CN113432040A - 一种潜用燃料电池双层供气管路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种潜用防泄漏燃料电池双层供气管路系统，包括双层管段、双层减压根阀、双层减压阀、双层单向阀和控制装置；所述双层管段包括同轴布置的内管和外管，内管为供气管路，供气管路内安装有内层压力变送器；内管与外管之间形成夹层管路，夹层管路设有充气口，夹层管路内充有保护气体并安装有夹层压力变送器；所述双层管段的供气管路分别与气源和燃料电池连通；所述双层减压根阀、双层减压阀和双层单向阀沿供气气体流向依次安装在双层管段上、各阀门和各压力变送器分别与控制装置相连。本发明的有益效果为：本发明可快速判断管路内气体是否有泄漏，响应速度快，且泄漏的气体不会扩散至潜器密闭环境中，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及船舶动力系统领域，具体涉及一种潜用燃料电池双层供气管路系统。
背景技术
氢氧燃料电池是将自身携带的氢气和氧气的化学能通过电化学方式直接转换为电能供应的装置，具有效率高、振动噪声小等特点，是潜器理想的新型动力系统。动力系统气体管路焊缝和接头处有泄漏风险，普通的单层管路系统在运行时，管路内压力受气源和燃料电池的影响会有波动，仅从压力变化无法判断管路是否有泄漏；而在管路外部环境中设置对应的气体浓度传感器，虽然可以监测气体泄漏，但需要在多个位置监测，且泄漏到一定量后才会引起环境整体气体浓度的变化，同时也不易察觉是哪一部分出现泄漏。氢氧燃料电池所使用的氢气、氧气具有易燃易爆的特点，其供气系统采用单层管路无法快速判断气体是否泄漏，这些危险气体一旦泄漏至潜器的密闭环境内，可能会引起燃烧、爆炸等事故。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种响应速度快、安全可靠的潜用防泄露双层供气管路系统。
本发明采用的技术方案为：一种潜用防泄漏燃料电池双层供气管路系统，包括双层管段、双层减压根阀、双层减压阀、双层单向阀和控制装置；所述双层管段包括同轴布置的内管和外管，内管为供气管路，供气管路内安装有内层压力变送器；内管与外管之间形成夹层管路，夹层管路设有充气口，夹层管路内充有保护气体并安装有夹层压力变送器；所述双层管段的供气管路分别与气源和燃料电池连通；所述双层减压根阀、双层减压阀和双层单向阀沿供气气体流向依次安装在双层管段上；所述双层减压根阀、双层减压阀和双层单向阀均为夹套结构，包括阀门本体和外部的外套壳体，阀门本体内设阀腔，阀门本体与外套壳体之间形成夹层空间；各阀门的阀腔分别与双层管段的供气管路连通，各阀门的夹层空间分别与双层管段的夹层管路连通；所述双层减压根阀、双层减压阀、双层单向阀、内层压力变送器和夹层压力变送器分别与控制装置相连；夹层管路内的气体压力低于供气管路内气体压力，高于外部环境压力。
按上述方案，所述双层管段还包括若干周向间隔布置在内管外部的支撑体，支撑体的长度方向与内管的径向方向一致；所述支撑体的一端与内管的外壁焊接固定，支撑体的另一端与外管的内壁接触。
按上述方案，所述支撑体与外管接触的一端为半球体结构；支撑体与外管之间可滑动，不固定连接。
按上述方案，所述支撑体采用聚四氟乙烯材料制作。
按上述方案，在双层减压阀和双层单向阀之间的双层管段上还增设有双层电磁阀，双层电磁阀与控制装置电连接；所述双层电磁阀也为夹套结构，包括阀门本体和外部的外套壳体，阀门本体内设阀腔，阀门本体与外套壳体之间形成夹层空间；双层电磁阀的阀腔与双层管段的供气管路连通，双层电磁阀的夹层空间与双层管段的夹层管路连通。
按上述方案，所述夹层压力变送器安装在双层减压根阀上游的夹层管路内；所述内层压力变送器至少设置两个，分别安装在双层减压根阀与双层减压阀之间的供气管路，以及双层减压阀与双层电磁阀之间的供气管路内。
按上述方案，各阀门通过法兰与双层管段连接，法兰上开设有用于连通各阀门夹层空间与夹层管路的第一通孔，以及用于连通各阀门阀腔与供气管路的第二通孔。
本发明的有益效果为：本发明所述双层供气管路系统，可以快速判断管路内气体是否有泄漏，响应速度快；且泄漏的气体不会扩散至潜器密闭环境中，即使产生泄漏系统仍可持续运行，避免氢气、氧气等危险气体引起燃烧爆炸等事故，保护了氢氧燃料电池供气系统安全使用，可靠性高；本发明特别适用于潜用氢氧燃料电池动力系统，可作为动力系统安全运行的重要保障。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为本实施例中双层管段的横截面视图。
图3为本实施例中双层单向阀的结构示意图。
图4为本实施例中法兰的结构示意图。
