CN216213597U - 一种燃料电池发动机氢安全结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池发动机氢安全结构，包括电堆箱体和BOP箱体，所述电堆箱体内设置有涉氢组件，所述涉氢组件封装在所述电堆箱体内；所述BOP箱体内设置有非涉氢组件，所述非涉氢组件封装在所述BOP箱体内；所述BOP箱体与所述电堆箱体通过电堆歧管连接。本实用新型的燃料电池发动机氢安全结构，提高了燃料电池发动机在正常运行过程中的安全性能。

Description

一种燃料电池发动机氢安全结构

技术领域

本实用新型涉及燃料电池安全防护技术领域，特别涉及一种燃料电池发动机氢安全结构。

背景技术

燃料电池发动机包括电堆和辅助***，其中电堆是燃料电池发动机的核心，辅助***是为了维持电堆持续稳定地工作。辅助***包括氢气供应***、空气供应***、冷却***、电气***和控制***。空气供应***负责为电堆反应提供一定压力、流量、湿度和温度的清洁空气，氢气供应***负责为电堆反应提供合适压力和流量的氢气。

在燃料电池发动机运行过程中，电堆本身存在一定量的氢气泄漏。同时，随着燃料电池发动机运行时间的增长，氢气供应***的密封性能会有所下降，此时氢气供应***容易出现泄漏的问题。氢气为易燃易爆气体，与空气混合到一定浓度范围，遇明火容易发生***。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种燃料电池发动机氢安全结构，提高了燃料电池发动机在正常运行过程中的安全性能。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种燃料电池发动机氢安全结构，包括电堆箱体和BOP箱体，所述电堆箱体内设置有涉氢组件，所述涉氢组件封装在所述电堆箱体内；所述BOP箱体内设置有非涉氢组件，所述非涉氢组件封装在所述BOP箱体内；所述BOP箱体与所述电堆箱体通过电堆歧管连接。

可选地，所述涉氢组件为与氢气有直接接触的装置，包括电堆和氢气供应***，所述电堆和氢气供应***封装在所述电堆箱体内。

可选地，所述非涉氢组件为与氢气无直接接触的装置，包括空气供应***和冷却***，所述空气供应***和冷却***封装在所述BOP箱体内。

可选地，所述电堆箱体上设置有氢气吹扫***，所述氢气吹扫***包括通风风扇，所述通风风扇设置在通风入口处，所述通风入口设置在所述电堆箱体上，并与所述电堆箱体的内腔连通；所述电堆箱体上还设置有通风出口，所述通风出口与所述电堆箱体的内腔连通。

可选地，所述通风入口位置设置有空气过滤装置，所述通风风扇设置在所述空气过滤装置的后端；所述通风风扇与控制器电连接。

可选地，所述空气过滤装置为空气滤芯。

可选地，所述通风出口处设置有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器用于检测所述通风出口处的氢气浓度；所述氢气浓度传感器与控制器电连接。

可选地，所述通风出口处设置有烟雾传感器，所述烟雾传感器与控制器电连接。

可选地，所述通风入口设置在所述电堆箱体的一侧，所述通风出口设置在所述电堆箱体的另一侧。

可选地，所述通风入口设置在所述电堆箱体靠近车头的一侧，所述通风出口的朝向与车的行进方向相垂直。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的燃料电池发动机氢安全结构，涉氢组件封装在电堆箱体内，非涉氢组件封装在BOP箱体内，通过设置涉氢组件和非涉氢组件隔离封装的箱体结构，两个箱体之间通过电堆歧管连接，同时，利用所述电堆歧管将电堆箱体与BOP箱体隔离，避免氢气发生泄漏后与非涉氢组件的空气混合，避免了***隐患，保证了燃料电池发动机在正常运行过程中的氢安全。

所述氢气吹扫***对电堆箱体的内腔进行实时吹扫，在出现氢气泄漏的情况下，确保将电堆箱体内部泄漏的氢气排出电堆箱体，避免氢气在密闭空间内逐渐聚集。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池发动机氢安全结构的结构示意图。

