CN111578125A - 供氢*** - Google Patents

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毛志明
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Abstract

本发明公开一种供氢***，该供氢***包括氢气供给模块、氮气吹扫模块和汇流排，其中：汇流排上设有减压换气组合阀、第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀，汇流排包括供氢主路和若干供氢支路、供氮支路、排气支路；减压换气组合阀具有若干入口且与各供氢支路的出口对应连接，减压换气组合阀的出口与供氢主路的入口连接；第一开关阀的入口与供氮支路的出口连接，第一开关阀的出口与供氢支路连接；第二开关阀位于供氢支路上，排气支路的入口与供氢支路连接，第三开关阀位于排气支路上；氢气供给模块包括氢气瓶组，氮气扫吹模块包括与供氮支路连接的氮气瓶组。本发明的供氢***可实现氢气供气自动切换和氮气吹扫等功能，功能完善，安全性高。

Description

供氢***
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种供氢***。
背景技术
氢燃料电池作为一种清洁、高效的绿色环保电源，被广泛应用于汽车动力、备用电源、分布式电站等许多领域。
其中，氢燃料电池的研究和发展需要大量的基础性实验工作，氢能实验室是其科学研究和产品检验的场所保障，而供氢***作为氢能实验室的核心，若供氢***安全可靠、功能齐全、使用方便，则可为燃料电池的测试带来极大的安全性和便利性。
在氢能实验室中，由于氢气消耗量大，一般是将多个氢气集装格通过汇流排相连实现集中供气，然而，目前大多数的供氢***中的供气汇流排的结构设置简单且不够合理，安全性低，存在一定的安全隐患；另外，功能不够完善，使用不方便。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种供氢***，旨在解决目前氢能实验室的供氢***安全性低且功能不够完善的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种供氢***，该供氢***包括氢气供给模块、氮气吹扫模块和汇流排，其中：
所述汇流排上设有减压换气组合阀、第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀，所述汇流排包括供氢主路和若干供氢支路、供氮支路、排气支路，所述供氮支路和排气支路与所述供氢支路对应设置；
所述减压换气组合阀具有若干入口且与各所述供氢支路的出口对应连接，所述减压换气组合阀的出口与所述供氢主路的入口连接；所述第一开关阀的入口与所述供氮支路的出口连接，所述第一开关阀的出口与所述供氢支路连接；所述第二开关阀位于所述供氢支路上，所述排气支路的入口与所述供氢支路连接且处于所述第一开关阀和第二开关阀之间，所述第三开关阀位于所述排气支路上；
所述氢气供给模块包括与所述供氢支路对应设置的若干氢气瓶组，所述氢气瓶组与供氢支路连接且处于所述第一开关阀与第二开关阀之间，所述氮气扫吹模块包括与所述供氮支路连接的氮气瓶组。
优选地，所述供氢支路上设有位于所述第二开关阀与减压换气组合阀之间的第一过滤器，所述减压换气组合阀的出口和各入口处分别设有第一压力表和第二压力表。
优选地，所述汇流排还包括第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路上分别设有第一气动阀和第二气动阀，所述第一支路的入口与所述供氢主路连接，所述第二支路的入口与所述供氮支路连接，所述第二支路的出口与所述供氢主路连接，所述供氢主路上设有第三气动阀，所述第一支路和第二支路依次位于所述第三气动阀之后。
优选地，所述汇流排还包括供气支路，所述供气支路的出口与所述第一气动阀、第二气动阀和第三气动阀连接，所述供气支路上依次设有储气瓶、第四开关阀、第一减压阀。
优选地，还包括用于控制所述第一气动阀、第二气动阀和第三气动阀开关的控制器和与所述控制器电连接的探测器，所述探测器包括氢气浓度探测器和火焰探头。
优选地，所述汇流排还包括氢气自动泄压支路，所述氢气自动泄压支路的入口与所述供氢主路连接且位于所述减压换气组合阀与第三气动阀之间，所述氢气自动泄压支路上依次设有第五开关阀和第一泄压阀。
