爆系统

技术领域

本实用新型属于氢燃料控制领域，具体涉及一种车用氢燃料发动机防爆系统。

背景技术

随着我国节能减排要求的加大，新能源汽车保有量逐步提升。氢燃料汽车作为一种重要的新能源使用技术，目前正处于研发和使用阶段。作为组成氢燃料重要部件的氢燃料电动机是其核心组件之一。由于氢气燃烧后生成物是水，属于无污染状态，因此制氢成为一种重要的技术要求，但是氢气同样属于易燃气体。国内氢发生器所用的催化剂一般含有镍、铂、钯、钾和铝等元素，发动机排气管中的废气余热为300℃～780℃。

氢气发动机原理：氢气可从电解水、煤的气化、天然气中制取。氢气是一种最清洁的燃料，燃烧产物主要是水，其次是在空气燃烧中形成的微量NO_X，对空气没有什么污染。以氢气为燃料的汽车发动机的研究经历了一个曲折发展的过程，研究工作从30年代就已开始，但进展不大。70年代的石油危机给各国重新敲响了警钟，氢气再次被人们所关注。目前，世界一些知名的大汽车公司都研制出了自己的氢气发动机。虽然推广应用氢气燃料发动机还要解决一系列技术问题，如需要找到氢气在汽车上安全有效的贮运方法；需要找到大量生产廉价氢的方法；需要解决氢燃料的供给系统等。从长远和发展的观点来看，氢气发动机最有前途。

科学研究表明，氢气的爆炸极限是4.0％～75.6％(体积分数)。意思是氢气与空气混合时，氢气体积占比在上面的范围之内，遇火爆炸。氢气的含量过高或者过低，都不会爆炸。也就是当氢气浓度达到少量时(即低于75.6％时)，遇火即能快速燃烧并引起爆炸。传统氢气检测方法通过氢气传感器对氢气浓度进行监测，并不能有效控制氢气的燃烧和快速燃烧下的爆炸反应。

因此，就需要一种能够实时监测氢气浓度、并对氢气浓度进行调控的车用氢燃料发动机防爆系统。

实用新型内容

本实用新型针对现有的氢燃料发动机无法监控内部氢气浓度、无法对氢气浓度进行调控的缺陷，提供一种能够实时监测氢气浓度、并对氢气浓度进行调控的车用氢燃料发动机防爆系统。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，它包括主单元控制系统、气体检测模块和气体转移系统；所述主单元控制系统分别与所述气体检测模块和所述气体转移系统双向连接，所述主单元控制系统用于接收所述气体检测模块的检测信号，并实时控制所述气体转移系统的当前状态；所述气体检测模块设置于发动机内部，所述气体检测模块用于实时检测和判断发动机内部的气体数据；所述气体转移系统分别与所述发动机的进出口连通；所述气体转移系统用于调控发动机内的气体状态。

进一步地：所述气体转移系统包含气体输入装置和气体输出装置，所述气体输入装置与所述发动机的入口连通，所述气体输入装置用于产生惰性气体并将其输入所述发动机内部；所述气体输出装置与所述发动机的出口连通，所述气体输出装置用于抽出所述发动机内的气体并稀释气体浓度。

进一步地：所述主单元控制系统包括温度检测单元、MCU控制器和预警单元，所述温度检测单元设置于所述发动机内部，所述温度检测单元用于实时监测燃烧温度，所述气体检测模块和所述温度检测单元的输出端均与所述MCU控制器的输入端连接，所述气体输入装置和气体输出装置分别与所述MCU控制器的输出端连接，所述预警单元包括指示灯和蜂鸣器，所述指示灯和蜂鸣器的输入端均与所述MCU控制器的输出端连接。

进一步地：所述气体输入装置包括供电模块、气体发生器、分离器、压缩机和进气阀门，所述供电模块分别用于给所述主单元控制系统和所述气体转移系统供电，所述压缩机用于压缩空气，所述压缩机的出口与所述分离器的入口连通，所述分离器的出口与所述气体发生器的入口连通，所述气体发生器的出口通过所述进气阀门与所述发动机的入口连通，所述气体发生器、所述分离器、所述压缩机和所述进气阀门的输入端均与所述MCU控制器的输出端连接。

进一步地：所述气体输出装置包括抽气泵、风扇和出气阀门，所述抽气泵的入口通过所述出气阀门与发动机的出口连通，所述风扇设置于所述抽气泵的出气管路上，所述抽气泵、所述风扇和所述出气阀门的输入端与所述MCU控制器的输出端连接。

