CN105518436A - 气体取样装置和包括这种装置的加注站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于加注用于氢储罐的加注站的气体取样装置，所述装置包括一线路(2，3，5)，所述线路包括设置有将与加注站(34)的出口连接器(6)可分离地连接的入口连接器(4)的第一上游端，以及并行连接到入口连接器(4)的分别用于取样(2)和加注(5)的两个管，取样管(2)包括阀系统(9，10，11)、第一减压阀(7)和用于收集通过所述第一减压阀(7)膨胀的气体样品的容器(8)，且加注管(5)包括设置有将与待加注的储罐(13，14)的入口连接器(35)可分离地连接的第一出口连接器(12)的下游端。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体取样装置和一种包括这种装置的储罐加注站。
背景技术
氢中包含的杂质可能不利地影响装配在车辆和其它移动应用上的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的运行。为了优化其性能和寿命，供给至燃料电池的氢需要满足国际标准中公布的严格质量要求。
大部分氢一般经由诸如天然气的蒸汽重整(被最普遍地使用)或煤气化的工业过程生产。氢也可通过不常见的工艺如生物质的气化或水的电解生产。
净化过程使得可以产生很高纯度(视情况而定超过99.9％)的氢，这种氢却可能仍包含杂质，杂质的性质和浓度直接取决于生产工艺以及生产原料(天然气、煤、石脑油、生物质、水等)。某些杂质(一氧化碳CO、硫化氢H2S、氨NH3)视情况而定对质子交换膜燃料电池的运行具有不可逆或可逆的影响。其它杂质(二氧化碳、氧、碳氢化合物、甲醛等)对燃料电池的操作的影响较小。
所有杂质都在规定要分析的品种的性质和浓度的标准ISO14687-2中被列出。
为了利用实验室分析技术检查氢的品质，需要在使用点——也就是在加注站的高压(例如350bar或700bar)气体出口处——提取氢样品。
大部分杂质的分析相对困难。所希望的很低的浓度水平(例如在H2S4的情况下在1ppb左右且在CO的情况下约200ppb)和某些品种(H2S，NH3)对某些材料的反应性要求特别苛刻的取样技术。
与这种分析相关的技术制约有很多，且尤其是：
-要分析的气体压力和流量高，
-需要执行材料的化学钝化以限制污染物的吸附，
-设备需要具备高纯度，
-所使用的硬件需要适应高压力，
-设备需要满足安全规定(“ATEX”易爆气体环境条款)等。
因此，在不存在引入甚至很低含量(ppb＝十亿分之几)的污染物的风险的情况下提取典型氢样品的能力非常关键，这是因为需要可以评价供给到正被加注的储罐的燃料的品质。
存在与氢的取样有关的ASTM标准。
文献CN101418908A1记载了一种结合取样装置的氢储罐加注站。该加注站包括专用于取样的出口连接器和位于调节部件上游的样品气体，所述调节部件调节供给到待加注的储罐的流量。
这种装置允许在加注正被执行的同时提取气体样品，但不保证取样的氢气处于车辆被加注的条件下。此外，该装置必须使用与较高压力兼容的构件并且可能与气体的纯度目标不匹配。
该取样原理还需要比较复杂或昂贵的与加注站的架构有关的布置结构。
发明内容
本发明的一个目的是减轻全部或一部分上述的现有技术的缺点。
为此，根据本发明的取样装置在根据其在以上前序部分中给出的一般定义的其它方面的特征主要在于它包括一线路，该线路包括设置有旨在与加注站的出口连接器可移除地连接的入口连接器的第一上游端和两个管，这两个管分别是并联连接到入口连接器的取样管和加注管，取样管包括阀系统、第一压力调节器和用于收集通过所述第一调节器膨胀的气体的样品的容器，所述加注管包括设置有旨在与待加注的储罐的入口连接器可移除地连接的第一出口连接器的下游端。
此外，本发明的某些实施例可具有以下特征中的一个或多个：
-取样管包括位于第一压力调节器的上游——也即入口连接器与第一压力调节器之间——的至少一个校准孔口，
-取样管包括位于第一调节器的下游——也即第一调节器与收集容器之间——的校准孔口，