其中：

1、电堆箱体，2、BOP箱体，3、空气过滤装置，4、通风入口，5、通风风扇，6、氢气浓度传感器，7、烟雾传感器，8、通风出口。

具体实施方式

本实用新型公开了一种燃料电池发动机氢安全结构，提高了燃料电池发动机在正常运行过程中的安全性能。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型的燃料电池发动机氢安全结构，包括电堆箱体1和BOP箱体2，电堆箱体1内设置有涉氢组件，所述涉氢组件封装在电堆箱体1内。BOP箱体2内设置有非涉氢组件，所述非涉氢组件封装在BOP箱体2内。BOP箱体2与电堆箱体1通过电堆歧管连接。

其中，为了方便BOP箱体2与电堆箱体1的连接，二者相邻设置。BOP箱体为用于封装空气供应***、冷却***、控制***等燃料电池发动机辅助***零部件的箱体。

本实用新型的燃料电池发动机氢安全结构，涉氢组件封装在电堆箱体1内，非涉氢组件封装在BOP箱体2内，通过设置涉氢组件和非涉氢组件隔离封装的箱体结构，两个箱体之间通过电堆歧管连接，同时，利用所述电堆歧管将电堆箱体1与BOP箱体2隔离，避免氢气发生泄漏后与非涉氢组件的空气混合，避免了***隐患，保证了燃料电池发动机在正常运行过程中的氢安全。

电堆箱体1上设置有氢气吹扫***，所述氢气吹扫***用于将电堆箱体1内泄漏的氢气吹出，避免泄漏的氢气聚积产生***隐患。所述氢气吹扫***对电堆箱体1的内腔进行实时吹扫，在出现氢气泄漏的情况下，确保将电堆箱体1内部泄漏的氢气排出电堆箱体，避免氢气在密闭空间内逐渐聚集。

具体的，所述涉氢组件为与氢气有直接接触的装置，包括电堆和氢气供应***，所述电堆和氢气供应***的结构及二者的连接关系为现有技术，此处不再赘述。所述电堆和氢气供应***封装在电堆箱体1内。所述非涉氢组件为与氢气无直接接触的装置，包括空气供应***和冷却***，也可以包括其他与氢气不直接接触的结构或者***，例如控制***等，此处不做限定。所述空气供应***和冷却***封装在BOP箱体2内。

进一步的，所述氢气吹扫***包括通风风扇5，通风风扇5设置在通风入口4处。通风风扇5将大气中的空气引入电堆箱体1，对电堆箱体1的内部进行吹扫，通过调节通风风扇5的转速进而调节空气流量，对可能存在的氢气泄漏进行稀释。通风入口4设置在电堆箱体1上，通风入口4与电堆箱体1的内腔连通。电堆箱体1上还设置有通风出口8，通风出口8与电堆箱体1的内腔连通。通风入口4用于大气中的空气流入，通风出口8用于气流的排出。本实施例中，通风入口4和通风出口8均设置有一个，在其他实施例中，也可以根据需要设置两个或者以上。

在一具体实施例中，通风入口4位置还设置有空气过滤装置3。空气过滤装置3用于将空气中的杂质过滤掉，保证进入电堆箱体1的空气的清洁度。通风风扇5设置在空气过滤装置3的后端，此处的后端是沿气流的流动方向确定的，气流后到的地方为后端。也就是说，进入电堆箱体1的空气先经过空气过滤装置3，后经过通风风扇5，这样设置，避免通风风扇5的扇叶上附着过多的灰尘。通风风扇5与控制器电连接。所述控制器控制通风风扇5的转速及开关。其中，空气过滤装置3为空气滤芯。

为了方便检测电堆箱体1流出的气流中的氢气的浓度，通风出口8处设置有氢气浓度传感器6，氢气浓度传感器6用于检测通风出口8处流过的气流中的氢气浓度。氢气浓度传感器6与所述控制器电连接，从而将氢气浓度传感器6检测到的数据传输给所述控制器。

进一步的，通风出口8处设置有烟雾传感器7，在燃料电池发动机工作工程中，烟雾传感器7实时监测电堆箱体1内部的烟雾浓度，确保燃料电池发动机使用安全。烟雾传感器7与所述控制器电连接。

为了提高氢气的吹扫效果，通风入口4设置在电堆箱体1的一侧，通风出口8设置在电堆箱体1的另一侧，这样设置通风入口4和通风出口8，使得吹扫空气能从一端进入箱体，另一端流出箱体，使得吹扫能贯通整个箱体内腔。

