權(quán)利要求書： 1.一種用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置，其特征在于主要由集氣罩、氣體壓縮機、氣體緩沖罐和安全排氣口組成；所述集氣罩內(nèi)部上方設(shè)有第一氫氣濃度檢測儀；所述集氣罩管道連接氣體壓縮機的進口，氣體壓縮機的出口管道經(jīng)止回閥分別連接氣體緩沖罐進口和第一排氣管道，第一排氣管道連接安全排氣口；所述氣體緩沖罐進口設(shè)有第二排氣管道連接安全排氣口；所述第一排氣管道上依次設(shè)有第二氫氣濃度檢測儀和電磁閥，第二排氣管道上設(shè)有安全閥；所述安全排氣口設(shè)有節(jié)流孔板；所述止回閥和氣體緩沖罐進口的管道上設(shè)有壓力變送器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣泄漏收集排放裝置，其特征在于：所述集氣罩用鋼板制作，集氣罩內(nèi)表面平整，其頂面坡往一側(cè)傾斜，最高處通過管道與氣體壓縮機相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫氣泄漏收集排放裝置，其特征在于：所述集氣罩底面長度為

5.3m，寬度為2.5m，頂面坡最矮處高度不小于0.166m，最高處高度不小于0.196m。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣泄漏收集排放裝置，其特征在于：所述第一排氣管道的外徑不大于Φ32mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣泄漏收集排放裝置，其特征在于：所述氣體壓縮機為活塞式壓縮機。

說明書： 用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實用新型屬于氫能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置。背景技術(shù)[0002] 氫能是一種清潔、高效、低碳的二次能源，對構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。其中，燃料電池電動汽車是氫能利用的一個重要方向。車載氫系統(tǒng)是燃料電池汽車的儲能裝置，主要由儲氫氣瓶、管閥件、加氫口和氫氣管路等零部件組成，車載氫系統(tǒng)中日常充滿氫氣。[0003] 車載供氫系統(tǒng)主要由高壓儲氫瓶、加注口、單向閥、安全閥、溢流閥、減壓閥、電磁閥、熱溶栓、壓力和溫度傳感器以及氫管路等零部件組成。為了確保系統(tǒng)安全，供氫系統(tǒng)不但具備過溫保護、低壓報警、過壓保護、過流保護等功能，還考慮到了碰撞安全、氫氣泄漏的控制等。其中，氫氣泄漏控制系統(tǒng)設(shè)有氣罐出口電磁閥，電磁閥由直流電源驅(qū)動，與氫氣泄露報警系統(tǒng)聯(lián)動，當(dāng)泄漏氫氣濃度達(dá)到保護值能自動關(guān)閉，從而達(dá)到切斷氫源的目的，確保了供氫系統(tǒng)的氫氣泄漏量很小且是可控的。而碰撞、高壓儲氫瓶爆炸等極限工況在車輛在停車場停放時發(fā)生的情況極其罕見。因此，當(dāng)車輛在進入停車場停放后，可能造成氫氣泄漏的主要是過溫保護和過壓保護動作時對外排放的氫氣，這部分排放量如下：[0004] 1)過溫保護：燃料電池車的高壓儲氫罐上一般會安裝溫度傳感器用來檢測氣罐內(nèi)氣體溫度，由這些傳感器將氣罐內(nèi)氣體的溫度信號發(fā)送到駕駛室儀表盤上，通過氣體溫度的變化來判斷外界是否有異常情況發(fā)生。為防止儲氫瓶因高溫高壓爆炸，儲氫瓶上安裝了易熔栓。以豐田的Mirai為例，其易熔栓在110℃的溫度下易熔栓會熔解，氫氣可以以每分鐘不超過118NL的速度逐漸排出，在60分鐘內(nèi)排空。這部分排放的氫氣排放速度是可控的。[0005] 2)過壓保護：當(dāng)氣罐中氫氣壓力超過設(shè)定值時，能通過氣罐安全閥自動泄壓，例如瓶體溫度由于某種原因突然升高造成氣罐內(nèi)氣體壓力上升，當(dāng)壓力超過安全閥設(shè)定值時，安全閥自動泄壓，保證氣罐在安全的工作壓力范圍之內(nèi)。安全閥的設(shè)定壓力比儲氫瓶最高工作壓力高10％。以此估算，安全閥一次動作最大排放量為儲氫罐容量的10％。以豐田Mirai的兩個儲氫罐容積分別是60L和62.4L，儲氫壓力為35MPa。以此計算，安全閥一次最大3

