CN112033923A - 一种氢气检测系统及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体检测领域，尤指一种氢气检测系统及其检测方法。本技术可以一次采样实现颗粒物、硫化物、烃类、卤化物、甲醛、甲酸、水分等杂质组分的高精度检测，覆盖质子交换膜燃料电池用氢质量标准中对燃料电池有严重危害的组分；用户可以将本发明的系统装配在汽车上，即可以实现可移动式的检测，实现了现场采集检测、远程分析操控的设计思想，既保证了现场快捷性、又确保了数据准确性；本技术采用了特殊的光腔衰荡光谱分析技术，实现了痕量组分的快速精确检测；本技术采用了5G技术和大数据技术，即时收集传输检测过程中产生的海量信号数据，通过云计算，即时调整优化仪器运行参数，获得准确实验结果。

Description

一种氢气检测系统及其检测方法
技术领域
本发明涉及气体检测领域，尤指一种氢气检测系统及其检测方法。
背景技术
随着氢能燃料电池技术的不断突破，氢能燃料电池车辆既具有传统燃油车辆的续能里程长、加注时间短的特点，又具有零碳排放优点，已逐渐成为氢能应用的一大领域。氢气作为氢能燃料电池的燃料，其品质的优劣会对氢能燃料电池的性能和寿命产生重大影响。GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》中规定，最大颗粒物浓度限值为1mg/kg。由此可见，用于氢能燃料电池车的氢气的颗粒物浓度极低，并且需要采用重量法进行测试，测试时所需的氢气用量较大。
目前，用于氢气检测的装置都是与设备一体式设置或者体积较大无法轻易移动，使用不够方便快捷，并且一般也不会测量氢气中其他杂质的浓度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供本发明提供一种氢气检测系统及其检测方法，实现可移动式检测，使用方便快捷，实用性强，应用更广泛。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种氢气检测系统，安全模块、气体接入和分配模块、颗粒物检测模块、杂质催化转化模块、光腔衰荡检测仪、数据传输和处理模块；其中气体接入和分配模块包括依次连接的快速接口、减压阀、低压缓冲气罐、第一电磁阀；所述安全模块包括吹扫置换装置、紧急泄压回路、用于检测整个系统中是否发生氢气泄漏的氢气泄漏监控装置，其中所述氢气泄漏监控装置包括氢气浓度传感器、报警装置、排气扇；其中吹扫置换装置与减压阀的输入端连通，所述低压缓冲气罐的输出端与紧急泄压回路连通；其中第一电磁阀的输出端与杂质催化转化模块的输入端连通，杂质催化转化模块的输出端与光腔衰荡检测仪连通，光腔衰荡检测仪将检测的数据发送至数据传输和处理模块；第一电磁阀的输出端还与颗粒物检测模块的输入端连接，颗粒物检测模块将检测的数据发送至数据传输和处理模块；且所述氢气浓度传感器、报警装置、排气扇、吹扫置换装置、紧急泄压回路、第一电磁阀均与数据传输和处理模块电性连接。
优选地，所述颗粒物检测模块包括非接触式激光颗粒物计数器。
优选地，所述杂质催化转化模块包括镍转化炉和/或硫化氢转化器。
优选地，所述数据传输和处理模块包括中央控制处理器、5G无线传输模块、后台服务器，中央控制处理器将经过处理后的数据通过5G无线传输模块发送至后台服务器。
还提供了一种使用上述氢气检测系统的检测方法，其检测方法步骤如下：
步骤S1，从快速接口中注入氢气，通过减压阀将氢气进行减压，此时关闭第一电磁阀；
步骤S2，待氢气充满低压缓冲罐时，打开第一电磁阀；
步骤S3，经过减压的氢气分开两路，其中一路氢气进入杂质催化转化模块并实现杂质的催化转化；经过杂质的催化转化的氢气进入光腔衰荡光谱仪测量氢气中杂质浓度，同时光腔衰荡光谱仪将氢气中杂质浓度的数据发送至数据传输和处理模块；另外一路氢气进入颗粒物检测模块，同时颗粒物检测模块将氢气中杂质浓度的数据发送至数据传输和处理模块；
步骤S4，数据传输和处理模块收集并处理氢气中杂质浓度，并根据该数据发送检测结果至后台服务器。
优选地，在步骤S1中，所述快速接口与加氢站或制氢厂需检测的高压氢气出口连接。
优选地，在步骤S4中，所述杂质浓度包括硫化氢浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、甲酸浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、氯化氢浓度、氨气浓度和水的浓度。
优选地，在步骤S1-S4的同时，氢气浓度传感器负责检测氢气浓度并判断是否发生氢气泄漏，氢气浓度传感器检测到发生氢气泄漏，报警装置发出警报，并控制打开排气扇，将氢气排出。
