CN105784297A - 一种储氢器氢气泄漏率测试集气装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储氢器氢气泄漏率测试集气装置及其方法。本发明属于氢气检测技术领域。储氢器氢气泄漏率测试用集气装置，采用双层不锈钢筒体制成具有中空夹层的装置筒体；筒体通过法兰形式与端盖密封，端盖中心位置开设导气孔，与外侧导气管相连，用于导入和导出测试气体，端盖内侧设有压力传感器和温度传感器，用于对集气装置内部的气体压力和温度进行监测；通过恒温液体在集气装置中空夹层中的循环流动实现装置内部环境的恒温。储氢器氢气泄漏率测试方法，其测试过程主要为：向装有储氢器的集气装置内充入一定压力的高纯惰性气体作为载气；采用气体分析仪器测试某时间段两端时间点上集气装置内惰性气体中的氢气浓度；根据两时间点的氢气浓度计算该时间段内的平均氢气泄漏率。

Description

一种储氢器氢气泄漏率测试集气装置及其方法

技术领域

本发明属于氢气泄漏测试技术领域，特别涉及一种储氢器氢气泄漏率测试集气装置及其测试方法。

背景技术

随着环境污染和能源危机的日益严重，氢气作为一种清洁、高效的二次能源成为替代传统化石燃料的重要能源形式。目前常用的储氢技术主要包括高压气态储氢和金属氢化物固态储氢，这两种储氢技术已被广泛应用于燃料电池、氢能汽车、备用电源等各个能源技术领域。

为了保证储氢器的使用安全，需要对其氢气泄漏情况进行检测。目前的氢气检测技术一般只能定性对储氢器周围的氢气浓度进行监测，并根据浓度变化进行报警输出，但无法定量测试储氢器的氢气泄漏率。而储氢器需达到一定的泄漏率标准才可投入市场，因此需对其氢气泄漏率进行定量精确测试。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种储氢器氢气泄漏率测试集气装置及其测试方法，可通过集气装置内不同时间点的氢气浓度，计算储氢器在某一时间段内的氢气泄漏率。

为了实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供了一种氢气泄漏率测试集气装置，其特征在于，所述的集气装置筒体部分由双层不锈钢罐体组成，双层不锈钢之间形成中空夹层；不锈钢内筒和不锈钢外筒通过不锈钢圆环组成组成集气装置筒体，并通过不锈钢圆环与密封端盖之间采用法兰形式进行连接，在法兰端盖中心位置开设导气孔，导气孔与外侧导气管相连，在法兰端盖内侧设有温度传感器和压力传感器，在双层不锈钢筒体的不锈钢外筒上下两端开设导流孔，并与外部导流管连接。

本发明提供了一种储氢器氢气泄漏率测试集气装置，其特征在于，所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置中，不锈钢外筒的导流孔开设在集气装置筒体上下两端经集气装置筒体轴线的同一平面上，并且两导流孔的连线为该平面对角线。

本发明提供的储氢器氢气泄漏率测试集气装置，其特征在于，所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置的中空夹层中通有恒温液体，并通过导流孔和恒温液体泵将恒温液体送进入夹层中，以实现恒温液体循环流动，保持密封储氢器氢气泄漏率测试集气装置内部恒温。

本发明提供的储氢器氢气泄漏率测试集气装置，其特征在于，所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置可将内部温度控制在0℃～50℃范围的某一温度，温度误差±5℃，测试不同温度环境下储氢器的氢气泄漏率。

本发明提供了一种储氢器氢气泄漏率测试方法，其测试过程包括：

(1)将储氢器充氢至额定压力后，密封入储氢器氢气泄漏率测试集气装置中；

(2)将储氢器氢气泄漏率测试集气装置抽真空至10^-3Pa以下，然后充入压力为P_e的高纯惰性气体，P_e的范围为0.1～0.3MPa之间，惰性气体可为高纯氮气、高纯氩气、高纯氦气等；

(3)装置平衡一段时间后，取时间点t₁，将储氢器氢气泄漏率测试集气装置中的惰性气体导入气体分析仪器，测试惰性气体中的氢气浓度C₁，气体分析仪器可为气相色谱仪或四极质谱仪；

(4)间隔一段时间，取时间点t₂，测试惰性气体中的氢气浓度C₂；

(5)储氢器在t₂-t₁时间内的平均氢气泄漏率R可按下式进行计算：

$R=\frac{V_m(C_2-C_1)}{t_2-t_1}{10}^{-6}{P}_e---\left(1\right)$

式中：

R——漏率，Pa·m³/s；

V_m——测量体积，m³；

t₂-t₁——时间间隔，s；

C₂，C₁——示踪气体浓度，cm³/m³；

P_e——储氢器外表面压力，10⁵Pa。

为避免体积过大影响测试精度，用于测量泄漏率的储氢器氢气泄漏率测试集气装置的体积应保持最小的应用尺寸。

本发明的优点：

本发明提供了一种储氢器氢气泄漏率测试集气装置及其测试方法，通过气体分析仪器对不同温度下、不同时间点的氢气浓度进行精确测试，并根据测试结果计算某一时间段内的氢气泄漏率，具有数据准确、稳定可靠、使用范围广等优点。