-取样管包括串联配置在第一调节器的上游——也即位于入口连接器与第一调节器之间——的第一校准孔口和第二校准孔口，第一校准孔口具有比第二校准孔口的孔口尺寸大的孔口尺寸，
-取样管在收集容器的下游包括阀和用于排出从收集容器取得的样品气体的第二出口连接器，
-取样管包括位于收集容器与第二出口连接器之间的第二压力调节器，
-所述线路包括通气管/通风管，该通气管包括至少一个压敏安全阀，该通气管具有通向装置的外部的下游排出端和在收集容器的上游与取样管连接的第一上游端，
-通气管包括在收集容器的下游与取样管连接的第二上游端，
-通气管包括设置有阀和单向止回阀的第三上游端，所述第三上游端在收集容器的上游与取样管连接，
-通气管包括配备有阀和单向止回阀的第四上游端，所述第四上游端在收集容器的下游与取样管连接，
-阀系统包括配置在第一调节器的上游的第一隔离阀，
-阀系统包括配置在第一调节器与收集容器之间的第二隔离阀，
-阀系统包括配置在收集容器的下游的第三隔离阀，
-所述装置结合在可手动运输的移动单元中，
-第一调节器构造成将气体的压力降低至介于10bar与100bar之间、例如介于15bar与50bar之间的确定值，
-第二调节器构造成将气体的压力降低至介于1.5bar与5bar之间、优选地介于2bar与3bar之间的确定值，
-收集容器包括已被化学地去活化、也即通过尤其属于型方法处理的内表面，以消除或限制活性化合物被吸收/分解的现象。
本发明还涉及一种用于加注氢储罐的加注站，该加注站包括根据上述或下述特征中的任一个特征的气体取样装置。
本发明还可涉及包括上述或下述特征的任何组合的任何替代装置或方法。
附图说明
在阅读以下参照唯一的附图给出的说明后，其它细节和优点将变得明显，附图是示出了与氢加注站协作的取样装置的结构的一个示例的示意性和局部的视图。
具体实施方式
图中示出的用于氢储罐加注站的气体取样装置包括流体线路2、3、5，该流体线路包括配备有入口连接器4的第一上游端，该入口连接器旨在与加注站34的出口连接器6可移除地连接。
这就是说，该取样装置可在旨在与储罐14或车辆13连接的气体出口喷嘴6处与加注站的下游端直接可移除地连接。或者，该取样装置可与压缩机的出口连接器或加注站34的缓冲储罐的出口连接器连接。
同样，该取样装置可在旨在通常与软管连接的孔口处与加注站的下游出口连接，所述软管配备有旨在与待加注的储罐连接的燃料加注枪或喷嘴。这就是说，该取样装置可以在软管的位置或站的气体分配软管的上游或下游连接。
该取样装置的线路包括两个管2、5，这两个管分别是并联连接到入口连接器4的取样管2和加注管5。
加注管5包括下游端，该下游端配备有旨在与待加注的储罐13、14的入口连接器35可移除地连接的第一出口连接器12。加注管5优选地不带压力调节器或调节阀(这些部件存在于站34的线路中的上游)。站34可尤其包括其自身的通气线路42。
相比之下，加注管5优选地包括防止在软管拔出的情况下的任何泄漏的安全装置37。
取样管2就其本身而言包括阀系统9、10、11、第一压力调节器7和用于收集通过所述第一调节器7膨胀的气体样品的收集容器8。
取样管2包括串联配置在第一调节器7的上游——也即位于入口连接器4与第一调节器7之间——的至少一个且优选两个校准孔口。更具体地，取样管2可包括第一校准孔口15和第二校准孔口16，第一校准孔口15具有比第二校准孔口16的孔口尺寸大的孔口尺寸。
例如，第一校准孔口15具有在0.5mm与2mm之间且优选为1mm的孔口尺寸，而第二校准孔口16具有在100μm与300μm之间且优选为200μm的尺寸。
如图所示，取样管2可包括在第二校准孔口16与第一调节器7之间配置在第一调节器7的上游的第一隔离阀9。
该第一阀9允许高压上游线路部分选择性地与线路的其余部分隔离。
取样管2优选地包括配置在第一调节器7的上游、例如在第二校准孔口16与第一隔离阀9之间的第一压力表38。
当然，其它布置结构是可行的，例如第一隔离阀9可配置在第一校准孔口15与第二校准孔口16之间(第一压力表38同样如此)。
如图所示，取样管2优选包括配置在第一调节器7与收集容器8之间的第二隔离阀10。
