CN111120880B - 氢气泄漏主动安全防护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请中提供一种氢气泄漏主动安全防护系统及方法。氢气泄漏主动安全防护系统可以应用在氢气的运输和储存过程中。氢气泄漏主动安全防护系统可以有效的主动防止由于氢气的泄漏而造成的起火或者爆炸的问题。氢气泄漏主动安全防护系统中，通过主动防护壳体提供泄漏积聚空间。泄漏积聚空间用于收集泄露氢气。检测器检测泄露积聚空间中的氢气当量。处理器判断若泄露积聚空间中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值，触发主动防护器，对泄露氢气执行主动防护的动作。氢气泄漏主动安全防护系统可以主动的对泄漏氢气进行操作，减少了氢气泄漏带来的安全隐患。
Description
技术领域
本申请涉及氢能源技术领域，特别是涉及一种氢气泄漏主动安全防护系统及方法。
背景技术
随着传统化石能源的大量开采和使用，导致的能源枯竭、气候变化和生态环境问题日益突出。然而可再生能源的不均匀性、间歇性造成并网后对电网的巨大冲击，因此储能技术至关重要。在众多的储能技术中，氢能因其高能量密度、可再生和清洁性具有明显的优势。
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。在氢气的运输和储存过程中，氢气的泄漏难以避免，因此泄漏后的主动防护就显得极为重要。
发明内容
基于此，有必要针对在氢气的运输和储存过程中，氢气的泄漏容易造成起火或者爆炸的问题，提供一种循环吸附式氢气泄漏的主动安全防护系统及方法。
一种氢气泄漏主动安全防护系统，包括：
主动防护壳体，与所述氢气运输管道可拆卸连接，所述主动防护壳体中具有用于容纳泄漏氢气的泄漏积聚空间，所述氢气运输管道之间通过管道接头连接，所述泄漏积聚空间环绕所述管道接头的外侧壁形成；
检测器，设置于所述泄漏积聚空间，用于检测所述泄露积聚空间中的氢气当量；
处理器，与所述检测器电连接，用于分析并判断所述泄露积聚空间中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值；
主动防护器，与所述处理器电连接，用于当所述处理器判断所述泄露积聚空间中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器被触发，对泄露氢气执行主动防护。
在一个实施例中，所述氢气泄漏主动安全防护系统，还包括：
隔离层，沿所述氢气运输管道的传输方向，抵接于所述主动防护壳体；
密封衬垫，设置于所述主动防护壳体与所述管道接头和/或所述氢气运输管道接触的面；在所述密闭空间内，所述隔离层搭接于所述密封衬垫。
在一个实施例中，所述主动防护壳体具有向下的开口，所述开口使得所述泄漏积聚空间开放，所述泄漏积聚空间中的气体可与实际环境中的气体流通。
在一个实施例中，所述检测器包括：
氢气传感器，设置于所述泄露积聚空间。
在一个实施例中，所述处理器包括：
数据处理电路，设置于所述密闭空间，并与所述氢气传感器电连接。
在一个实施例中，所述主动防护器包括：
继电器，与所述数据处理电路电连接，用于获取所述数据处理电路采集的数据信息，并根据所述数据信息判断所述泄露积聚空间中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值；
变压器，与所述继电器电连接，当所述继电器判断所述泄露积聚空间中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器被触发，对泄露氢气执行主动防护；以及
放电电极，与所述变压器电连接，所述放电电极伸入所述所述泄露积聚空间。
在一个实施例中，电连接所述放电电极和所述氢气传感器的导线上设置有保护层。
在一个实施例中，所述氢气泄漏主动安全防护系统，还包括：
隔热防火材料，设置于所述氢气运输管道与所述隔离层之间。
在一个实施例中，所述氢气泄漏主动安全防护系统，还包括：
报警器，与所述处理器电连接，当所述处理器判断所述泄露积聚空间中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值时，向所述报警器发送报警控制信号。
本申请提供一种氢气泄漏主动安全防护方法。采用上述任一项所述的氢气泄漏主动安全防护系统，实现以下步骤：
S100，提供所述泄漏积聚空间，所述泄漏积聚空间用于容纳泄漏氢气；
S200，检测器检测所述泄漏积聚空间中的氢气当量；
S300，处理器判断所述泄漏积聚空间中的氢气当量；
S400，当所述泄露积聚空间中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器被触发，对泄露氢气执行主动防护，以使得所述泄露积聚空间中的氢气不再持续累积。