排放量約為2.2m。這部分排放的氫氣排放量是可控的。

[0006] 由于氫氣易燃易爆，為了確保氫燃料電池汽車的使用安全，相關(guān)部門制定了《燃料電池電動汽車安全要求》(GB/T24549—2020)等標(biāo)準(zhǔn)，對燃料電池電動汽車的車載氫系統(tǒng)及其管路提出了安全防護要求，重點是防止氫氣泄漏、聚集導(dǎo)致的爆燃風(fēng)險。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要是防止氫氣在車內(nèi)的聚集。當(dāng)燃料電池電動汽車進入室內(nèi)(如地下停車場等)停放時，如車載氫系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏，由于氫氣比空氣輕，泄露后會迅速向高處擴散，漏氣上升滯留屋頂不易排出，氫氣與空氣混合容易形成爆炸性混合物，遇熱或明火即發(fā)生爆炸。目前，由于保有量較少，國內(nèi)尚無專用于燃料電池電動汽車的室內(nèi)停車場?！稓淙剂想姵仉妱悠囀痉哆\行配套設(shè)施規(guī)范》(GB/T29124—2012)中，對停車場所與維修車間的要求主要有：“汽車進入停車場所和維修車間前，須首先開啟室內(nèi)的氫安全報警系統(tǒng)?！薄捌囻?cè)胪＼噲鏊?，須檢查車載氫系統(tǒng)及安全裝置，確保其工作正常，且無泄漏、無故障發(fā)生?！薄败囕d氫系統(tǒng)發(fā)生泄漏等故障的汽車，必須排除故障或?qū)湎到y(tǒng)內(nèi)的壓力排至不大于0.05MPa，才能進入停車場所和維修車間。”但即使汽車在進入室內(nèi)停車場時車載氫系統(tǒng)無泄漏，也無法確保在停放時間段內(nèi)完全無泄漏，而無論每次停車時多小的泄漏量，如不能及時排出室外，多次停車后，積聚的氫氣量會越來越多，長期集聚后，與空氣混合容易形成爆炸性混合物，遇熱或明火即發(fā)生爆炸?！稓錃馐褂冒踩夹g(shù)規(guī)程》(GB4962?2008)的要求“4.1.6建筑物頂內(nèi)平面應(yīng)平整，防止氫氣在頂部凹處積聚；建筑物頂部或外墻的上部應(yīng)設(shè)氣窗或排氣孔。排氣孔應(yīng)設(shè)在最高處，并朝向安全地帶。”對現(xiàn)有的室內(nèi)停車場，尤其是地下停車場，由于停車場屋面梁的存在，無法避免氫氣在頂部的積聚，如需對其進行改造，工作量和投資很大。發(fā)明內(nèi)容[0007] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、效果良好且成本較低的用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置。[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案：[0009] 用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置，主要由集氣罩、氣體壓縮機、氣體緩沖罐和安全排氣口組成；集氣罩內(nèi)部上方設(shè)有第一氫氣濃度檢測儀；集氣罩管道連接氣體壓縮機的進口，氣體壓縮機的出口管道經(jīng)止回閥分別連接氣體緩沖罐進口和第一排氣管道，第一排氣管道連接安全排氣口；氣體緩沖罐進口設(shè)有第二排氣管道連接安全排氣口；第一排氣管道上依次設(shè)有第二氫氣濃度檢測儀和電磁閥，第二排氣管道上設(shè)有安全閥；安全排氣口設(shè)有節(jié)流孔板；止回閥和氣體緩沖罐進口的管道上設(shè)有壓力變送器。[0010] 集氣罩用鋼板制作，集氣罩內(nèi)表面平整，其頂面坡往一側(cè)傾斜，最高處通過管道與氣體壓縮機相連。[0011] 集氣罩底面長度為5.3m，寬度為2.5m，頂面坡最矮處高度不小于0.166m，最高處高度不小于0.196m。[0012] 第一排氣管道的外徑不大于Φ32mm。[0013] 氣體壓縮機為活塞式壓縮機。[0014] 針對目前停車場存在燃料電池電動汽車氫氣泄漏風(fēng)險，發(fā)明人設(shè)計了一種用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置，主要由集氣罩、氣體壓縮機、氣體緩沖罐和安全排氣口組成；集氣罩內(nèi)部上方設(shè)有第一氫氣濃度檢測儀；集氣罩管道連接氣體壓縮機的進口，氣體壓縮機的出口管道經(jīng)止回閥分別連接氣體緩沖罐進口和第一排氣管道，第一排氣管道連接安全排氣口；氣體緩沖罐進口設(shè)有第二排氣管道連接安全排氣口；第一排氣管道上依次設(shè)有第二氫氣濃度檢測儀和電磁閥，第二排氣管道上設(shè)有安全閥；安全排氣口設(shè)有節(jié)流孔板；止回閥和氣體緩沖罐進口的管道上設(shè)有壓力變送器。使用時，集氣罩安裝在停車位上方，當(dāng)?shù)谝粴錃鉂舛葯z測儀檢測到燃料電池電動汽車漏氫后，可啟動與集氣罩相連的氣體壓縮機，將泄漏的氫氣收集入氣體緩沖罐中或者直接排放至室外安全處。應(yīng)用本實用新型，可使現(xiàn)有的室內(nèi)停車場(尤其是地下停車場)不進行大的改造即可停放燃料電池電動汽車，或使新建的室內(nèi)停車場(尤其是地下停車場)不因考慮燃料電池電動汽車的停放而增加太大投資。因此，廣泛推廣應(yīng)用本實用新型，可在不對現(xiàn)有的室內(nèi)停車場(尤其是地下停車場)進行大的改造即可收集燃料電池電動汽車泄漏的氫氣，滿足燃料電池電動汽車在室內(nèi)停車場安全停放的需要。