此外，在第一调节器7的下游、也即第一调节器7与收集容器8之间可配置有另外的校准孔口17。该校准孔口17例如具有在200μm与900μm之间、例如为500μm的孔口尺寸。
在第一调节器7与收集容器8之间、例如在校准孔口17与第一调节器7之间可设置有第二压力表39。
在图示的示例中，取样管2在收集容器8的下游包括第三阀11、第二调节器18(可选)和用于排出从收集容器8取得的样品气体的第二出口连接器19(优选是自密封的)。
第二隔离阀10和第三隔离阀11允许容器8中的样品分别在其上游孔口和下游孔口处被隔离。
如图所示，在容器8的下游(在容器8与第三阀11之间)可设置有第三压力表40。在第二调节器18的下游可设置有第四压力表41。
最后，该线路包括通气管3，该通气管包括至少一个压敏安全阀20、22。通气管3包括通向装置的外部的下游排出端33。通气管3包括经由第一压敏安全阀20在收集容器8的上游与取样管2连接的第一上游端21。
通气管3可包括在收集容器8的下游——例如在第二出口连接器19与第二压力调节器18之间——与取样管2连接的第二上游端23。第二上游端23可经由第二压敏安全阀22与取样管2连接。
通气管3可包括第三上游端24，该第三上游端24配备有阀41和单向止回阀42并在收集容器8的上游——例如在第一调节器7与第三校准孔口17之间——与取样管2连接。该阀41允许线路在使用结束时经由通气管3减压。
通气管3可包括配备有阀26和单向止回阀27并在第二调节器18的下游与取样管2连接的第四上游端25。该阀26允许在第二出口连接器19的上游的取样线路的下游部分的吹扫/清洗。
单向止回阀25、42防止所述线路在相关的阀26、41打开的情况下被空气进行任何污染。
处于调节器7、18的下游的安全泄压阀20、22允许在调节器7、18失效的情况下向通气管3排出任何过压。优选地，通气管的下游端3形成用于远离使用者排出可燃气体的具有适当长度(例如3米)的收集器。
通气线路允许提供与待加注的储罐的连接的加注管5(优选软管)的清洗。该清洗可以通过打开对应的阀41经由第二端进行。
这避免了污染储罐。车辆将可以在取得样品之后使用。
校准孔口15、16因此可以限制通向第一调节器7和容器8的气体的流量而不污染旨在取样用于分析的气体。
此外，通过限制下游流量，这些校准孔口15、16使得可以减小通气线路的压敏安全阀20、22和该通气线路的收集器3的尺寸。
第三校准孔口17自身使得可以限制收集容器8被加注的流率。这使得可以避免其在加注时过热。
配置在容器8的下游的第二调节器18允许另外的减压，例如用于在与分析仪的技术特征相容的条件下分配取样气体。
这两个管——取样管2和加注管——可在入口连接器4与加注站34的气体出口6连接时同时工作。这两个管路分别执行车辆的储罐13、14的高压加注和气体样品在低压下向容器8中的抽取。
用于分析低含量杂质的气体的取样意味着在技术设计、清洁度、表面处理和表面状态方面适当的硬件(阀、调节器、管、缸等)的使用。
在第一调节器7的下游获得的低压力(低于100bar的压力)意味着容易发现适当的硬件。
在第一调节器7属于受控类型的情况下，压力上升和目标压力可在下游被控制。这允许在较低压力和较低流量下取样。
然后可以在实验室中分析被容纳在容器8中的氢(例如对于燃料电池应用而言可以测量杂质)。
尽管属于简单和廉价的结构，但所提出的方案构成了用于在加注站34的出口处对氢取样的新颖系统。可同时并在与储罐的加注同等的条件下执行取样。
该装置可以利用已经存在的连接部件且在不需要修改硬件的情况下直接插入在加注站34(或缓冲储罐)与车辆13之间。
压力表38、39、40(这些是可选的)指示线路的各个部分中的压力。
取样装置因此可结合在例如具有0.1m3与0.3m3之间的容积和5kg与35kg之间的质量的可手动运输的移动单元36中。
Claims (15)