本申请中提供一种氢气泄漏主动安全防护系统及方法。氢气泄漏主动安全防护系统可以应用在氢气的运输和储存过程中。氢气泄漏主动安全防护系统可以有效的主动防止由于氢气的泄漏而造成的起火或者爆炸的问题。氢气泄漏主动安全防护系统中，通过主动防护壳体提供泄漏积聚空间。泄漏积聚空间用于收集泄露氢气。检测器检测泄露积聚空间中的氢气当量。处理器判断若泄露积聚空间中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值，触发主动防护器，对泄露氢气执行主动防护的动作。氢气泄漏主动安全防护系统可以主动的对泄漏氢气进行操作，减少了氢气泄漏带来的安全隐患。
附图说明
图1为本申请一个实施例中提供的氢气泄漏主动安全防护系统的结构示意图；
图2为本申请一个实施例中提供的氢气泄漏主动安全防护系统的结构示意图；
图3为本申请一个实施例中提供的氢气泄漏主动安全防护系统的结构示意图；
图4为本申请一个实施例中提供的氢气泄漏主动安全防护系统的结构示意图；
图5为本申请一个实施例中提供的氢气泄漏主动安全防护方法的流程图。
附图标号说明：
氢气泄漏主动安全防护系统 100
主动防护壳体 10
开口 101
管道接头 12
氢气运输管道 13
泄漏积聚空间 14
密闭空间 15
隔热防火材料 16
密封衬垫 17
隔离层 18
检测器 60
氢气传感器 61
处理器 70
数据处理电路 71
主动防护器 80
继电器 81
变压器 82
放电电极 83
报警器 90
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参阅图1和图2，本申请提供一种氢气泄漏主动安全防护系统100。所述氢气泄漏主动安全防护系统100包括：主动防护壳体10、检测器60、处理器70和主动防护器80。
所述主动防护壳体10与所述氢气运输管道13可拆卸连接。所述主动防护壳体10中具有用于容纳泄漏氢气的泄漏积聚空间14。所述氢气运输管道13之间通过管道接头12连接。所述管道接头12一般采用螺纹连接，易发生松动导致氢气泄漏。所述泄漏积聚空间14环绕所述管道接头12的外侧壁形成。所述主动防护壳体10的内侧壁可设置密封件，避免泄漏氢气直接扩散至空气中。所述主动防护壳体10的外侧壁可以包括卡环与卡扣，用于实现与所述氢气运输管道13的可拆卸连接。所述主动防护壳体10可以设置为0.5cm的玻璃材质。所述主动防护壳体10可以设置接线孔和/或排气孔。一般的,排气孔位于管道下方所述主动防护壳体10的侧端面上。
所述检测器60设置于所述泄漏积聚空间14。所述检测器60用于检测所述泄露积聚空间14中的氢气当量。所述检测器60可以检测所述泄漏积聚空间14中的氢气当量。所述氢气当量可以包括但不仅限于氢气浓度和/或氢气压力。在一个实施例中,所述检测器60可以包括高灵敏度的氢气传感器.氢气传感器具有检测探头，所述检测探头用对氢气极为敏感的材料制成。所述氢气传感器能够将检测结果生成电压信号。
所述处理器70与所述检测器60电连接。所述处理器70用于分析并判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值。所述处理器70可以为电脑或者其他的处理装置。在所述处理器70中设置有分析并判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值的判断程序。所述处理器70还可以为包含继电器和变压器的电器结构。所述继电器接收来自所述氢气传感器的电压信号，闭合低压电路。变压器将低电压转变为高电压提供至所述主动防护器80。
所述主动防护器80与所述处理器70电连接，用于当所述处理器70判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器80被触发，对泄露氢气执行主动防护。所述主动防护器80可以有很多的设置形式。比如所述主动防护器80可以设置为接受所述处理器70的控制信号就产生高温或者放电的装置。在一个实施例中，所述主动防护器80可以包括放电电极83。所述放电电极83可以采用铜材料，所述放电电极83的两电极之间的间距0.5cm-0.8cm。
本实施例中，所述氢气泄漏主动安全防护系统100可以应用在氢气的运输和储存过程中。所述氢气泄漏主动安全防护系统100可以有效的主动防止由于氢气的泄漏而造成的起火或者爆炸的问题。所述氢气泄漏主动安全防护系统100中，通过所述主动防护壳体10提供所述泄漏积聚空间14。所述检测器60检测所述泄露积聚空间14中的氢气当量。所述处理器70判断若所述泄露积聚空间14中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值，触发所述主动防护器80，对泄露氢气执行主动防护的动作。所述氢气泄漏主动安全防护系统100可以主动的对泄漏氢气进行操作，减少了氢气泄漏带来的安全隐患。
在一个实施例中，所述氢气泄漏主动安全防护系统100，还包括：隔离层18和密封衬垫17。
所述隔离层18沿所述氢气运输管道13的传输方向，抵接于所述主动防护壳体10。具体的，所述隔离层18可以为硅、玻璃或者橡胶中的任意一种。所述隔离层18要能够协助所述主动防护壳体10形成所述密闭空间15。