进一步地：所述温度检测单元采用NTC热敏电阻或集成温度检测模块；所述MCU控制器采用单片机系统或者嵌入式系统。

进一步地：所述气体检测模块采用电化学传感器或者单一气体检测模块。

进一步地：所述气体检测模块包括H₂传感器、O₂传感器，CO/CO₂传感器和/或CH₄传感器，所述H₂传感器、O₂传感器，CO/CO₂传感器和/或CH₄传感器均设置于所述发动机内部。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，氢燃料发送机通过氢气燃烧获得大量能量。本实用新型能够抑制可燃物燃烧反应，在空间有限状态下对气体浓度和体积起作用，干涉效果好，对车载装置起到良好的防爆效果。本实用新型提出了使用多传感器融合的气体检测系统，并结合预警机制系统，通过换气装置有效抑制氢气可燃物的浓度占比，迅速响应达到切断可燃物和助燃的目的，从而阻断防爆源，起到有效防爆的目的。减少可燃气体浓度，包括但不限于H₂，能够抑制多种可燃气体的混合燃烧；降低燃点和温度，通过气体发生器可以迅速将可燃气体稀释，进而控制燃烧温度；减少助燃物，通过换气装置能够极快的将助燃气体排出，进而避免快速燃烧引起爆炸；减少可燃气体浓度，降低燃点和温度，减少助燃物，对燃烧爆炸的条件进行限制，对氢燃料发动机的抑爆效果更佳有效和安全。

附图说明

图1为本实用新型的一种车用氢燃料发动机防爆系统的功能框图；

图2为一种车用氢燃料发动机防爆系统的结构总框图；

图中，1为主单元控制系统、2为气体检测模块、3为气体转移系统、4为发动机、1-1为温度检测单元、1-2为MCU控制器、3-1-1为供电模块、3-1-2为气体发生器、3-1-3为分离器、3-1-4为压缩机、3-1-5为进气阀门、3-2-1为抽气泵、3-2-2为风扇、3-2-3为出气阀门、5为电动氢气管路开关。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

实施例1

结合图1和图2说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，它包括主单元控制系统1、气体检测模块2和气体转移系统3；所述主单元控制系统1分别与所述气体检测模块2和所述气体转移系统3双向连接；所述气体检测模块2设置于发动机4内部，所述气体转移系统3分别与所述发动机4的进出口连通；所述主单元控制系统1及与主单元控制系统1相互连接的气体检测模块2和气体转移系统3；

所述主单元控制系统1用于接收所述气体检测模块2的检测信号，并对检测信号进行处理，根据处理结果对所述气体转移系统3发送指令，并实时判断当前所述气体转移系统3的状态；主单元控制系统1主要用于接收气体检测模块2传送讯息，根据提示判断并发送指令进行状态切换，并判断是否开启气体转移装置；

所述气体检测模块2用于实时检测和判断发动机4内部的气体数据，并将当前检测到的检测信号发送至所述主单元控制系统1；所述气体检测模块2为多传感器融合检测单元，用于检测气体的体积或浓度；

所述气体转移系统3用于根据所述主单元控制系统1的指令进行状态切换，对发动机4输入惰性气体并将可燃气体排出发动机4；所述气体转移系统3用于将可燃气体或助燃气体进行浓度稀释或者抽离，以降低燃烧三要素中的可燃物和助燃物，达到有限空间防爆目的。

实施例2

结合实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，所述气体转移系统3包含气体输入装置和气体输出装置，所述气体输入装置与所述发动机4的入口连通，所述气体输入装置用于产生惰性气体并将其输入所述发动机4内部；所述气体输出装置与所述发动机4的出口连通，所述气体输出装置用于抽出所述发动机4内的气体并稀释气体浓度。如此设置的目的是：用以将可燃气体迅速送走防止爆炸，保护人身安全和财产安全。能够抑制可燃物燃烧反应，在空间有限状态下对气体浓度和体积起作用，干涉效果好，对车载装置起到良好的防爆效果。所述气体输入装置通过电气方式与换气装置相连并能够根据MCU控制器1-2产生惰性气体。所述气体转移系统3用以抑制可燃气体爆炸的目的。

