CN111307382A - 储氢气瓶氢渗透率测定装置及方法 - Google Patents

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刘辉耀
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Abstract

本发明提供一种储氢气瓶氢渗透率测定装置及方法，高纯氮气气源以供气管路连接气体质量流量计，供气管路上设有供气阀门；气体质量流量计下游接供气单向阀，供气单向阀以进气管路连接密封金属腔体；密封金属腔体内可供放置储氢气瓶，并以抽气管路连通真空泵，抽气管路上设有抽气阀门；密封金属腔体还连接有质谱仪。使用时，储氢气瓶放置于密封金属腔体内；关闭供气阀门，打开真空泵，对密封金属腔体及其连接的管路进行抽真空，然后关闭抽气阀门；打开供气阀门，使氮气经进入密封金属腔体内；通过质谱仪测定密封金属腔体内的氮气与氢气的比例，再通过气体质量流量计获得的氮气的总量，即可计算得到渗透时间内由储氢气瓶内渗出的氢气总量。

Description

储氢气瓶氢渗透率测定装置及方法
技术领域
本发明涉及一种对储氢气瓶进行氢渗透率测定的装置及方法。
背景技术
以目前世界范围内广泛使用的IV型气瓶(即碳纤维全缠绕塑料内胆气瓶)来说，若氢气在高压作用下穿过塑料内胆析出到碳纤维材料或环境中，会严重影响气瓶的安全使用。
对于包括IV型碳纤维全缠绕塑料内胆在内的各类储氢气瓶来说，氢渗透率是气瓶安全使用的关键参数之一。因此储氢气瓶氢渗透率测定装置和方法对于保障储氢气瓶安全使用具有极其重要的作用。
虽然目前已有针对材料的氢渗透率测定装置，但此类装置往往仅针对较小试样的测定情况，没有针对较大储氢气瓶的氢渗透率测定装置及方法。
而针对储氢气瓶或设备整体的氢渗透率数据对于储氢气瓶安全性的整体评价，相对于材料测定结果的核算值更贴近真实状况，更具有说服力。
发明内容
本发明的目的是提供一种储氢气瓶氢渗透率测定装置及方法，能够针对储氢气瓶或设备整体进行氢渗透率测定，使测定结果更加贴近真实状况，更有说服力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于，包括：
高纯氮气气源以供气管路连接气体质量流量计，供气管路上设有供气阀门；
气体质量流量计下游接供气单向阀，供气单向阀以进气管路连接密封金属腔体；
密封金属腔体内可供放置储氢气瓶，并以抽气管路连通真空泵，抽气管路上设有抽气阀门；
密封金属腔体还连接有质谱仪。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其中：所述进气管路上设有进气阀门，所述真空泵还通过抽吸管路连通至供气单向阀与进气阀门之间的进气管路，所述抽吸管路上设有抽吸阀门。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其中：所述密封金属腔体还连接有压力表。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其中：所述密封金属腔体还连接有自动放散阀。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其中：所述自动放散阀连接至尾气收集装置。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其中：所述质谱仪连接至尾气收集装置。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其中：所述质谱仪采用四级杆质谱仪，由进样系统，离子源，质量分离系统，检测器，数据处理系统以及真空系统组成。
一种储氢气瓶氢渗透率测定方法，其特征在于，采用前述储氢气瓶氢渗透率测定装置，包括如下步骤：
将充装到试验压力、气密性试验合格的储氢气瓶放置于密封金属腔体内；
关闭供气阀门，打开真空泵，对密封金属腔体及其连接的管路进行抽真空，然后关闭抽气阀门；
打开供气阀门，使氮气经由气体质量流量计进入密封金属腔体内；
经过足够的渗透时间，通过质谱仪测定密封金属腔体内的氮气与氢气的比例，再通过气体质量流量计获得的氮气的总量，计算得到渗透时间内由储氢气瓶内渗出的氢气总量。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定方法，其中，所述进气管路上设有进气阀门，所述真空泵还通过抽吸管路连通至供气单向阀与进气阀门之间的进气管路，所述抽吸管路上设有抽吸阀门；
在真空泵工作时，打开抽吸阀门与进气阀门，以对所述进气管路进行抽真空。
所述的储氢气瓶氢渗透率测定方法，其中，所述密封金属腔体还连接有自动放散阀；
在打开供气阀门时，氮气逐渐通入密封金属腔体内，直到自动放散阀自动打开。
本发明的优点：
1.目前已有的氢渗透率测定装置和方法仅仅是针对材料的，而没有针对储氢气瓶本身氢渗透率测定的装置和方法。针对材料进行的氢渗透率测定取样往往是一小块材料进行，无法对包括储氢气瓶在内的设备实物进行，具有一定局限性。本发明填补了相应空白，可以对储氢气瓶实物进行测定。
2.本发明解决了储氢气瓶整体氢渗透率测定的问题。通过其测定的氢渗透率数据对于储氢气瓶安全性的整体评价，相对于材料测定结果的核算值更贴近真实状况，更具有说服力。
附图说明
图1为本发明的储氢气瓶氢渗透率测定装置的结构示意图。