所述密封衬垫17设置于所述主动防护壳体10与所述管道接头12和/或所述氢气运输管道13接触的面。在所述密闭空间15内，所述隔离层18搭接于所述密封衬垫17，用于进一步的保证所述密闭空间15的密封性。
具体的，所述密封衬垫17设置于所述主动防护壳体10与所述管道接头12和/或所述氢气运输管道13接触的面。所述密封衬垫17协助形成所述密闭空间15。所述密封衬垫17的材料可以为橡胶、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。
本实施例中，提供一种所述密闭空间15的形成方式。当然，所述密闭空间15还可以是其他的形成方式，只要能够在所述主动防护壳体10中提供一个密闭的空间即可。
在一个实施例中，所述主动防护壳体10设置于所述氢气运输管道13、所述氢气运输管道13的交叉口、所述氢气运输管道13的入口处或出口处、氢气存储装置的入口处或出口处或者氢气存储装置的侧壁。
本实施例中提供了所述主动防护壳体10可以设置的环境。所述主动防护壳体10可以设置在一切有可能发生氢气泄漏的位置。比如，所述主动防护壳体10可以设置于所述氢气运输管道13，避免由于所述氢气运输管道13的泄漏而导致的氢气的聚集。所述氢气运输管道13中充满气态氢气压力大于0.1MPa。所述主动防护壳体10还可以设置于所述氢气运输管道13的交叉口，所述主动防护壳体10可以将所述交叉口全部包裹在内，避免泄漏氢气扩散至大气中，发生危险。所述主动防护壳体10还可以设置于所述氢气运输管道13的入口处或出口处，或者是出口及入口的衔接处，避免入口处、出口处以及衔接处的密封效果不好带来的氢气泄漏。所述主动防护壳体10还可以设置于氢气存储装置的入口处或出口处。或者所述主动防护壳体10还可以设置于氢气存储装置的侧壁。当所述主动防护壳体10还可以设置于氢气存储装置的侧壁时，所述主动防护壳体10可以是通过边缘密闭贴附于氢气存储装置的收集结构，避免侧壁老化或者侧壁受侵蚀而导致的氢气泄漏。
在一个实施例中，所述主动防护壳体10具有开口101，所述开口101使得所述泄漏积聚空间14开放，所述泄漏积聚空间14中的气体可与实际环境中的气体流通。
本实施例中，所述开口101的大小可以不做具体的限定。所述开口101的设置使得所述泄漏积聚空间14形成开放的空间，所述泄漏积聚空间14中的气体可与实际环境中的气体流通。或者说，在所述泄漏积聚空间14内可以有空气的进入，方便所述主动防护器80起到相应的主动防护的作用。
在一个实施例中，所述开口101的开口方向与泄露氢气的移动方向相反。本实施例中，所述开口101的开口方向与泄露氢气的移动方向相反，也就是说，由于氢气的密度小于空气的密度，因此泄露氢气会向上运动。如图1-图3所示，所述开口101一般设置在所述氢气运输管道13的下方。而，所述检测器60、所述处理器70和所述主动防护器80一般设置于所述氢气运输管道13的上方，便于对泄露的氢气进行主动防护处理。如图4所示，如果所述氢气运输管道13是垂直上下设置的，所述开口101设置于所示主动防护壳体10下方的位置。所示开口101的大小可以适当的减小。
在一个实施例中，所述检测器60包括：氢气传感器61。
所述氢气传感器61设置于所述泄露积聚空间14。所述氢气传感器61可以为超高精度的氢气传感器。所述氢气传感器61可以为氢气压力传感器或者氢气浓度传感器。
本实施例中，所述检测器60包括所述氢气传感器61。所述氢气传感器61可以提高对泄露氢气的检测精度。并且，所述氢气传感器61设置的位置可以有效的增加所述氢气泄漏主动安全防护系统100的使用寿命。
在一个实施例中，所述处理器70包括：所述数据处理电路71设置于所述密闭空间15。所述数据处理电路71与所述氢气传感器61电连接。所述数据处理电路71用于将所述氢气传感器61采集到的氢气当量的数值转化为电压值。
在一个实施例中，所述主动防护器80包括：继电器81和变压器82和放电电极83。所述放电电极83伸入所述泄露积聚空间14。
所述继电器81与所述数据处理电路71电连接。所述继电器81用于获取所述数据处理电路71采集的数据信息，并根据所述数据信息判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值。
所述变压器82与所述继电器81电连接。当所述继电器81判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器80被触发，对泄露氢气执行主动防护。
本实施例中，所述继电器81和所述变压器82均为成熟的电子器件，性能稳定性较高，便于分析并判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值。所述处理器70的性能稳定也有利于提高所述氢气泄漏主动安全防护系统100的整体稳定性，避免泄露氢气在短时间内的累积。