优选地，所述汇流排还包括排气主路，所述排气主路的入口与所述氢气自动泄压支路、第一支路和各所述排气支路的出口连接，所述排气主路上设有阻火器。
优选地，所述供氮支路上依次设有第二过滤器、第二减压阀、第六开关阀、第三减压阀和第七开关阀，所述汇流排还包括第三支路，所述第三支路的入口与所述供氮支路连接且位于所述第六开关阀和第三减压阀之间。
优选地，所述汇流排还包括氮气手动泄压支路和氮气自动泄压支路，所述氮气手动泄压支路和氮气自动泄压支路的入口与所述供氮支路连接且依次位于所述第五开关阀和第三支路的入口之间，所述氮气手动泄压支路上设有针阀，所述氮气自动泄压支路上依次设有第八开关阀和第二泄压阀。
优选地，还包括设置在所述氢气瓶组出口处的第一压力传感器和设置在所述氮气瓶组出口处的第二压力传感器。
本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：本供氢***由供氢模块、氮气吹扫模块和汇流排组成，汇流排上具有多条供氢支路且每一条供氢支路上配置氢气瓶组，其供氢主路可通过减压换气组合阀切换而与不同的供氢支路对接相通，以实现不间断供气；并且，每一条供氢支路对应连接排气支路和供氮支路，供氮支路上配置氮气瓶组，可通过第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀的开关配合，以对供氢支路进行氮气吹扫而清除其内的空气及杂质，避免发生安全事故；本供氢***可实现氢气供气自动切换和氮气吹扫等功能，功能完善，安全性高。
附图说明
图1为本发明供氢***一实施例的结构示意图；
图2为图1中供氢***的一部分结构示意图；
图3为图1中供氢***的又一部分结构示意图；
图4为图1中供氢***的再一部分结构示意图。
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方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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作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。
本发明提出一种供氢***，参照图1，该供氢***包括氢气供给模块、氮气吹扫模块和汇流排100，其中：
汇流排100上设有减压换气组合阀1、第一开关阀2、第二开关阀3和第三开关阀4，汇流排100包括供氢主路110和若干供氢支路120、供氮支路130、排气支路140，供氮支路130和排气支路140与供氢支路120对应设置；
减压换气组合阀1具有若干入口且与各供氢支路120的出口对应连接，减压换气组合阀1的出口与供氢主路110的入口连接；第一开关阀2的入口与供氮支路130的出口连接，第一开关阀2的出口与供氢支路120连接；第二开关阀2位于供氢支路120上，排气支路140的入口与供氢支路110连接且处于第一开关阀2和第二开关阀3之间，第三开关阀4位于排气支路140上；
氢气供给模块包括与供氢支路120对应设置的若干氢气瓶组200，氢气瓶组200与供氢支路120连接且处于第一开关阀2与第二开关阀3之间，氮气扫吹模块包括与供氮支路130连接的氮气瓶组300。
本实施例所涉及的供氢***应用于氢能实验室，以将氢气输送至供气面板，但不限于此，供氢***也可应用于其它相关供氢场所。具体地，该供氢***由氢气供给模块、氮气吹扫模块和汇流排100组成，其中：
汇流排100为多路管体结构，其主要包括供氢主路110和若干供氢支路120、供氮支路130、排气支路140，供氢主路110的入口与若干供氢支路120的出口连接，且在连接处设置减压换气组合阀1，此减压换气组合阀1为自控阀组，具备减压和供气切换双重功能，通过减压换气组合阀1的切换，可使供氢主路110与若干供氢支路120的其中之一连通，供氢主路110的出口则用于对接用氢设备(如供气面板)。
作为优选，供氢支路120设置为两条，每一供氢支路120皆接入若干氢气瓶组200，以通过氢气瓶组200供给氢气，氢气瓶组200的数目在此不作具体限定，可根据实验室实际用气量进行配置。供氮支路130接入氮气瓶组300，氮气瓶组300可连接至供氮支路130的入口处，为单独的一组或者为多组。为方便管理，氢气瓶组200和氮气瓶组300可采用集装格的形式。另外，瓶组的出口可设置第一角阀5、支路对应设置第二角阀6，第一角阀5与第二角阀6通过软管7连接；即可关闭第二角阀6，打开第一角阀5和瓶组中任一气瓶的瓶口阀以检查是否存在气体泄漏，提高安全性。若无泄漏，则打开第一角阀5即可，以实现瓶组与汇流排100支路的通气。