图中：1、双层管段；2、双层减压根阀；3、双层减压阀；4、双层电磁阀；5、双层单向阀；6、法兰；7、内层压力变送器；8、夹层压力变送器；9、充气口；10、控制装置；11、内管；12、外管；13、支撑体；14、阀门本体；15、夹层空间；16、外套壳体；17、阀腔；18、第一通孔；19、第二通孔。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种潜用防泄漏燃料电池双层供气管路系统，包括双层管段1、双层减压根阀2、双层减压阀3、双层单向阀5和控制装置10；所述双层管段1包括同轴布置的内管11和外管12，内管11为供气管路，用于输送氢气或氧气，供气管路内安装有内层压力变送器7，用于监测输送气体的压力变化；内管11与外管12之间形成夹层管路，夹层管路设有充气口9，夹层管路内充有保护气体并安装有夹层压力变送器8，用于监测保护气体的压力变化；所述双层管段1的供气管路其进口端与气源连通，供气管路的出口端与燃料电池的气体流道连通；夹层管路内的气体压力低于供气管路内气体的工作压力，高于外部环境压力。
本发明中，所述双层减压根阀2、双层减压阀3和双层单向阀5沿供气气体流向依次安装在双层管段1上；所述双层减压根阀2、双层减压阀3和双层单向阀5均为夹套结构，包括阀门本体14和外部的外套壳体16，阀门本体14内设阀腔17(现有技术，作为一般的阀门本体14内部流道使用)，阀门本体14与外套壳体16之间形成夹层空间15；各阀门的阀腔17分别与双层管段1的供气管路连通，各阀门的夹层空间15分别与双层管段1的夹层管路连通；所述双层减压根阀2、双层减压阀3、双层单向阀5、内层压力变送器7和夹层压力变送器8分别与控制装置10相连；内层压力变送器7和夹层压力变送器8分别将监测到的压力信号发送至控制装置10，控制装置10接收压力信息，并根据对应管路内的压力升降情况控制各阀的开度及启闭。
优选地，在双层减压阀3和双层单向阀5之间的双层管段1上还增设有双层电磁阀4，双层电磁阀4与控制装置10电连接；所述双层电磁阀4也为夹套结构，包括阀门本体14和外部的外套壳体16，阀门本体14内设阀腔17，阀门本体14与外套壳体16之间形成夹层空间15；双层电磁阀4的阀腔17与双层管段1的供气管路连通，双层电磁阀4的夹层空间15与双层管段1的夹层管路连通。如图3所示，为本实施例中双层单向阀5的结构示意图。
优选地，所述夹层压力变送器8安装在双层减压根阀2上游的夹层管路内；所述内层压力变送器7至少设置两个，分别安装在双层减压根阀2与双层减压阀3之间的供气管路，以及双层减压阀3与双层电磁阀4之间的供气管路内。
优选地，各阀门通过法兰6与双层管段1连接，法兰6上开设有用于连通各阀门夹层空间15与夹层管路的第一通孔18，以及用于连通各阀门阀腔17与供气管路的第二通孔19。如图4所示。
优选地，如图2所示，所述双层管段1还包括若干周向间隔布置在内管11外部的支撑体13，支撑体13的长度方向与内管11的径向方向一致；所述支撑体13的一端与内管11的外壁焊接固定，支撑体13的另一端与外管12的内壁接触；所述支撑体13与外管12接触的一端为半球体结构，支撑体13与外管12之间可滑动，不固定连接。所述支撑体13采用具有自润滑特性的聚四氟乙烯材料制作，有一定的弹性，具有一定的变形压缩空间，使双层管段1具有抗冲击振动的能力。
本发明中，所述双层管段1包括内管11、外管12和支撑体13，其中内管11与外管12之间形成大的夹层管路为压力监测管路，贯通整个系统；充气口9设于夹层管路上，实现夹层气体的充气和放气，调节夹层气体压力。供气管路系统使用前，通过充气口9对夹层管路预充保护气体，气体压力应低于供气管路系统工作压力，高于外部环境压力。
本发明中，双层减压根阀2安装在双层管段1上游的气源出口处，通过双层减压根阀2的启闭实现整个系统供气的通断；发现供气管路系统内层泄漏时，可由控制装置10发送双层减压根阀2启闭控制信号进行快速关闭。
本发明中，双层减压阀3安装在双层减压根阀2的下游，根据燃料电池实际用气压力和内层压力变送器7预设压力的对比，调节双层减压阀3的开度，满足用气需求。双层减压阀3可以是由控制装置10发送阀门开度控制信号进行电动调节，也可以是由人工根据用气设备燃料电池压力差进行手动调节。
本实施例可用于两个燃料电池供气，双层电磁阀4、双层单向阀5和所在的双层管段1相当于供气支路。双层电磁阀4安装在每个燃料电池的供气支路上游处，可以在任一台燃料电池停机后关闭对应支路上的双层电磁阀4，以减少供气管路内气体的潜在泄漏点；也可以在发现供气管路内气体泄漏后，关闭所有的双层电磁阀4，并通过气源压力、每台燃料电池压力和内层压力变送器7的压力判断具体哪一段管路出现泄漏。双层单向阀5安装在每个燃料电池的供气支路上双层电磁阀4的出口处，可以避免多台燃料电池运行时互相干扰供气压力。