本实施例中，所述放电电极83伸入所述泄露积聚空间14内，可以加快触发对泄露氢气的主动防控动作。具体的，所述放电电极83可以为两个相距约0.5cm-0.8cm的电极。具体的，所述放电电极83可以采用铜材料，或者其他的能够快速触发的导电材料。
在一个实施例中，电连接所述放电电极83和所述氢气传感器61的导线上设置有保护层。或者在另一个实施例中，电连接所述放电电极83和所述氢气传感器61的导线上加粗设置，用于防止导线高温融化。
本实施例中，所述保护层可以为橡胶层或者抗高温的陶瓷材料层。所述保护层可以防止导线高温熔化，保证所述主动防护器80和所述氢气传感器61的正常使用。
在一个实施例中，所述氢气泄漏主动安全防护系统100，还包括：隔热防火材料16。
所述隔热防火材料16设置于所述氢气运输管道13与所述隔离层18之间。所述隔热防火材料16的厚度可以不做限定具体根据所述主动防护壳体10的实际形态进行任意设置。本实施例中，所述隔热防火材料16为橡胶块或者抗高温的陶瓷材料。所述隔热防火材料16用于防止所述主动防护器80进行主动防护的时候，会对所述主动防护壳体10造成不必要的损伤。
请参阅图3，在一个实施例中，所述氢气泄漏主动安全防护系统100，还包括：报警器90。
所述报警器90与所述处理器70电连接。当所述处理器70判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值时，向所述报警器90发送报警控制信号。
本实施例中，提供所述报警器90可以为警示灯或者蜂鸣器中的一种或多种。所述报警器90可以设置在所述主动防护壳体10的内壁上或者所述密闭空间15内。所述报警器90还可以设置在所述主动防护壳体10的外壁上。本实施例中，所述报警器90用于检测所述环形腔体101内的氢气含量，并进行预警。所述报警器90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。
请参阅图5，本申请还涉及一种氢气泄漏主动安全防护方法。采用上述任一项所述的氢气泄漏主动安全防护系统100，实现以下步骤：
S100，提供所述泄漏积聚空间14，所述泄漏积聚空间14用于容纳泄漏氢气；
S200，检测器60检测所述泄漏积聚空间14中的氢气当量；
S300，处理器70判断所述泄漏积聚空间14中的氢气当量；
S400，当所述泄露积聚空间14中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器80被触发，对泄露氢气执行主动防护，以使得所述泄露积聚空间14中的氢气不再持续累积。
在一个具体的实施例中，本申请中提供的如图2所示的所述氢气泄漏主动安全防护系统100中，所述氢气运输管道13内的氢气压力约0.1MPa-0.3MPa，温度为室温，当所述管道接头12处螺纹连接发生松动异常时，会有微量氢气逸散出来。
本申请中所述氢气泄漏主动安全防护方法基于以上场景进行主动防护：
(1)当所述氢气运输管道13内的氢气从所述管道接头12的松动处逸散时，由于氢气比空气的密度小，因此会向上扩散。
(2)氢气向上扩散遇到所述管道接头12正上方的所述氢气传感器61(所述氢气传感器61可以为微型氢敏传感器)，且随着氢气的扩散，所述主动防护壳体10中微型氢敏传感器处的氢气浓度达到氢气传感器的检测灵敏度。
(3)当微型氢敏传感器检测到氢气浓度达到设定值(即所述泄露积聚空间14中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值)时，与微型氢敏传感器电连接的所述数据处理电路71能够生成一个电压信号(几十mV)。
(4)该电压信号使所述继电器81接通所述变压器82的低电压电路(电压约9-12V)。
(5)所述低电压电路可通过所述变压器82的变压线圈变压至高电压(电压约20kV或以上)。
(6)高电压被加在所述主动防护壳体10中的所述主动防护器80(所述主动防护器可以为两个相距约0.5cm-0.8cm的电极)。
(7)高电压击穿空气产生极高温度，可将所述主动防护壳体10内的泄露氢气反应完全，从而达到主动防护的目的。
可以理解,本实施例中的所述变压器82的变压线圈并不会一直产生高电压,使得所述主动防护器80一直处于工作的状态。可以理解为,只有当所述处理器70判断所述泄露积聚空间14中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时,所述变压器82的变压线圈才会产生高电压。具体的所述氢气当量阈值可以根据所述氢气传感器61的敏感程度或者承受范围进行设置。
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发明专利范围的限制。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。
Claims (10)
1.一种氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，包括：