本发明的有益效果在于：
（1）本技术可以一次采样实现颗粒物、硫化物、烃类、卤化物、甲醛、甲酸、水分等杂质组分的高精度检测，覆盖质子交换膜燃料电池用氢质量标准中对燃料电池有严重危害的组分；
（2）用户可以将本发明的系统装配在汽车上，即可以实现可移动式的检测，实现了现场采集检测、远程分析操控的设计思想，既保证了现场快捷性、又确保了数据准确性；
（4）本技术采用了特殊的光腔衰荡光谱分析技术，实现了痕量组分的快速精确检测；
（5）本技术采用了5G技术和大数据技术，即时收集传输检测过程中产生的海量信号数据，通过云计算，即时调整优化仪器运行参数，获得准确实验结果。
附图说明
图1 是是本发明的结构示意图。
附图标号说明：1. 快速接口、2.减压阀、3.低压缓冲气罐、4.第一电磁阀、5. 杂质催化转化模块、6.光腔衰荡检测仪、7.颗粒物检测模块、8.数据传输和处理模块、9.吹扫置换装置、10.紧急泄压回路、11.氢气泄漏监控装置、12.排气扇。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明关于一种氢气检测系统，安全模块、气体接入和分配模块、颗粒物检测模块7、杂质催化转化模块5、光腔衰荡检测仪6、数据传输和处理模块8；其中气体接入和分配模块包括依次连接的快速接口1、减压阀2、低压缓冲气罐3、第一电磁阀4；所述安全模块包括吹扫置换装置9、紧急泄压回路20、用于检测整个系统中是否发生氢气泄漏的氢气泄漏监控装置11，其中所述氢气泄漏监控装置11包括氢气浓度传感器、报警装置、排气扇12；其中吹扫置换装置9与减压阀2的输入端连通，所述低压缓冲气罐3的输出端与紧急泄压回路10连通；其中第一电磁阀4的输出端与杂质催化转化模块5的输入端连通，杂质催化转化模块5的输出端与光腔衰荡检测仪6连通，光腔衰荡检测仪6将检测的数据发送至数据传输和处理模块8；第一电磁阀4的输出端还与颗粒物检测模块7的输入端连接，颗粒物检测模块7将检测的数据发送至数据传输和处理模块8；且所述氢气浓度传感器、报警装置、排气扇12、吹扫置换装置9、紧急泄压回路10、第一电磁阀4均与数据传输和处理模块8电性连接。
本技术可以一次采样实现颗粒物、硫化物、烃类、卤化物、甲醛、甲酸、水分等杂质组分的高精度检测，覆盖质子交换膜燃料电池用氢质量标准的全部检测项目；
用户可以将本发明的系统装配在汽车上，即可以实现可移动式的检测，实现了现场采集检测、远程分析操控的设计思想，既保证了现场快捷性、又确保了数据准确性；
本技术采用了特殊的光腔衰荡光谱分析技术，实现了痕量组分的快速精确检测；
其中低压缓冲罐装置的作用：由于接入的是35MPa甚至70MPa的高压氢气，后端检测模块由于承受不住如此高的压力，所以需要减压到检测模块正常工作的压力范围内，但由于氢气属于易燃易爆气体，一旦减压阀2失效，会因氢气迅速喷射发生爆炸等安全事故，因此需要在减压阀2后端加入低压缓冲罐装置，该缓冲罐能耐受70MPa的压力，一旦减压阀2失效，低压缓冲罐可起到缓冲作用，同时后端压力阀检测到压力异常时，氢气导入至紧急泄压回路10；
吹扫置换装置9的作用是在检测前需要将系统管道中的空气通过惰性气体进行吹扫置换，防止氢气接入后与空气混合发生爆炸；
其中气体接入和分配模块主要是通过采集的压力、流量等数据，综合检测模块反馈的数据，准确调控各管路阀门，实现气体压力和流量的精确分配，确保检测分析数据的准确性。
颗粒物检测模块7主要负责采集激光粒度仪检测数据，同时负责判断管道清洁程度，作用：测量氢气中颗粒物浓度；优选地，所述颗粒物检测模块7包括非接触式激光颗粒物计数器。
优选地，所述杂质催化转化模块5包括镍转化炉和/或硫化氢转化器。其中硫化氢转化器将硫化物催化转化为硫化氢。
优选地，所述数据传输和处理模块8包括中央控制处理器、5G无线传输模块、后台服务器，中央控制处理器将经过处理后的数据通过5G无线传输模块发送至后台服务器。本技术采用了5G技术和大数据技术，即时收集传输检测过程中产生的海量信号数据，通过云计算，即时调整优化仪器运行参数，获得准确实验结果。通过公共网络实现远距离数据传输，并采用云计算和云存储完成检测结果的处理和判断。
还提供了一种使用上述氢气检测系统的检测方法，其检测方法步骤如下：
步骤S1，从快速接口1中注入氢气，通过减压阀2将氢气进行减压，此时关闭第一电磁阀4；
步骤S2，待氢气充满低压缓冲罐时，打开第一电磁阀4；