供氢支路120的入口与供氮支路130的出口连接，且在连接处设置第一开关阀2，该第一开关阀2的开关可实现供氢支路120和供氮支路130的连通和阻隔；供氢支路120上设有第二开关阀3；排气支路140上设有第三开关阀4，排气支路140的入口与供氢支路120连接，该第一开关阀2的开关可实现排气支路140的打开与关闭。作为优选，第一开关阀2、第二开关阀3和第三开关阀4均采用球阀。
在上述结构设计的基础上，在供氢时，若干供氢支路120中的其中之一与供氢主路110相连通，且此供氢支路120对应的第一开关阀2和第三开关阀4处于关闭状态，第二开关阀3处于打开状态，氢气瓶组200的氢气进入供氢支路120，依次经过第二开关阀3、减压换气组合阀1后进入供氢主路110，并从供氢主路110的出口流出而进入供气面板。
另外，在对供氢支路120进行氮气吹扫以清除其内所残存的空气及杂质时，第一开关阀2和第三开关阀4处于打开状态，第二开关阀3处于关闭状态，氮气瓶组300的氮气进入供氮支路130，先经过第一开关阀2进入供氢支路120，再进入排气支路140经过第三开关阀4后排出至外界环境(室外)。需要说明的是，本供氢***在长时间不用或首次使用时，为避免安全事故的发生，即需进行多次氮气吹扫，一般三次以上即可。另外，作为优设，参照图1，可在排气支路140上、位于第三开关阀4之后设置单向阀8，以防止气体倒流或窜气。
本供氢***中，汇流排100上的供氢主路110可通过减压换气组合阀1切换而与不同的供氢支路120对接相通，以实现不间断供气；并且，每一条供氢支路120对应连接排气支路140和供氮支路130，供氮支路130上配置氮气瓶组300，可通过第一开关阀2、第二开关阀3和第三开关阀4的开关配合，以对供氢支路120进行氮气吹扫而清除其内的空气及杂质，避免发生安全事故；本供氢***可实现氢气供气自动切换和氮气吹扫等功能，功能完善，安全性高。
在一较佳实施例中，参照图1，供氢支路120上设有位于第二开关阀3与减压换气组合阀1之间的第一过滤器9，减压换气组合阀1的出口和各入口处分别设有第一压力表10和第二压力表11。
其中，第一过滤器9用于过滤气体中所夹杂的杂质，以避免杂质进入减压换气组合阀1，进而导致其堵塞甚至损坏，延长减压换气组合阀1的使用寿命；供氢支路120的氢气经减压换气组合阀1减压后进入供氢主路110，第二压力表11用于显示减压前的氢气压力，第一压力表10用于显示减压后的氢气压力。
在一较佳实施例中，参照图1，汇流排100还包括第一支路150和第二支路160，第一支路150和第二支路160上分别设有第一气动阀12和第二气动阀13，第一支路150的入口与供氢主路110连接，第二支路160的入口与供氮支路130连接，第二支路160的出口与供氢主路110连接，供氢主路110上设有第三气动阀14，第一支路150和第二支路160依次位于第三气动阀14之后。
供氢***正常供氢时，第一气动阀12和第二气动阀13处于常闭状态，第三气动阀14处于常开状态。当供氢***检测到出现氢气泄露或者着火事故时，则会关闭第三气动阀14以切断氢气供应，并打开第一气动阀12和第二气动阀13，供氮支路130的氮气经第二支路160及第二气动阀13进入供氢主路110对其进行吹扫，供氢主路110内的气体进入第一支路150并经第一气动阀12后排出至外界环境(室外)，以进一步提高***安全性。
进一步地，参照1和图2，汇流排100还包括供气支路170，供气支路170的出口与第一气动阀12、第二气动阀13和第三气动阀14连接，供气支路170上依次设有储气瓶400、第四开关阀15、第一减压阀16。
供气支路170向第一气动阀12、第二气动阀13和第三气动阀14供气，以驱动其进行开关；储气瓶400与供气支路170的入口连接，其使用的气体可为压缩空气或氮气，因气动阀用气量不大，储气瓶400可为单瓶或采用集装格形式的多瓶。供气支路170供气时，储气瓶400内气体进入供气支路170，并依次经第四开关阀15和第一减压阀16后到达气动阀处。作为优选，第四开关阀15选用球阀。