附图标记说明：高纯氮气气源1；气体质量流量计2；储氢气瓶4；质谱仪5；尾气收集装置6；压力表P；供气阀门V1；供气单向阀V2；进气阀门V3；抽吸阀门V4；抽气阀门V5；自动放散阀V6；密封金属腔体C1；真空泵P1。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种储氢气瓶氢渗透率测定装置，包括：
高纯氮气气源1以供气管路连接气体质量流量计2，供气管路上设有供气阀门V1；
气体质量流量计2下游接供气单向阀V2，供气单向阀V2以进气管路连接密封金属腔体C1，进气管路上设有进气阀门V3；
密封金属腔体C1内可供放置储氢气瓶4，并以抽气管路连通真空泵P1，抽气管路上设有抽气阀门V5；
所述真空泵P1还通过抽吸管路连通至供气单向阀V2与进气阀门V3之间的进气管路，所述抽吸管路上设有抽吸阀门V4；
密封金属腔体C1还连接有压力表P、自动放散阀V6(自动放气阀能够使腔体内压力维持在一个大气压左右)以及质谱仪5，所述自动放散阀V6以及质谱仪5均连通至尾气收集装置6。
其中，所述质谱仪5采用四级杆质谱仪，由进样系统，离子源，质量分离系统，检测器，数据处理系统以及真空系统组成。其分析器采用四级杆，质量范围0～100amu，检测限(C-SEM)为1ppm，离子源采用气密性离子源，进样压力0.5～2.5atm。
本发明利用前述装置的储氢气瓶4氢渗透率测定方法，包括以下步骤：
1.将充装到试验压力、气密性试验合格的储氢气瓶4放置于密封金属腔体C1内；
2.静置10分钟后，保持供气阀门V1处于关闭状态，打开进气阀门V3、抽气阀门V5以及抽吸阀门V4，打开真空泵P1，对进气管路、抽气管路、抽吸管路以及密封金属腔体C1进行抽真空，待真空度达到700Pa左右后停止，并关闭抽气阀门V5以及抽吸阀门V4；
3.缓慢打开供气阀门V1，将氮气逐渐通入密封金属腔体C1内，直到自动放散阀V6自动打开，腔内压力维持在约1个大气压左右，停止高纯氮气进样；
4.经过足够的渗透时间，通过质谱仪5测定密封金属腔体C1内的氮气和氢气比例，再通过气体质量流量计2获得通入氮气的总量，从而计算得到渗透时间内由储氢气瓶4内渗出的氢气总量。
发明的效果：
1.目前已有的氢渗透率测定装置和方法仅仅是针对材料的，而没有针对储氢气瓶4本身氢渗透率测定的装置和方法。针对材料进行的氢渗透率测定取样往往是一小块材料进行，无法对包括储氢气瓶4在内的设备实物进行，具有一定局限性。本发明填补了相应空白，可以对储氢气瓶4实物进行测定。
2.本发明解决了储氢气瓶4整体氢渗透率测定的问题。通过其测定的氢渗透率数据对于储氢气瓶4安全性的整体评价，相对于材料测定结果的核算值更贴近真实状况，更具有说服力。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于，包括：
高纯氮气气源以供气管路连接气体质量流量计，供气管路上设有供气阀门；
气体质量流量计下游接供气单向阀，供气单向阀以进气管路连接密封金属腔体；
密封金属腔体内可供放置储氢气瓶，并以抽气管路连通真空泵，抽气管路上设有抽气阀门；
密封金属腔体还连接有质谱仪。
2.根据权利要求1所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于：所述进气管路上设有进气阀门，所述真空泵还通过抽吸管路连通至供气单向阀与进气阀门之间的进气管路，所述抽吸管路上设有抽吸阀门。
3.根据权利要求1所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于：所述密封金属腔体还连接有压力表。
4.根据权利要求1或2所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于：所述密封金属腔体还连接有自动放散阀。
5.根据权利要求4所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于：所述自动放散阀连接至尾气收集装置。
6.根据权利要求1所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于：所述质谱仪连接至尾气收集装置。
7.根据权利要求1所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，其特征在于：所述质谱仪采用四级杆质谱仪，由进样系统，离子源，质量分离系统，检测器，数据处理系统以及真空系统组成。
8.一种储氢气瓶氢渗透率测定方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的储氢气瓶氢渗透率测定装置，包括如下步骤：
将充装到试验压力、气密性试验合格的储氢气瓶放置于密封金属腔体内；
关闭供气阀门，打开真空泵，对密封金属腔体及其连接的管路进行抽真空，然后关闭抽气阀门；
打开供气阀门，使氮气经由气体质量流量计进入密封金属腔体内；
经过足够的渗透时间，通过质谱仪测定密封金属腔体内的氮气与氢气的比例，再通过气体质量流量计获得的氮气的总量，计算得到渗透时间内由储氢气瓶内渗出的氢气总量。
9.根据权利要求8所述的储氢气瓶氢渗透率测定方法，其特征在于，所述进气管路上设有进气阀门，所述真空泵还通过抽吸管路连通至供气单向阀与进气阀门之间的进气管路，所述抽吸管路上设有抽吸阀门；
在真空泵工作时，打开抽吸阀门与进气阀门，以对所述进气管路进行抽真空。
10.根据权利要求8或9所述的储氢气瓶氢渗透率测定方法，其特征在于，所述密封金属腔体还连接有自动放散阀；
在打开供气阀门时，氮气逐渐通入密封金属腔体内，直到自动放散阀自动打开。
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