步骤S3，经过减压的氢气分开两路，其中一路氢气进入杂质催化转化模块5并实现杂质的催化转化；经过杂质的催化转化的氢气进入光腔衰荡光谱仪测量氢气中杂质浓度，同时光腔衰荡光谱仪将氢气中杂质浓度的数据发送至数据传输和处理模块8；另外一路氢气进入颗粒物检测模块7，同时颗粒物检测模块7将氢气中杂质浓度的数据发送至数据传输和处理模块8；光腔衰荡检测仪6主要负责精确调控仪器参数，准确采集信号数据，并实现自动控制；
步骤S4，数据传输和处理模块8收集并处理氢气中杂质浓度，并根据该数据发送检测结果至后台服务器。
优选地，在步骤S1中，所述快速接口1与加氢站或制氢厂需检测的高压氢气出口连接。
优选地，在步骤S4中，所述杂质浓度包括硫化氢浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、甲酸浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、氯化氢浓度、氨气浓度和水的浓度。
优选地，在步骤S1-S4的同时，氢气浓度传感器负责检测氢气浓度并判断是否发生氢气泄漏，氢气浓度传感器检测到发生氢气泄漏，报警装置发出警报，并控制打开排气扇12，将氢气排出。
需要进一步说明的是，本实施例中所提及的非接触式激光颗粒物计数器、以及光腔衰荡光谱仪可直接从市场上购买所得，在此不再赘述。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”“固定”等术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种氢气检测系统，其特征在于：安全模块、气体接入和分配模块、颗粒物检测模块、杂质催化转化模块、光腔衰荡检测仪、数据传输和处理模块；其中气体接入和分配模块包括依次连接的快速接口、减压阀、低压缓冲气罐、第一电磁阀；所述安全模块包括吹扫置换装置、紧急泄压回路、用于检测整个系统中是否发生氢气泄漏的氢气泄漏监控装置，其中所述氢气泄漏监控装置包括氢气浓度传感器、报警装置、排气扇；其中吹扫置换装置与减压阀的输入端连通，所述低压缓冲气罐的输出端与紧急泄压回路连通；其中第一电磁阀的输出端与杂质催化转化模块的输入端连通，杂质催化转化模块的输出端与光腔衰荡检测仪连通，光腔衰荡检测仪将检测的数据发送至数据传输和处理模块；第一电磁阀的输出端还与颗粒物检测模块的输入端连接，颗粒物检测模块将检测的数据发送至数据传输和处理模块；且所述氢气浓度传感器、报警装置、排气扇、吹扫置换装置、紧急泄压回路、第一电磁阀均与数据传输和处理模块电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种氢气检测系统，其特征在于：所述颗粒物检测模块包括非接触式激光颗粒物计数器。
3.根据权利要求1所述的一种氢气检测系统，其特征在于：所述杂质催化转化模块包括镍转化炉和/或硫化氢转化器。
4.根据权利要求1所述的一种氢气检测系统，其特征在于：所述数据传输和处理模块包括中央控制处理器、5G无线传输模块、后台服务器，中央控制处理器将经过处理后的数据通过5G无线传输模块发送至后台服务器。
5.一种使用权利要求1-4中任一项所述氢气检测系统的检测方法，其特征在于：其检测方法步骤如下：
步骤S1，从快速接口中注入氢气，通过减压阀将氢气进行减压，此时关闭第一电磁阀；
步骤S2，待氢气充满低压缓冲罐时，打开第一电磁阀；
步骤S3，经过减压的氢气分开两路，其中一路氢气进入杂质催化转化模块并实现杂质的催化转化；经过杂质的催化转化的氢气进入光腔衰荡光谱仪测量氢气中杂质浓度，同时光腔衰荡光谱仪将氢气中杂质浓度的数据发送至数据传输和处理模块；另外一路氢气进入颗粒物检测模块，同时颗粒物检测模块将氢气中杂质浓度的数据发送至数据传输和处理模块；
步骤S4，数据传输和处理模块收集并处理氢气中杂质浓度，并根据该数据发送检测结果至后台服务器。
6.根据权利要求5所述的一种氢气检测系统的检测方法，其特征在于：在步骤S1中，所述快速接口与加氢站或制氢厂需检测的高压氢气出口连接。
7.根据权利要求5所述的一种氢气检测系统的检测方法，其特征在于：在步骤S4中，所述杂质浓度包括硫化氢浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、甲酸浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、氯化氢浓度、氨气浓度和水的浓度。
8.根据权利要求5所述的一种氢气检测系统的检测方法，其特征在于：在步骤S1-S4的同时，氢气浓度传感器负责检测氢气浓度并判断是否发生氢气泄漏，氢气浓度传感器检测到发生氢气泄漏，报警装置发出警报，并控制打开排气扇，将氢气排出。
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