氢气管路主动安全防护装置及方法与流程

本申请涉及氢气输送领域，特别是涉及一种氢气管路主动安全防护装置及方法。

背景技术：

化石能源消耗带来的能源枯竭和环境污染日益严重，可再生能源的大规模开发和利用势在必行。尽管可再生能源储量丰富，分布广泛，但存在着波动剧烈，尤其受自然环境的影响呈现周期性的变化。氢气是一种有效的储能方式，在可再生能源发电高峰期将电能转换为化学能储存在氢气当中，在用电高峰期将氢气携带的能量通过燃料电池重新转换为电能以供使用。因此氢气的制备、储存、运输等技术受到了相关研究人员的重视。

但氢气是一种极易燃易爆的气体，当氢气在空气中的体积分数超过4％-75％时，遇到火源，即可引起爆炸。因此氢气的运输和储存过程中，氢气的泄露以及泄露后的主动防护就显得极为重要。

技术实现要素：

基于此，本申请提供一种氢气管路主动安全防护装置及方法，以防止泄漏氢气大量逸散，进而发生安全事故。

一种氢气管路主动安全防护装置，包括：

壳体，内部具有第一腔体，氢气运输管道置于所述第一腔体，所述壳体与所述氢气运输管道之间设有密封槽，并且所述壳体与所述氢气运输管道可拆卸连接；以及

密封机构，内部具有密封介质，一端通过连通管路与所述第一腔体连通，另一端通过密封介质输送通道与所述密封槽连接，当所述第一腔体内的压力达到第一阈值时，气体通过连通管路进入所述密封机构的一端，当进入所述密封机构的一端的气体压力达到第二阈值时，所述密封机构开始推动所述密封介质进入所述密封介质输送通道，进而填充于所述密封槽中。

在其中一个实施例中，所述密封机构包括：

密封介质存储仓，内部具有密封介质，一端通过所述密封介质输送通道与所述密封槽连接；

缸体，一端通过所述连通管路与所述第一腔体连通，所述缸体的另一端与所述密封介质存储仓的另一端连通；以及

密封介质推送件，一端置于所述密封介质存储仓内，另一端置于所述缸体内，当进入所述缸体一端的气体压力达到第二阈值时，所述密封介质推送件向所述密封介质存储仓方向移动，以推动所述密封介质进入所述密封介质输送通道，进而填充于所述密封槽中。

在其中一个实施例中，密封介质推送件置于所述密封介质存储仓的截面积小于所述密封介质推送件置于所述缸体的截面积。

在其中一个实施例中，所述密封机构还包括：

泄气孔，设置于所述缸体的另一端与所述密封介质存储仓的另一端之间。

在其中一个实施例中，所述壳体的侧壁内具有第二腔体，所述第二腔体与所述第一腔体通过所述连通管路连接，所述密封机构设置于所述第二腔体。

在其中一个实施例中，还包括：

第一柔性密封件，设置于所述壳体与所述氢气运输管道之间，以在所述第一腔体内形成绝缘密封环境，所述密封槽设置于与所述氢气运输管道直接接触的所述第一柔性密封件的外表面。