主动防护壳体(10)，与氢气运输管道(13)可拆卸连接，所述主动防护壳体(10)中具有用于容纳泄漏氢气的泄漏积聚空间(14)，所述氢气运输管道(13)之间通过管道接头(12)连接，所述泄漏积聚空间(14)环绕所述管道接头(12)的外侧壁形成；在所述主动防护壳体(10)中还提供一个密闭空间(15)；
检测器(60)，设置于所述泄漏积聚空间(14)，用于检测所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量；
处理器(70)，与所述检测器(60)电连接，用于分析并判断所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值；
主动防护器(80)，与所述处理器(70)电连接，用于当所述处理器(70)判断所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器(80)被触发，对泄漏氢气执行主动防护；
所述主动防护器(80)包括：
放电电极(83)，所述放电电极(83)伸入所述所述泄漏积聚空间(14)。
2.根据权利要求1所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，还包括：
隔离层(18)，沿所述氢气运输管道(13)的传输方向，抵接于所述主动防护壳体(10)；
密封衬垫(17)，设置于所述主动防护壳体(10)与所述管道接头(12)和/或所述氢气运输管道(13)接触的面；在所述密闭空间(15)内，所述隔离层(18)搭接于所述密封衬垫(17)。
3.根据权利要求2所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，所述主动防护壳体(10)具有向下的开口(101)，所述开口(101)使得所述泄漏积聚空间(14)开放，所述泄漏积聚空间(14)中的气体可与实际环境中的气体流通。
4.根据权利要求3所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，所述检测器(60)包括：
氢气传感器(61)，设置于所述泄漏积聚空间(14)。
5.根据权利要求4所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，所述处理器(70)包括：
数据处理电路(71)，设置于所述密闭空间(15)，并与所述氢气传感器(61)电连接。
6.根据权利要求5所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，所述主动防护器(80)包括：
继电器(81)，与所述数据处理电路(71)电连接，用于获取所述数据处理电路(71)采集的数据信息，并根据所述数据信息判断所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值；
变压器(82)，与所述继电器(81)电连接，当所述继电器(81)判断所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器(80)被触发，对泄漏氢气执行主动防护。
7.根据权利要求6所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，电连接所述放电电极(83)和所述氢气传感器(61)的导线上设置有保护层。
8.根据权利要求7所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，还包括：
隔热防火材料(16)，设置于所述氢气运输管道(13)与所述隔离层(18)之间。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的氢气泄漏主动安全防护系统，其特征在于，还包括：
报警器(90)，与所述处理器(70)电连接，当所述处理器(70)判断所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量是否大于或等于氢气当量阈值时，向所述报警器(90)发送报警控制信号。
10.一种氢气泄漏主动安全防护方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的氢气泄漏主动安全防护系统，实现以下步骤：
S100，提供所述泄漏积聚空间(14)，所述泄漏积聚空间(14)用于容纳泄漏氢气；
S200，检测器(60)检测所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量；
S300，处理器(70)判断所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量；
S400，当所述泄漏积聚空间(14)中的氢气当量大于或等于氢气当量阈值时，所述主动防护器(80)被触发，对泄漏氢气执行主动防护，以使得所述泄漏积聚空间(14)中的氢气不再持续累积。
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