[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：[0016] (1)由于設(shè)置了集氣罩，與《氫燃料電池電動汽車示范運行配套設(shè)施規(guī)范》(GB/T29124—2012)中的措施相比，可消除氫燃料電池電動汽車在停放過程中發(fā)生的氫氣泄漏帶來的安全隱患。[0017] (2)與《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》(GB4962?2008)的要求“4.1.6建筑物頂內(nèi)平面應(yīng)平整，防止氫氣在頂部凹處積聚；建筑物頂部或外墻的上部應(yīng)設(shè)氣窗或排氣孔。排氣孔應(yīng)設(shè)在最高處，并朝向安全地帶?！毕啾?，可使現(xiàn)有的室內(nèi)停車場尤其是地下停車場能安全停放氫燃料電池電動汽車而不需進行改造或新建符合該規(guī)定的氫燃料電池電動汽車專用停車場。附圖說明[0018] 圖1是本實用新型的用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。[0019] 圖2是圖1氫氣泄漏收集排放裝置中集氣罩的結(jié)構(gòu)示意圖。[0020] 圖中：1集氣罩，2氣體壓縮機，3氣體緩沖罐，4節(jié)流孔板，5止回閥，6電磁閥，7安全閥，8第一氫氣濃度檢測儀，9壓力變送器，10第二氫氣濃度檢測儀，11安全排氣口，12第一排氣管道，13第二排氣管道，14燃料電池電動汽車。具體實施方式[0021] 一、基本結(jié)構(gòu)[0022] 如圖1至圖2所示，本實用新型的用于燃料電池電動汽車室內(nèi)停放時的氫氣泄漏收集排放裝置，主要由集氣罩1、氣體壓縮機2、氣體緩沖罐3和安全排氣口11組成。其中，[0023] 集氣罩內(nèi)部上方設(shè)有第一氫氣濃度檢測儀8；集氣罩管道連接氣體壓縮機的進口，氣體壓縮機的出口管道經(jīng)止回閥5分別連接氣體緩沖罐進口和第一排氣管道12，第一排氣管道連接安全排氣口；氣體緩沖罐進口設(shè)有第二排氣管道13連接安全排氣口；第一排氣管道上依次設(shè)有第二氫氣濃度檢測儀10和電磁閥6，第二排氣管道上設(shè)有安全閥7；安全排氣口設(shè)有節(jié)流孔板4；止回閥和氣體緩沖罐進口的管道上設(shè)有壓力變送器9。[0024] 二、設(shè)計制作[0025] 集氣罩用鋼板制作，外側(cè)可用槽鋼等型鋼加強。集氣罩內(nèi)表面平整，其頂面坡往一側(cè)傾斜，最高處開孔通過管道與氣體壓縮機相連。[0026] 集氣罩的容積按氫燃料電池電動汽車儲氫瓶安全閥的一次排放量計算，并適當(dāng)考慮裕量。儲氫瓶安全閥設(shè)定壓力一般比儲氫瓶最高工作壓力高10％，以此估算，安全閥一次動作最大排放量為最大儲氫罐容量的10％。以豐田Mirai為例，它的兩個儲氫罐容積分別是60L和62.4L，儲氫壓力為35MPa。考慮最大一個儲氫罐超壓，安全閥一次最大排放量約為