本发明中，所述双层电磁阀4安装在双层管段1上游的双层减压阀3出口处，通过双层电磁阀4的启闭实现供气的通断；发现供气管路系统泄漏时，可由控制装置10发送阀门启闭控制信号进行快速关闭。
本发明中，内层压力变送器7分别安装在双层减压阀3进口和出口处的供气管路内。内层压力变送器7可监测整个系统减压前后的供气压力，将压力信息发送给控制装置10。夹层压力变送器8和充气口9设于双层管段1的夹层管路内。夹层压力变送器8可监测夹层气体压力，将压力信息发送给控制装置10。充气口9可实现夹层气体的充气和放气，调节夹层气体压力。由于整个系统的夹层空间15是贯通的，因此夹层压力变送器8和充气口9仅各设置一个即可，以减少外管12的潜在泄漏点。
本发明中，控制装置10控制双层减压根阀2的开度和双层电磁阀4的启闭以及双层减压阀3的开度，调节供气系统通断和供气压力，并接收来自内层压力变送器7和夹层压力变送器8的夹层气体压力信息，根据压力升降情况，调节供气压力或实现供气系统快速关断，防止气体持续泄漏。
系统正常状态下夹层管路内气体压力不变，若与双层管段1供气管路连通的阀门、法兰6、焊缝或接头处有气体泄漏，供气管路内的气体将泄漏到夹层管路中，导致夹层管路内的保护气体压力上升，由于气体是由内层的供气管路向夹层管路泄漏，不会影响供气管路内氢气或氧气气体纯度，因此即使内层泄漏，在必要时系统仍可以持续运行一段时间，保持系统不停机同时也不会产生安全隐患；若与双层管段1夹层管路连通的法兰6、焊缝或接头处有气体泄漏，夹层管路的保护气体将泄漏到外部环境中，导致夹层管路内的气体压力下降。控制装置10根据夹层气体压力变化情况可以判断内管11或外管12出现泄漏，并发送控制信号使双层电磁根阀快速关闭。
在发现内层泄漏，需要检查修复系统时，可以在供气管路通气的条件下，关闭双层减压根阀2、双层减压阀3、双层电磁阀4，在一段时间内通过对比气源、内层压力变送器7和燃料电池的供气压力，当某一处压力出现下降，则对应的管段出现了泄漏，即可针对性地进行检修。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种潜用防泄漏燃料电池双层供气管路系统，其特征在于，包括双层管段、双层减压根阀、双层减压阀、双层单向阀和控制装置；所述双层管段包括同轴布置的内管和外管，内管为供气管路，供气管路内安装有内层压力变送器；内管与外管之间形成夹层管路，夹层管路设有充气口，夹层管路内充有保护气体并安装有夹层压力变送器；所述双层管段的供气管路分别与气源和燃料电池连通；所述双层减压根阀、双层减压阀和双层单向阀沿供气气体流向依次安装在双层管段上；所述双层减压根阀、双层减压阀和双层单向阀均为夹套结构，包括阀门本体和外部的外套壳体，阀门本体内设阀腔，阀门本体与外套壳体之间形成夹层空间；各阀门的阀腔分别与双层管段的供气管路连通，各阀门的夹层空间分别与双层管段的夹层管路连通；所述双层减压根阀、双层减压阀、双层单向阀、内层压力变送器和夹层压力变送器分别与控制装置相连；夹层管路内的气体压力低于供气管路内气体压力，高于外部环境压力。
2.如权利要求1所述的双层供气管路系统，其特征在于，所述双层管段还包括若干周向间隔布置在内管外部的支撑体，支撑体的长度方向与内管的径向方向一致；所述支撑体的一端与内管的外壁焊接固定，支撑体的另一端与外管的内壁接触。
3.如权利要求2所述的双层供气管路系统，其特征在于，所述支撑体与外管接触的一端为半球体结构；支撑体与外管之间可滑动，不固定连接。
4.如权利要求2所述的双层供气管路系统，其特征在于，所述支撑体采用聚四氟乙烯材料制作。
5.如权利要求1所述的双层供气管路系统，其特征在于，在双层减压阀和双层单向阀之间的双层管段上还增设有双层电磁阀，双层电磁阀与控制装置电连接；所述双层电磁阀也为夹套结构，包括阀门本体和外部的外套壳体，阀门本体内设阀腔，阀门本体与外套壳体之间形成夹层空间；双层电磁阀的阀腔与双层管段的供气管路连通，双层电磁阀的夹层空间与双层管段的夹层管路连通。
6.如权利要求1所述的双层供气管路系统，其特征在于，所述夹层压力变送器安装在双层减压根阀上游的夹层管路内；所述内层压力变送器至少设置两个，分别安装在双层减压根阀与双层减压阀之间的供气管路，以及双层减压阀与双层电磁阀之间的供气管路内。
7.如权利要求5所述的双层供气管路系统，其特征在于，各阀门通过法兰与双层管段连接，法兰上开设有用于连通各阀门夹层空间与夹层管路的第一通孔，以及用于连通各阀门阀腔与供气管路的第二通孔。
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