其中，供气支路170上还可在第一减压阀16前后分别设置压力表，以分别监测供气支路170减压前后气体压力。并且，汇流排100可于供气支路170上连接增设气体手动泄压支路和气体自动泄压支路，以在供气支路170超压时可分别实现手动泄压和自动泄压，以提高供气安全性，保障气动阀的正常工作。具体地，气体手动泄压支路位于储气瓶400与第四开关阀15之间且其上设有放空针阀，气体自动泄压支路位于第一减压阀16与气动阀之间且其上依次设有开关阀和泄压阀。
进一步地，参照图3，供氢***还包括用于控制第一气动阀12、第二气动阀13和第三气动阀14开关的控制器17和与控制器17电连接的探测器18，探测器18包括氢气浓度探测器和火焰探头。
氢气浓度探测器可为多个并设置于汇流排100上方，具***于供氢支路120和供氢主路110处，且还可设置于实验室供气面板上方，以用于实时监测氢气浓度，是否存在氢气泄露的情况；火焰探头则可布置于实验室的多个位置处，具体设置可视情况而定，以用于监测是否着火。若氢气浓度探测器探测到氢气发生泄露或火焰探头探测到出现着火，控制器17则通过供气支路170以控制各气动阀的开关，并同时对供氢主路110实行上述的氮气吹扫以及气体放空操作，保证实验室安全。
另外，控制器17上还可设置报警器，以通过报警器发出报警声，提醒实验工作人员紧急处理安全事故。
在一较佳实施例中，参照图1，汇流排100还包括氢气自动泄压支路180，氢气自动泄压支路180的入口与供氢主路110连接且位于减压换气组合阀1与第三气动阀14之间，氢气自动泄压支路180上依次设有第五开关阀19和第一泄压阀20。
所设氢气自动泄压支路180可在经减压换气组合阀1进入供氢主路110的氢气超压时，实现自动泄压，防止对汇流排100的供氢主路110下游的功能器件(如供气面板的减压阀等)造成损坏，延长其使用寿命，减少成本支出。具体地，氢气自动泄压支路180上的第五开关阀19处于常开状态，以通过第一泄压阀20实现泄压，泄压后的氢气自氢气自动泄压支路180的出口排出至外界环境(室外)。并且，在对第一泄压阀20更换时，可通过关闭第五开关阀19以保证安全性。作为优选，第五开关阀19选用球阀。
进一步地，参照图1，汇流排100还包括排气主路190，排气主路190的入口与氢气自动泄压支路180、第一支路150和各排气支路140的出口连接，排气主路190上设有阻火器21。
本实施例中，通过排气主路190对氢气自动泄压支路180、第一支路150和各排气支路140的气体进行统一排气，以优化汇流排100的结构设置，并将该排气主路190的出口通向室外高处，提高供氢***的安全性。另外，排气主路190上通过所设阻火器21，可防止发生回火事故。
在一较佳实施例中，参照图4，供氮支路130上依次设有第二过滤器22、第二减压阀23、第六开关阀24、第三减压阀25和第七开关阀26，汇流排100还包括第三支路131，第三支路131的入口与供氮支路130连接且位于第六开关阀24和第三减压阀25之间。
其中，第二过滤器22用于过滤气体中所夹杂的杂质，以避免杂质进入第二减压阀23，进而导致其堵塞甚至损坏，延长第二减压阀23的使用寿命；第二减压阀23用于将高压氮气减压成中压氮气(2MPa左右)，且减压后的氮气经过第六开关阀24后，一部分进入第三支路131以被输送至实验室供气面板供测试使用，另一部分经过第三减压阀25和第七开关阀26后到达第一开关阀2处。
或者，结合上述实施例中的供氢主路110的氮气吹扫，另一部分经过第三减压阀25和第七开关阀26后并还可到达第二气动阀13处。作为优选，第六开关阀24和第七开关阀26选用球阀。
进一步地，参照图4，汇流排100还包括氮气手动泄压支路132和氮气自动泄压支路133，氮气手动泄压支路132和氮气自动泄压支路133的入口与供氮支路130连接且依次位于第六开关阀24和第三支路131的入口之间，氮气手动泄压支路132上设有针阀27，氮气自动泄压支路133上依次设有第八开关阀28和第二泄压阀29。
所设氮气手动泄压支路132和氮气自动泄压支路133可在经第二减压阀减压后的氢气超压时，实现手动或自动泄压，防止对供氮支路130下游的功能器件(如第三减压阀)造成损坏，延长其使用寿命，减少成本支出。具体地，通过手动打开针阀27实现泄压，手动泄压后的氮气自氮气手动泄压支路132的出口排出至外界环境(室外)；氮气自动泄压支路133上的第八开关阀28处于常开状态，以通过第二泄压阀29实现泄压，自动泄压后的氮气自氮气自动泄压支路133的出口排出至外界环境(室外)。并且，在对第二泄压阀29更换时，可通过关闭第八开关阀28以保证安全性。作为优选，第八开关阀28选用球阀。
在一较佳实施例中，参照图1和图4，汇流排100还包括设置在氢气瓶组200出口处的第一压力传感器30和设置在氮气瓶组300出口处的第二压力传感器31。