附图说明

图1储氢器氢气泄漏率测试集气装置结构图

图2储氢器氢气泄漏率测试方法流程图

图3金属氢化物储氢器氢气泄漏率测试结果

具体实施方式：

实施例1

储氢器氢气泄漏率测试集气装置结构见图1(图1中装有AB₂型储氢合金的金属氢化物储氢器，见图2中的AB₂型储氢合金的金属氢化物储氢器12)。将内径为156mm、壁厚为4mm、高为500mm的不锈钢内筒1与内径为204mm、壁厚为2mm、高为540mm的不锈钢外筒2通过厚度为10mm的不锈钢圆环3焊接在一起，形成集气装置筒体部分。不锈钢圆环3与密封端盖4之间采用法兰形式进行连接，并通过螺栓6对橡胶圈5进行压实密封。在密封端盖4中心位置开设导气孔，并焊接导气管7，在密封端盖4的内侧分别设置压力传感器8和温度传感器9，用于监测集气装置内的气体环境压力和温度。在不锈钢外筒2的上下两端经筒体轴线平面的对角线位置分别开设上下两个导流孔，导流孔通过导流管与恒温设备连接，恒温液体经由导流孔10进入不锈钢内筒1和不锈钢外筒2中间的夹层中，并经导流孔11流出，通过恒温液体循环流动，使泄漏率测试装置内部环境温度保持恒定，从而精确测试恒定温度下储氢器的氢气泄漏率。

实施例2

储氢器氢气泄漏率测试方法流程图见图2。(图1为13，其所示的方框为储氢器氢气泄漏测试集气装置)将一个装有AB₂型储氢合金的金属氢化物储氢器12放入储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)内，充氢至额定压力4MPa，然后密封入储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)中，储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)中的温度为25℃。将储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)抽真空至10^-3Pa，然后通过操作控制台14上的进气阀15向储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)中充入P_e＝0.208MPa的高纯氮气，通过操作控制台14上的压力表17和温度表18显示储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)的压力和温度，可以分别监测储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)中的氮气压力和温度，此时，压力表显示压力为0.208MPa，温度表显示温度为25℃。初始状态下t₁＝0h，认为高纯氮气中的氢气浓度C₁＝0ppm。在t₂＝20h时，操作控制台14上设有排气阀16，开启操作控制台14上的排气阀16，将氮气输送至四极质谱仪19，测试氮气中的氢气浓度，四极质谱仪19将测试结果输送至计算机20，计算机20显示氮气中氢气浓度C₂＝5451ppm，关闭排气阀16。储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)内空体积V₁＝38.52L，AB₂型储氢合金的金属氢化物储氢器12所占体积V₂＝27.83L，则储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)内氮气和氢气所占体积V_m为10.69L。根据公式(1)计算t₂-t₁时间段内金属氢化物储氢器的平均氢气泄漏率为16.2×10^-5Pa·m³/s。在t₂＝50h时，重新开启排气阀16，将氮气输送至四极质谱仪19，测试氮气中的氢气浓度C₂＝9352.2ppm，根据公式(1)计算t₃-t₂时间段内AB₂型储氢合金的金属氢化物储氢器的氢气泄漏率为7.7×10^-5Pa·m³/s。依次测试之后不同时间点时，储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)内的氢气浓度，并计算相应时间间隔内的氢气泄漏率，作图3。可见，随着时间延长，储氢器氢气泄漏测试集气装置(即图1中的不锈钢内筒1)内的氢气浓度逐渐增加，但是氢气泄漏率先增加后减小，直至在200h时，稳定在4.5×10^-5Pa·m³/s。

Claims (5)

1.一种储氢器氢气泄漏测试集气装置，其特征在于：所述的氢气泄漏率测试集气装置筒体部分由双层不锈钢罐体组成，双层不锈钢之间形成中空夹层；不锈钢内筒和不锈钢外筒通过不锈钢圆环组成集气装置筒体，并通过不锈钢圆环采用法兰形式与法兰端盖密封，在法兰端盖中心位置开设导气孔，导气孔与外侧导气管相连，并在法兰端盖内侧设有温度传感器和压力传感器，在双层不锈钢罐体的不锈钢外筒上下两端开设导流孔，并与外部导流管连接。

2.按照权利要求1所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置，其特征在于：所述的氢气泄漏率测试集气装置中，不锈钢外筒的导流孔开设在集气装置筒体上下两端经集气装置筒体轴线的同一平面上，并且两导流孔的连线为该平面对角线。

3.按照权利要求1所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置，其特征在于：所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置的中空夹层中通有恒温液体，通过导流孔和恒温液体泵将恒温液体送进入夹层中，以实现恒温液体循环流动，保持储氢器氢气泄漏率测试集气装置内部恒温。

4.按照权利要求1所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置，其特征在于，所述的储氢器氢气泄漏率测试集气装置可将金属氢化物储氢器温度控制在0℃～50℃范围的某一温度，温度误差±5℃。

5.一种储氢器氢气泄漏率测试方法，其特征在于：储氢器氢气泄漏率测试过程包括：

(1)将装有储氢器的氢气泄漏率测试集气装置抽真空至10^-3Pa以下，然后充入0.1～0.3MPa高纯惰性气体；

(2)选择不同的时间点，将储氢器氢气泄漏率测试集气装置内的惰性气体导入气体分析仪器，对惰性气体中的氢气浓度进行测试分析；

(3)依据某一时间段内起始和终止时间点惰性气体中氢气浓度的变化，计算储氢器在该时间段内的氢气泄漏率。