在其中一个实施例中，还包括：

氢气泄漏报警电路，设置于所述第一腔体，用于检测所述第一腔体内的氢气含量、气体压力值或者气体压力变化量，并进行预警。

在其中一个实施例中，所述氢气泄漏报警电路包括：

检测器，设置于所述第一腔体，用于检测所述第一腔体内的氢气含量、气体压力值或者气体压力变化量；以及

报警器，与所述检测器电连接，当所述检测器检测到的氢气含量、气体压力值或者气体压力变化量大于预设值时，向所述报警器发送报警信号。

在其中一个实施例中，密封介质推送件置于所述密封介质存储仓的截面积小于所述密封介质推送件置于所述缸体的截面积。

在其中一个实施例中，所述壳体沿所述氢气运输管道延伸方向，具有一个贯穿所述壳体的开口，所述开口用于将所述氢气运输管道置于所述腔体。

在其中一个实施例中，还包括：

卡扣，固定设置于所述壳体的外侧壁；以及

卡环，一端固定设置于所述壳体的外侧壁，并且所述卡环与所述卡扣间隔设置于所述开口的两端，当所述卡环的另一端卡合于所述卡扣时，通过按压所述卡环将所述开口闭合。

一种氢气管路主动安全防护方法，利用上述实施例中的任一项所述的氢气管路主动安全防护装置实现所述氢气管路主动安全防护方法，所述氢气管路主动安全防护方法包括：

s10，利用壳体内部的第一腔体包裹氢气运输管道的接头；

s20，当所述第一腔体内的压力达到第一阈值时，气体通过连通管路进入所述密封机构的一端；

s30，当进入所述密封机构的一端的气体压力达到第二阈值时，所述密封机构开始推动所述密封介质进入所述密封介质输送通道，进而填充于所述密封槽中。

上述氢气管路主动安全防护装置，包括壳体以及密封机构。所述壳体内部具有第一腔体。氢气运输管道置于所述第一腔体。所述第一腔体为所述氢气运输管道提供了一个密闭的空间。所述壳体与所述氢气运输管道接触面设有密封槽。所述壳体与所述氢气运输管道可拆卸连接，以便于对所述氢气运输管道进行检修。所述密封机构内部具有密封介质。所述密封机构一端通过连通管路与所述第一腔体连通，另一端通过密封介质输送通道与所述密封槽连接。当所述第一腔体内的压力达到第一阈值时，气体通过连通管路进入所述密封机构的一端，当进入所述密封机构的一端的气体压力达到第二阈值时，所述密封机构开始推动所述密封介质进入所述密封介质输送通道，进而填充于所述密封槽中。上述氢气管路主动安全防护装置通过在易发生泄漏处制造一个能够约束泄漏氢气的环境，而且，当氢气泄露时，无需外界能量或动力来源，仅依靠逸散出来的氢气压力触发所述密封机构释放密封介质，进而实现自动将壳体内部的氢气和外界封闭隔离，防止氢气逸散。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的氢气管路主动安全防护装置的剖面正视图；

图2为本申请一个实施例提供的氢气管路主动安全防护装置的剖面俯视图；

图3为本申请一个实施例提供的氢气管路主动安全防护装置壳体结构图；

图4为本申请一个实施例提供的氢气管路主动安全防护装置壳体结构图；

图5为本申请一个实施例提供的氢气管路主动安全防护方法流程图。

主要元件附图标号说明

氢气管路主动安全防护装置10

壳体100

第一腔体101

开口102

密封槽103

连通管路104

密封介质输送通道105

第二腔体106

卡扣110

卡环120

第一夹持体130

第一螺孔131

第二夹持体140

第二螺孔141

螺钉150

第一柔性密封件200

第三螺孔201

密封机构300

密封介质301

密封介质存储仓310

缸体320

密封介质推送件330

泄气孔340

氢气泄漏报警电路400

检测器410

报警器420

氢气运输管道20

管道接头螺母30

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参见图1和图2，本申请提供一种氢气管路主动安全防护装置10。所述氢气管路主动安全防护装置10包括壳体100以及密封机构300。

所述壳体100内部具有第一腔体101。氢气运输管道20置于所述第一腔体101。所述壳体100与所述氢气运输管道20之间设有密封槽103。并且所述壳体100与所述氢气运输管道20可拆卸连接。所述密封机构300内部具有密封介质301。所述密封机构300的一端通过连通管路104与所述第一腔体101连通，另一端通过密封介质输送通道105与所述密封槽103连接。当所述第一腔体101内的压力达到第一阈值时，气体通过连通管路104进入所述密封机构300的一端，当进入所述密封机构300的一端的气体压力达到第二阈值时，所述密封机构300开始推动所述密封介质301进入所述密封介质输送通道105，进而填充于所述密封槽103中。

具体的，所述壳体100的形状及大小不做具体限定，只要确保所述氢气运输管道20易发生泄露的部分处于所述壳体100的内部即可。所述壳体100具有一定承压能力，并且具有一定封闭性。可以根据氢气运输管道20的管径，设置所述壳体100的形状及大小。所述壳体100保证了所述氢气运输管道20易发生泄露的部分处于所述壳体100的内部。即，例如，所述氢气运输管道20易发生泄露的部分为运输管道接头时，需要确保所述运输管道接头可以全部处于所述壳体100的腔体101内。各节氢气运输管道20的运输管道接头通过管道接头螺母30进行连接。当然各节氢气运输管道20的运输管道接头也可以通过其他连接方式进行连接。所述壳体100的上底面和下底面具有贯穿的通孔，以便于所述氢气运输管道20穿过。