1.一种用于氢储罐加注站的气体取样装置，所述装置包括一线路(2，3，5)，所述线路包括设置有旨在与加注站(34)的出口连接器(6)可移除地连接的入口连接器(4)的第一上游端和两个管(2，5)，所述两个管分别是并行连接到所述入口连接器(4)的取样管(2)和加注管(5)，所述取样管(2)包括阀系统(9，10，11)、第一压力调节器(7)和用于收集通过所述第一调节器(7)膨胀的气体样品的容器(8)，所述加注管(5)包括设置有旨在与待加注的储罐(13，14)的入口连接器(35)可移除地连接的第一出口连接器(12)的下游端。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取样管(2)包括位于所述第一压力调节器(7)的上游、也即位于所述入口连接器(4)与所述第一压力调节器(7)之间的至少一个校准孔口(15，16)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述取样管(2)包括位于所述第一调节器(7)的下游、也即位于所述第一调节器(7)与所述收集容器(8)之间的校准孔口(17)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述取样管(2)包括串联配置在所述第一调节器(7)的上游、也即位于所述入口连接器(4)与所述第一调节器(7)之间的第一校准孔口(15)和第二校准孔口(16)，所述第一校准孔口(15)具有比所述第二校准孔口(16)的孔口尺寸大的孔口尺寸。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述取样管(2)在所述收集容器(8)的下游包括阀(11)和用于排出从所述收集容器(8)取得的样品气体的第二出口连接器(19)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述取样管(2)包括位于所述收集容器(8)与所述第二出口连接器(19)之间的第二压力调节器(18)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述线路(2，3，5)包括通气管(3)，所述通气管包括至少一个压敏安全阀(20，22)，所述通气管(3)具有通向所述装置的外部的下游排出端(33)和在所述收集容器(8)的上游与所述取样管(2)连接的第一上游端(21)。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述通气管(3)包括在所述收集容器(8)的下游与所述取样管(2)连接的第二上游端(23)。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述通气管(3)包括设置有阀(41)和单向止回阀(42)的第三上游端(24)，所述第三上游端(24)在所述收集容器(8)的上游与所述取样管(2)连接。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述通气管(3)包括配备有阀(26)和单向止回阀(27)的第四上游端(25)，所述第四上游端(24)在所述收集容器(8)的下游与所述取样管(2)连接。
11.如权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀系统(9，10，11)包括配置在所述第一调节器(7)的上游的第一隔离阀(9)。
12.如权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述阀系统(9，10，11)包括配置在所述第一调节器(7)与所述收集容器(8)之间的第二隔离阀(10)。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述阀系统(9，10，11)包括配置在所述收集容器(8)的下游的第三隔离阀(11)。
14.如权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置结合在可手动运输的移动单元(36)中。
15.一种用于加注氢储罐的加注站，包括如权利要求1至14中任一项所述的气体取样装置。
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