在一具体实施例中，如图1所示，通风入口4设置在电堆箱体1靠近车头的一侧，即设置在车行驶时箱体的迎风面上，以便于吹扫风进入箱体。通风出口8的朝向与车的行进方向相垂直，便于吹扫风排出箱体。在其他实施例中，通风入口4和通风出口8也可以采用其他布置形式，此处不做限定。

所述控制器控制以上各装置的方法为现有技术，此处不再赘述。所述控制器为PLC或者单片机，此处不做限定。

通风风扇5的转速控制可以根据发动机的工况调整：通风风扇5的转速由所述控制器根据燃料电池发动机的不同工作条件进行实时调节，进而控制吹扫空气流量。在小电流运行条件下，氢气过量比大，氢气潜在泄漏风险大，此时增加通风风扇转速，以稀释通风出口8的氢气浓度。在中等电流运行条件下，氢气过量比下降，进气压力较低，氢气潜在泄漏风险小，此时可降低通风风扇5的转速，以减少通风风扇5能耗。在大电流运行条件下，氢气过量比下降，进气压力较高，氢气潜在泄漏风险大，此时需要增加通风风扇5的转速，保证通风出口8的氢气浓度低于设定的安全限值以下。

通风风扇5的转速控制也可以根据通风出口8的氢气浓度进行调节。通风出口8的氢气浓度必须≤3％，当监测到通风出口8的氢气浓度达到安全限值的80％时，增加通风风扇5的转速进而增加吹扫空气流量，当氢气浓度降下去之后，通风风扇5的转速随之降低。

本实用新型的燃料电池发动机氢安全结构工作时，燃料电池发动机开机，在开始供应氢气后1-2s内，通风风扇5开始工作，通风风扇5的转速控制采用上述的两种转速控制方式中的一种进行控制。燃料电池发动机关机时，在切断氢气供应5s后，通风风扇5停止工作。如果电堆箱体1发生氢气泄漏后导致箱体内部起火，通风出口8的烟雾传感器7能够实时监测烟雾浓度，当监测到有烟雾产生时，发动机立即进行紧急停机。

本实用新型的燃料电池发动机氢安全结构，采用涉氢组件与非涉氢组件箱体隔离封装结构，避免氢气泄漏后与非涉氢组件内的空气混合产生***。利用大气中的空气对电堆箱体1进行实时吹扫，确保将电堆箱体1内部泄漏的氢气排出电堆箱体1，避免氢气在密闭空间内聚集。通风风扇的转速可根据不同的条件实时调节，进而控制吹扫空气流量。

在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本方案的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，包括电堆箱体和BOP箱体，所述电堆箱体内设置有涉氢组件，所述涉氢组件封装在所述电堆箱体内；所述BOP箱体内设置有非涉氢组件，所述非涉氢组件封装在所述BOP箱体内；所述BOP箱体与所述电堆箱体通过电堆歧管连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述涉氢组件为与氢气有直接接触的装置，包括电堆和氢气供应***，所述电堆和氢气供应***封装在所述电堆箱体内。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述非涉氢组件为与氢气无直接接触的装置，包括空气供应***和冷却***，所述空气供应***和冷却***封装在所述BOP箱体内。

4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述电堆箱体上设置有氢气吹扫***，所述氢气吹扫***包括通风风扇，所述通风风扇设置在通风入口处，所述通风入口设置在所述电堆箱体上，并与所述电堆箱体的内腔连通；所述电堆箱体上还设置有通风出口，所述通风出口与所述电堆箱体的内腔连通。

5.根据权利要求4所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述通风入口位置设置有空气过滤装置，所述通风风扇设置在所述空气过滤装置的后端；所述通风风扇与控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述空气过滤装置为空气滤芯。

7.根据权利要求4所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述通风出口处设置有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器用于检测所述通风出口处的氢气浓度；所述氢气浓度传感器与控制器电连接。

8.根据权利要求4所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述通风出口处设置有烟雾传感器，所述烟雾传感器与控制器电连接。

9.根据权利要求4所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述通风入口设置在所述电堆箱体的一侧，所述通风出口设置在所述电堆箱体的另一侧。

10.根据权利要求4所述的燃料电池发动机氢安全结构，其特征在于，所述通风入口设置在所述电堆箱体靠近车头的一侧，所述通风出口的朝向与车的行进方向相垂直。

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