实施例3

结合实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，所述主单元控制系统1包括温度检测单元1-1、MCU控制器1-2和预警单元，所述温度检测单元1-1设置于所述发动机4内部，所述温度检测单元1-1用于实时监测燃烧温度，所述气体检测模块2和所述温度检测单元1-1的输出端均与所述MCU控制器1-2的输入端连接，所述气体输入装置和气体输出装置分别与所述MCU控制器1-2的输出端连接，所述预警单元包括指示灯和蜂鸣器，所述指示灯和蜂鸣器的输入端均与所述MCU控制器1-2的输出端连接。如此设置的目的是：所述温度检测单元1-1可以实时检测发动机温度；所述MCU控制器1-2可以根据温度和气体组合状态，判断并发送指令控制气体转移系统3和预警单元；所述预警单元可以执行MCU控制器1-2发送的各种指令；所述气体检测模块2通过垫板连接与氢燃料发动机4；所述预警单元包含红色、黄色和蓝色的指示灯及蜂鸣器部分。所述温度检测单元1-1实现燃烧温度检测条件监测，所述MCU控制器1-2接收温度检测和多传感器监测的结果，并完成条件判断和结果执行指令；所述预警单元根据MCU控制器1-2的指令进行报警。所述主单元控制系统1用以接收气体检测模块2和温度传感器1-1的信息，由MCU控制器1-2进行输出，控制气体转移动系统3的动作。

实施例4

结合实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，所述气体输入装置包括供电模块3-1-1、气体发生器3-1-2、分离器3-1-3、压缩机3-1-4和进气阀门3-1-5，所述供电模块3-1-1分别用于给所述主单元控制系统1和所述气体转移系统3供电，所述压缩机3-1-4用于压缩空气，所述压缩机3-1-4的出口与所述分离器3-1-3的入口连通，所述分离器3-1-3的出口与所述气体发生器3-1-2的入口连通，所述气体发生器3-1-2的出口通过所述进气阀门3-1-5与所述发动机4的入口连通，所述气体发生器3-1-2、所述分离器3-1-3、所述压缩机3-1-4和所述进气阀门3-1-5的输入端均与所述MCU控制器1-2的输出端连接。如此设置的目的是：所述供电模块3-1-1用来给主单元控制系统1、气体检测模块2和气体转移系统3供电；所述的供电模块3-1-1既可以为主单元控制系统1供电，也可以为气体输入装置供电，供电电压为12V或24V直流电压；所述压缩机3-1-4通过压缩空气出口与分离器3-1-3进口连接，所述分离器3-1-3出口与气体发生器3-1-2进口连接，所述气体发生器3-1-2出口与换气装置相连接；所述气体发生器3-1-2可首先生成氮气来隔绝气体燃烧。所述气体发生器3-1-2主要用来产生惰性气体；所述分离器3-1-3用来选择使用的气体；所述压缩机3-1-4用来进行空气压缩。所述抽气泵3-2-1主要用来抽取可燃气体和助燃气体；所述风扇3-2-2用来进行气体快速稀释和排出；所述进气阀门3-1-5用来进行气体通道的打开和关闭。所述发动机4的入口还设置有电动氢气管路开关5，用于输入氢气。

实施例5

结合实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，所述气体输出装置包括抽气泵3-2-1、风扇3-2-2和出气阀门3-2-3，所述抽气泵3-2-1的入口通过所述出气阀门3-2-3与发动机4的出口连通，所述风扇3-2-2设置于所述抽气泵3-2-1的出气管路上，所述抽气泵3-2-1、所述风扇3-2-2和所述出气阀门3-2-3的输入端与所述MCU控制器1-2的输出端连接。如此设置的目的是：所述气体输出装置包括抽气泵3-2-1和气体管路进口和出口；对MCU控制器1-2下发的控制指令进行相关响应和动作。所述抽气泵3-2-1通过抽离可燃气体进行气体转换，抽取后的气体送入管路进口，并通过管路出口进行排气；所述的气体进口和出口单元采用电控阀门或者气压阀门进行控制气体进出，所述的电气连接方式通过主控单元发送指令来进行控制。

实施例6

结合实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，所述温度检测单元1-1采用NTC热敏电阻或集成温度检测模块；所述MCU控制器1-2采用单片机系统或者嵌入式系统。如此设置的目的是：所述的1-1包括温度传感器或者NTC构成的温度测试元件，用以测量可燃气体的温度；所述MCU控制器1-2包括由单片机或者嵌入式系统构成的单元，用以防爆功能的逻辑实现。对采集到的各种气体进行观测，采集的浓度和温度以及流速值进行组合优化逻辑算法判断，将各状态量与预设阈值进行比较，然后通过与或非逻辑运算判断当前状态，并形成对应的报警信息，根据不同组合条件判断状态；系统处于不同状态下进行不同的预警处理。