所述壳体100与所述氢气运输管道20可拆卸连接的方式可以是在所述壳体100设置一个开口，当所述氢气输送管道安装妥当后，通过所述壳体100上的开口，将所述壳体100套设于所述氢气输送管道的易发生泄露的部分。所述壳体100与所述氢气运输管道20可拆卸连接的方式还可以是将所述壳体100设置为两个半壳体对接而成。两个半壳体之间可以通过螺栓、卡接或者其他可拆卸方式实现可拆卸连接。所述壳体100与所述氢气运输管道20可拆卸连接的方式还可以是将所述壳体100设置为可以弹性收缩的结构，在所述氢气输送管道安装前，直接将所述壳体100套在所述氢气输送管道的易发生泄露的部分，之后在进行所述氢气输送管道的安装。

所述密封槽103可以设置于所述壳体100与所述氢气运输管道20接触的部位，以及所述壳体100可拆卸部位。例如，在所述壳体100的上底面和下底面与所述氢气运输管道20紧密贴合部位设置所述密封槽103。当所述壳体100与所述氢气运输管道20可拆卸连接的方式为在所述壳体100设置一个开口时，可以在围成所述开口的壳体壁上设置所述密封槽103。当所述密封槽103内充满所述密封介质301时可以在所述壳体100和所述氢气运输管道20之间形成与外界封闭的密闭空间。

所述密封机构300的结构以及位置不做具体限定。在一个可选的实施例中，所述密封机构300可以设置在所述壳体100的内部。当所述密封机构300设置在所述壳体100的内部时，所述连通管路104和所述密封介质输送通道105均设置在所述壳体100的内部。所述密封介质301的材料不做具体限定，只要具有适当的粘度特性和凝结时间，能够在推动下较快速进入所述密封介质输送通道105，并且从所述密封机构300内部释放后一定时间后粘度明显增加或者快速凝结即可。当所述密封介质301充满所述密封槽103后由于粘度增加或凝结而不会过多流出所述密封槽103外。所述第一阈值和所述第二阈值可以根据所述密封机构300的结构设定。

本实施例中，上述氢气管路主动安全防护装置10通过在易发生泄漏处制造一个能够约束泄漏氢气的环境，而且，当氢气泄露时，无需外界能量或动力来源，仅依靠逸散出来的氢气压力触发所述密封机构300释放密封介质301，进而实现自动将壳体100内部的氢气和外界封闭隔离，防止氢气逸散。

在其中一个可选的实施例中，所述密封机构300包括密封介质存储仓310、缸体320以及密封介质推送件330。

所述密封介质存储仓310内部具有密封介质301。所述密封介质存储仓310的一端通过所述密封介质输送通道105与所述密封槽103连接。所述缸体320的一端通过所述连通管路104与所述第一腔体101连通。所述缸体320的另一端与所述密封介质存储仓310的另一端连通。所述密封介质推送件330的一端置于所述密封介质存储仓310内，另一端置于所述缸体320内。当进入所述缸体320一端的气体压力达到第二阈值时，所述密封介质推送件330向所述密封介质存储仓310方向移动，以推动所述密封介质301进入所述密封介质输送通道105，进而填充于所述密封槽103中。

具体的，所述密封介质存储仓310和所述缸体320均为两端为开口的装置。所述密封介质存储仓310的右侧开口与所述缸体320的左侧开口连通。所述密封介质推送件330可以为双头活塞。所述双头活塞的左端置于所述密封介质存储仓310的右端。所述双头活塞的右端置于所述缸体320的左端。左侧双头活塞头与所述密封介质存储仓310的宽度相同。右侧双头活塞头与所述缸体320的宽度相同。所述密封介质301可以填满所述双头活塞的左端与所述密封介质存储仓310左端之间的空间。可选的，所述密封介质推送件330置于所述密封介质存储仓310的截面积小于所述密封介质推送件330置于所述缸体320的截面积。所述密封介质推送件330可移动的距离可以将所述密封介质301压入并充满所述密封槽103中。

在一个可选的实施例中，所述密封机构300还包括泄气孔340。所述泄气孔340设置于所述缸体320的另一端与所述密封介质存储仓310的另一端之间。即，所述泄气孔340设置于所述密封介质存储仓310的右侧开口与所述缸体320的左侧开口之间。所述泄气孔340确保了所述双头活塞的右侧活塞的左侧所述缸体320内的气体和外界连通。所述泄气孔340还可以设置于所述密封槽103远离所述密封介质301的一侧，以保证所述密封介质301经所述密封介质输送通道105进入所述密封槽103时背压较小并且能够充满所述密封槽103。