第一压力传感器30的作用在于实时监测氢气瓶组200的气源压力，第二压力传感器31的作用在于实时监测氮气瓶组300的气源压力，以在供气瓶组的气源压力低于预设值，即储气量不足时，可及时更换供气瓶组，保证供氢***的正常运行。并且，第一压力传感器30检测到供氢主路110所连接的供氢支路120上的氢气瓶组200储气量不足的情况时，减压换气组合阀1可自动切换以使供氢主路110连接另一供氢支路120，实现氢气的不间断供应。
以上实施例所提出的本供氢***，通过模块化的功能设计，并改进汇流排100的构造设计，同时配置多类功能器件，以实现氢气供气自动切换、氮气吹扫、气体安全放空、氢气泄露及火灾发生检测报警等功能，供氢***的使用功能丰富，其安全性能也大大提升。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种供氢***，其特征在于，包括氢气供给模块、氮气吹扫模块和汇流排，其中：
所述汇流排上设有减压换气组合阀、第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀，所述汇流排包括供氢主路和若干供氢支路、供氮支路、排气支路，所述供氮支路和排气支路与所述供氢支路对应设置；
所述减压换气组合阀具有若干入口且与各所述供氢支路的出口对应连接，所述减压换气组合阀的出口与所述供氢主路的入口连接；所述第一开关阀的入口与所述供氮支路的出口连接，所述第一开关阀的出口与所述供氢支路连接；所述第二开关阀位于所述供氢支路上，所述排气支路的入口与所述供氢支路连接且处于所述第一开关阀和第二开关阀之间，所述第三开关阀位于所述排气支路上；
所述氢气供给模块包括与所述供氢支路对应设置的若干氢气瓶组，所述氢气瓶组与供氢支路连接且处于所述第一开关阀与第二开关阀之间，所述氮气扫吹模块包括与所述供氮支路连接的氮气瓶组。
2.根据权利要求1所述的供氢***，其特征在于，所述供氢支路上设有位于所述第二开关阀与减压换气组合阀之间的第一过滤器，所述减压换气组合阀的出口和各入口处分别设有第一压力表和第二压力表。
3.根据权利要求1所述的供氢***，其特征在于，所述汇流排还包括第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路上分别设有第一气动阀和第二气动阀，所述第一支路的入口与所述供氢主路连接，所述第二支路的入口与所述供氮支路连接，所述第二支路的出口与所述供氢主路连接，所述供氢主路上设有第三气动阀，所述第一支路和第二支路依次位于所述第三气动阀之后。
4.根据权利要求3所述的供氢***，其特征在于，所述汇流排还包括供气支路，所述供气支路的出口与所述第一气动阀、第二气动阀和第三气动阀连接，所述供气支路上依次设有储气瓶、第四开关阀、第一减压阀。
5.根据权利要求4所述的供氢***，其特征在于，还包括用于控制所述第一气动阀、第二气动阀和第三气动阀开关的控制器和与所述控制器电连接的探测器，所述探测器包括氢气浓度探测器和火焰探头。
6.根据权利要求3所述的供氢***，其特征在于，所述汇流排还包括氢气自动泄压支路，所述氢气自动泄压支路的入口与所述供氢主路连接且位于所述减压换气组合阀与第三气动阀之间，所述氢气自动泄压支路上依次设有第五开关阀和第一泄压阀。
7.根据权利要求6所述的供氢***，其特征在于，所述汇流排还包括排气主路，所述排气主路的入口与所述氢气自动泄压支路、第一支路和各所述排气支路的出口连接，所述排气主路上设有阻火器。
8.根据权利要求1所述的供氢***，其特征在于，所述供氮支路上依次设有第二过滤器、第二减压阀、第六开关阀、第三减压阀和第七开关阀，所述汇流排还包括第三支路，所述第三支路的入口与所述供氮支路连接且位于所述第六开关阀和第三减压阀之间。
9.根据权利要求8所述的供氢***，其特征在于，所述汇流排还包括氮气手动泄压支路和氮气自动泄压支路，所述氮气手动泄压支路和氮气自动泄压支路的入口与所述供氮支路连接且依次位于所述第五开关阀和第三支路的入口之间，所述氮气手动泄压支路上设有针阀，所述氮气自动泄压支路上依次设有第八开关阀和第二泄压阀。
10.根据权利要求1所述的供氢***，其特征在于，还包括设置在所述氢气瓶组出口处的第一压力传感器和设置在所述氮气瓶组出口处的第二压力传感器。
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