3 3

2.2Nm，因此，集氣罩的最小容積不小于2.2Nm。根據(jù)車位的劃分要求，每個車位長度為不小于5m(一般取5.3m)，寬度為2.5m，為覆蓋整個車位，集氣罩的長度a可取5.3m，寬度b可取

2.5m。按此面積和要求的集氣罩最小容積計算，集氣罩最矮處高度h1取不小于0.166m，集氣罩坡度按0.005計算，最高處高度h2取不小于0.196m?？紤]0.1m的裕量并取整，h1取0.3m，h2

3

取0.33m。集氣罩容積合計約4.1m ，可確保能容納安全閥一次排放出的氫氣。其他型號的氫燃料電池電動汽車所需的集氣罩尺寸，可參照此原則計算。

[0027] 安全閥的開啟壓力按約1.1倍的氣體壓縮機選型壓力設(shè)定，可設(shè)定為0.4MPa(絕對壓力)。如電磁閥或壓力變送器故障，造成氣體緩沖罐超壓時，安全閥開啟，將氫氣通過第二排氣管道排至停車場外室外安全處。[0028] 氣體壓縮機宜選擇活塞式壓縮機等容積式壓縮機。流量按集氣罩內(nèi)氣體每小時換氣次數(shù)12次計算(參照《氫氣站設(shè)計規(guī)范》(GB50177?2005)中制氫車間事故通風(fēng)次數(shù)的規(guī)定)，并核算是否滿足燃料電池電動車過溫保護時氫氣排放速度要求。按前述計算的集氣罩容積，可計算出壓縮機流量為820L/min。以豐田的Mirai為例，其儲氫瓶上安裝的易熔栓在110℃的溫度下會熔解，氫氣以不超過118NL/min的速度逐漸排出，按以上選擇的壓縮機流量完全可滿足易熔栓熔解時的氫氣排放速度要求。其他型號的氫燃料電池電動汽車所需的氣體壓縮機流量，可參照此原則計算。由于壓縮機流量和壓力較小，采用風(fēng)冷即可。

[0029] 氣體緩沖罐的容積可按10％氣體壓縮機的流量考慮。按以上所選的氣體壓縮機的流量820NL/min計算，氣體緩沖罐體積按82L選型。[0030] 為實現(xiàn)排氣管道布置時不存在凹段，以避免氫氣的積聚，壓縮機出口管道的管徑不宜過大，一般不大于Φ32mm，并宜盡量減小。此處按Φ25×2選取，管道內(nèi)氣體流速按約15m/s控制。根據(jù)排氣管道的管徑、排氣量和管道內(nèi)的氣體流速，可計算出所需的排氣壓力。

以上所選氣體壓縮機的流量820L/min，可選取排氣壓力0.3MPa(絕對壓力)。為了維持排氣管道內(nèi)的壓力，在排氣管道出口附近立管上設(shè)節(jié)流孔板，節(jié)流孔板孔徑按電磁閥打開時，氣體壓縮機出口壓力維持在壓縮機選型壓力90％～100％范圍內(nèi)計算。

[0031] 三、工作過程[0032] 如圖1所示，集氣罩安裝在車位正上方，覆蓋停車位范圍。[0033] 當(dāng)?shù)谝粴錃鉂舛葯z測儀檢測到氫氣體積濃度達(dá)到0.4％時，說明燃料電池電動汽車14有氫氣泄漏，氣體壓縮機啟動，將泄漏的氫氣壓縮至氣體緩沖罐中。當(dāng)氣體緩沖罐進口管道上的壓力變送器檢測到氣體緩沖罐壓力升至氣體壓縮機的選型壓力時，第一排氣管道上的電磁閥開啟，將氫氣排至室外安全處。為了防止電磁閥故障無法打開造成氣體緩沖罐超壓，第二排氣管道上的安全閥開啟，將氫氣通過第二排氣管道排至停車場外室外安全處。由于安全排氣口處安裝的節(jié)流孔板的作用，可將氣體壓縮機出口管道內(nèi)的壓力維持在壓縮機可運行的范圍內(nèi)，壓縮機不需頻繁啟停。當(dāng)?shù)谝粴錃鉂舛葯z測儀檢測到的氫氣濃度低于

0.4％，說明此時集氣罩內(nèi)的氫氣已排凈。此時，氣體壓縮機仍繼續(xù)運行，直到安裝在電磁閥前的第二氫氣濃度檢測儀檢測到氫氣濃度低于0.4％時，說明氣體緩沖罐內(nèi)的氫氣已基本排放完成，不存在著火和爆炸風(fēng)險，氣體壓縮機停止運行，氫燃料電池電動汽車泄漏的氫氣排放完畢。