实施例7

结合实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，所述气体检测模块2采用电化学传感器或者单一气体检测模块。如此设置的目的是：所述的气体检测模块2包括多种类型的传感器融合技术，用以检测可燃气体和助燃气体指标。

实施例8

结合实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种车用氢燃料发动机防爆系统，所述气体检测模块2包括H₂传感器、O₂传感器，CO/CO₂传感器和/或CH₄传感器，所述H₂传感器、O₂传感器，CO/CO₂传感器和/或CH₄传感器均设置于所述发动机4内部。如此设置的目的是：气体检测模块保护多传感器融合，包括不限于H₂传感器、O₂传感器，CO/CO₂传感器，CH₄传感器等检测单元，其主要用于气体侦测与诊断，实施气体状态观测和发送相关指令。

Claims (8)

1.一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，它包括主单元控制系统(1)、气体检测模块(2)和气体转移系统(3)；所述主单元控制系统(1)分别与所述气体检测模块(2)和所述气体转移系统(3)双向连接，所述主单元控制系统(1)用于接收所述气体检测模块(2)的检测信号，并实时控制所述气体转移系统(3)的当前状态；所述气体检测模块(2)设置于发动机(4)内部，所述气体检测模块(2)用于实时检测和判断发动机(4)内部的气体数据；所述气体转移系统(3)分别与所述发动机(4)的进出口连通；所述气体转移系统(3)用于调控发动机(4)内的气体状态。

2.根据权利要求1所述的一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，所述气体转移系统(3)包含气体输入装置和气体输出装置，所述气体输入装置与所述发动机(4)的入口连通，所述气体输入装置用于产生惰性气体并将其输入所述发动机(4)内部；所述气体输出装置与所述发动机(4)的出口连通，所述气体输出装置用于抽出所述发动机(4)内的气体并稀释气体浓度。

3.根据权利要求2所述的一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，所述主单元控制系统(1)包括温度检测单元(1-1)、MCU控制器(1-2)和预警单元，所述温度检测单元(1-1)设置于所述发动机(4)内部，所述温度检测单元(1-1)用于实时监测燃烧温度，所述气体检测模块(2)和所述温度检测单元(1-1)的输出端均与所述MCU控制器(1-2)的输入端连接，所述气体输入装置和气体输出装置分别与所述MCU控制器(1-2)的输出端连接，所述预警单元包括指示灯和蜂鸣器，所述指示灯和蜂鸣器的输入端均与所述MCU控制器(1-2)的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，所述气体输入装置包括供电模块(3-1-1)、气体发生器(3-1-2)、分离器(3-1-3)、压缩机(3-1-4)和进气阀门(3-1-5)，所述供电模块(3-1-1)分别用于给所述主单元控制系统(1)和所述气体转移系统(3)供电，所述压缩机(3-1-4)用于压缩空气，所述压缩机(3-1-4)的出口与所述分离器(3-1-3)的入口连通，所述分离器(3-1-3)的出口与所述气体发生器(3-1-2)的入口连通，所述气体发生器(3-1-2)的出口通过所述进气阀门(3-1-5)与所述发动机(4)的入口连通，所述气体发生器(3-1-2)、所述分离器(3-1-3)、所述压缩机(3-1-4)和所述进气阀门(3-1-5)的输入端均与所述MCU控制器(1-2)的输出端连接。

5.根据权利要求3所述的一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，所述气体输出装置包括抽气泵(3-2-1)、风扇(3-2-2)和出气阀门(3-2-3)，所述抽气泵(3-2-1)的入口通过所述出气阀门(3-2-3)与发动机(4)的出口连通，所述风扇(3-2-2)设置于所述抽气泵(3-2-1)的出气管路上，所述抽气泵(3-2-1)、所述风扇(3-2-2)和所述出气阀门(3-2-3)的输入端与所述MCU控制器(1-2)的输出端连接。

6.根据权利要求3所述的一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，所述温度检测单元(1-1)采用NTC热敏电阻或集成温度检测模块；所述MCU控制器(1-2)采用单片机系统或者嵌入式系统。

7.根据权利要求1所述的一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，所述气体检测模块(2)采用电化学传感器或者单一气体检测模块。

8.根据权利要求1所述的一种车用氢燃料发动机防爆系统，其特征在于，所述气体检测模块(2)包括H₂传感器、O₂传感器，CO/CO₂传感器和/或CH₄传感器，所述H₂传感器、O₂传感器，CO/CO₂传感器和/或CH₄传感器均设置于所述发动机(4)内部。

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