在其中一个实施例中，所述壳体100的侧壁内具有第二腔体106。所述第二腔体106与所述第一腔体101通过所述连通管路104连接。所述密封机构300设置于所述第二腔体106。具体的所述密封介质存储仓310、所述缸体320以及所述密封介质推送件330均设置于所述第二腔体106。所述密封机构300设置于所述第二腔体106可以减小所述氢气管路主动安全防护装置10的体积，便于携带。

在其中一个实施例中，所述氢气管路主动安全防护装置10还包括第一柔性密封件200。所述第一柔性密封件200设置于所述壳体100与所述氢气运输管道20之间，以在所述第一腔体101内形成绝缘密封环境。所述密封槽103设置于与所述氢气运输管道20直接接触的所述第一柔性密封件200的外表面。

具体的，所述第一柔性密封件200可以是橡胶、树脂、塑胶材料、硅胶材料或者其他柔性密封材料中的任意一种。在所述壳体100的上底面和下底面与所述氢气运输管道20紧密贴合部位设置所述第一柔性密封件200。当然，在所述壳体100可拆卸部位也可以设置所述第一柔性密封件200。所述第一柔性密封件200可以通过粘接的方式固定设置于所述腔体101。所述第一柔性密封件200也可以通过在所述壳体100的相应位置上设置卡接件，所述卡接件将所述第一柔性密封件200固定设置于所述腔体101。在所述密封机构300没有开始工作时，所述第一柔性密封件200的设置可以使得所述氢气管路主动安全防护装置10具有一定的封闭性，避免在氢气泄露较少的情况下，氢气逸散。

在其中一个实施例中，所述氢气管路主动安全防护装置10还包括氢气泄漏报警电路400。所述氢气泄漏报警电路400设置于所述第一腔体101，用于检测所述第一腔体101内的氢气含量、气体压力值或者气体压力变化量，并进行预警。

当氢气运输管道20接头发生氢气泄漏时，由于所述氢气管路主动安全防护装置10内部空间较小，氢气浓度会很快提升，内部气体压力也会很快提升，所述氢气泄漏报警电路400可以快速响应，进而提醒工作人员及时关闭氢气输送阀门，并对发生泄漏的管道进行检修。并且，对于已经泄露在所述第一腔体101内的氢气，可以通过点燃，吸附，反应，收集等手段进行处理，避免氢气逸散至外界环境中。所述氢气泄漏报警电路400可以通过示色，发声，发光或发出电信号的方式提示进行检修。

在一个可选的实施例中，所述氢气泄漏报警电路400包括检测器410和报警器420。

所述检测器410设置于所述第一腔体101，用于检测所述第一腔体101内的氢气含量、气体压力值或者气体压力变化量。所述报警器420与所述检测器410电连接。当所述检测器410检测到的氢气含量、气体压力值或者气体压力变化量大于预设值时，向所述报警器420发送报警信号。

可选的，所述检测器410为氢气浓度检测器、气体压力值检测器或者气体压力变化检测器，所述报警器420为警示灯或者蜂鸣器。所述报警器420可以设置在所述壳体100的内壁上。所述报警器420还可以设置在所述壳体100的外壁上。

本实施例中，所述氢气泄漏报警电路400用于检测所述腔体101内的氢气含量、气体压力值或者气体压力变化量，并进行预警。所述氢气泄漏报警电路400可以快速响应，以通知工作人员进行检修，防止泄漏氢气大量聚集。

请参见图3，在其中一个实施例中，所述壳体100沿所述氢气运输管道20延伸方向，具有一个贯穿所述壳体100的开口102，所述开口102用于将所述氢气运输管道20置于所述腔体101。可选的，为了实现所述壳体100与所述氢气运输管道20之间的密封，所述氢气管路主动安全防护装置10还包括卡扣110、卡环120以及第一柔性密封件200。

所述卡扣110固定设置于所述壳体100的外侧壁。所述卡环120一端固定设置于所述壳体100的外侧壁，并且所述卡环120与所述卡扣110间隔设置于所述开口102的两端，当所述卡环120的另一端卡合于所述卡扣110时，通过按压所述卡环120将所述开口102闭合。所述第一柔性密封件200设置于所述壳体100的所述开口102处。所述卡扣110和所述卡环120配合使用，可将所述氢气管路主动安全防护装置10固定在管道上，同时压迫所述壳体100的开口102使其闭合，达到密封效果。在需要检修或更换装置时，也可以快速释放。

在其中一个可选的实施例中，所述氢气管路主动安全防护装置10还可以通过两个延伸板以及卡扣和卡槽实现所述壳体100与所述氢气运输管道20之间的密封。两个延伸板可以设置在所述开口102的两侧。两个延伸板可以与所述壳体100一体成型。一个延伸板上设置所述卡扣，另一个延伸板上设置所述卡槽，所述卡扣与所述卡槽卡合将所述壳体100上的开口闭合。

本实施中，所述壳体100沿所述氢气运输管道20延伸方向，具有一个贯穿所述壳体100的开口102，可以在不需要拆卸所述氢气运输管道20的同时，实现可拆卸的安装所述壳体100的目的。

请参见图4，在其中一个实施例中，所述壳体100包括第一夹持体130、第二夹持体140以及第一柔性密封件200。

所述第一夹持体130具有第一螺孔131。所述第二夹持体140具有第二螺孔141。所述第一柔性密封件200设置于所述第一夹持体130与所述第二夹持体140之间。连接件穿过所述第二螺孔141和所述第一螺孔131将所述第一夹持体130与所述第二夹持体140可拆卸连接，以在所述第一夹持体130与所述第二夹持体140之间形成所述腔体。

具体的，所述第一夹持体130和所述第二夹持体140可以形状完全相同的半壳体，当所述第一夹持体130和所述第二夹持体140对接形成所述壳体100。所述第一夹持体130和所述第二夹持体140相应的位置上设置螺孔，以使的两个半壳体可以可拆卸连接。所述第一柔性密封件200的位置可以在所述第一夹持体130的两端和所述第二夹持体140的两端。当然在所述第一夹持体130和所述第二夹持体140对接的位置也可以设置第一柔性密封件200。此时，所述第一柔性密封件200相应的位置上设置第三螺孔201，以使得螺钉150依次穿过所述第一螺孔131、所述第三螺孔201和所述第二螺孔141将所述第一夹持体130与所述第二夹持体140可拆卸连接。

本实施例中，所述壳体100通过第一夹持体130和第二夹持体140，可以在不需要拆卸所述氢气运输管道20的同时，实现可拆卸的安装所述壳体100的目的。

请参见图5，本申请提供一种氢气管路主动安全防护方法。利用上述实施例中的任一项所述的氢气管路主动安全防护装置10实现所述氢气管路主动安全防护方法。所述氢气管路主动安全防护方法包括：

s10，利用壳体100内部的第一腔体101包裹氢气运输管道20的接头。步骤s10中，所述壳体100的形状及大小不做具体限定，只要确保所述氢气运输管道20易发生泄露的部分处于所述壳体100的内部即可。所述壳体100具有一定承压能力，并且具有一定封闭性。

s20，当所述第一腔体101内的压力达到第一阈值时，气体通过连通管路104进入所述密封机构300的一端。步骤s20中，所述密封机构300的结构以及位置不做具体限定。在一个可选的实施例中，所述密封机构300可以设置在所述壳体100的内部。所述第一阈值可以根据所述密封机构300的结构设定。

s30，当进入所述密封机构300的一端的气体压力达到第二阈值时，所述密封机构300开始推动所述密封介质301进入所述密封介质输送通道105，进而填充于所述密封槽103中。步骤s30中，所述第二阈值可以根据所述密封机构300的结构设定。所述密封介质301的材料不做具体限定，只要具有适当的粘度特性和凝结时间，能够在推动下较快速进入所述密封介质输送通道105，并且从所述密封机构300内部释放后一定时间后粘度明显增加或者快速凝结即可。当所述密封介质301充满所述密封槽103后由于粘度增加或凝结而不会过多流出所述密封槽103外。

本实施例中，上述氢气管路主动安全防护方法通过在易发生泄漏处制造一个能够约束泄漏氢气的环境，而且，当氢气泄露时，无需外界能量或动力来源，仅依靠逸散出来的氢气压力触发所述密封机构300释放密封介质301，进而实现自动将壳体100内部的氢气和外界封闭隔离，防止氢气逸散。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。