一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统及其使用方法与流程

本发明涉及氢气痕量杂质检测，尤其是涉及一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统及其使用方法。

背景技术：

1、氢气品质保障是氢能与燃料电池汽车产业健康发展与规模化应用的基本条件。目前氢气中杂质的种类及其浓度含量由氢气制备原料、工艺方法、提纯技术、运输方式、加注设备和工艺、操作规范性多方面因素共同决定。为保证质子交换膜燃料电池车长时间高效运转，对氢气纯度要求杂质含量一般在10-6级，硫化物、卤化物要求在10-9级。这些杂质种类多、含量低，对检测设备以及检测手段要求高。

2、样品采集作为痕量样品检测前的首要工作。目前氢气样品采样主要是依据氢气样品取样站点所决定准备对应取样设备，导致取样装置缺乏一定的普适性。因此有必要结合加氢枪现有特点，使得取样设备适应多状况下取样。另外，每批氢气样品采集存在多次氢气置换，导致氢气外排就成了安全管控的重点。由于氢气作为危险化学品，禁止随意外排，一般直接采取尾气收集后进行集中燃烧处理，导致氢气的利用率降低，同时风险系数也偏高。其中氢气中痕量杂质水和氧的测定，推荐采用为露点仪、微氧仪。这两类仪器在检测中在每次使用结束，停放到下一次测定样品时存在空气中水和氧气进入装置内，使样品检测时需要大量氢气样品置换出仪器内存在的微量水和氧，存在每次测定水和氧气需要的氢气样品量较多、检测时间较长的问题。鉴于此，有必要提供一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统及其使用方法，有效保证检测结果不被环境干扰，实现整个燃料氢质量检测做到完整闭环。

2、根据本发明的一个目的，本发明提供一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，包括气源受气口模块、留样模块、储氢消纳模块、氢气消纳模块、色谱检测模块和水/氧检测模块，所述气源受气口模块前侧与气源连接，所述气源受气口模块的后侧分别与所述留样模块、所述储氢消纳模块、所述色谱检测模块和所述水/氧检测模块连接，所述留样模块的后侧与所述储氢消纳模块连接，所述储氢消纳模块的后侧与所述氢气消纳模块和所述水/氧检测模块连接，所述水/氧检测模块的后侧与所述氢气消纳模块连接。

3、进一步地，所述气源受气口模块与所述留样模块之间依次设有气源压力表、调压器、输出压力表和总控制阀，所述气源受气口模块包括并联设置三个受气口，三个所述受气口分别设有控制阀门。

4、进一步地，所述留样模块包括留样瓶一和留样瓶二，所述留样瓶一和所述留样瓶二与所述气源受气口模块之间通过快插接头连接，所述留样瓶一和所述留样瓶二与所述快插接头之间分别对应的连接有留样入口阀一和留样入口阀二，所述留样瓶一和所述留样瓶二的后侧分别连接有留样瓶出口阀一和留样出口阀二，所述留样瓶出口阀一和所述留样出口阀二分别与留样瓶外放口连接，所述留样瓶外放口与所述储氢消纳模块连接。

5、进一步地，所述储氢消纳模块与所述气源受气口模块之间设有储氢消纳管路阀门，所述储氢消纳模块与所述氢气消纳模块之间设有储氢消纳总出口阀。

6、进一步地，所述储氢消纳模块包括储氢消纳瓶一和储氢消纳瓶二，所述储氢消纳瓶一和所述储氢消纳瓶二分别与所述留样瓶外放口连接，所述储氢消纳瓶一和所述储氢消纳瓶二的前侧分别设有储氢消纳入口阀一和储氢消纳入口阀二，所述储氢消纳瓶一和所述储氢消纳瓶二的后侧分别设有储氢消纳出口阀一和储氢消纳出口阀二。

7、进一步地，所述氢气消纳模块包括小电堆，所述小电堆与所述储氢消纳模块连接，所述小电堆的末端底部设有排水管，所述小电堆的末端设有风扇，所述小电堆的末端顶部设有接入蓄电池端。

8、进一步地，所述色谱检测模块的底部通过样品进样阀与所述气源受气口模块连接，所述色谱检测模块内部设有色谱工作模块，所述色谱工作模块连接有放空组件，所述色谱检测模块设有高纯氮气连接处、高纯氦气连接处、压缩空气连接处和高纯氢气连接处。

9、进一步地，所述水/氧检测模块通过第二减压阀与所述气源受气口模块连接，所述水/氧检测模块通过第一减压阀与所述储氢消纳模块连接，所述储氢消纳模块与所述第一减压阀之间设有纯化设备。

10、进一步地，所述水/氧检测模块包括微氧仪和露点仪，所述微氧仪和所述露点仪的前端对应设置有控制阀一和控制阀二，所述微氧仪和所述露点仪的后端对应设置有第一单向控制阀和第二单向控制阀。

11、根据本发明的另一个目的，本发明提供上述一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统的使用方法，包括如下步骤：

12、s1，系统吹扫

13、对所述留样模块内的气体进行置换，连通所述气源受气口模块和所述留样模块，连通所述留样模块和所述储氢消纳模块，关闭所述储氢消纳模块和所述氢气消纳模块之间的连接，所述色谱检测模块以及所述水/氧检测模块处于关闭状态，所述气源受气口模块打开并开始吹扫置换，所述储氢消纳模块将置换气体收集；

14、s2，留样充装

15、完成吹扫置换后，关闭所述留样模块的出口端以及所述储氢消纳模块，打开所述留样模块的开口端，所述留样模块进行充装；

16、s3，样品检测

17、充装完成之后，关闭所述留样模块，进行样品现场检测，调压至所述色谱检测模块所需的压力，所述色谱检测模块运行开始杂质检测；

18、s4，水/氧检测模块管路内气体置换

19、所述储氢消纳模块启动进行所述水/氧检测模块管路内气体置换，所述水/氧检测模块打开对气体进行纯化，所述水/氧检测模块进行气体置换，同时打开所述氢气消纳模块，将产生外排的少量氢气直接消纳掉，所述氢气消纳模块将产生的电流进行存储；

20、s5，开始进行水/氧检测

21、所述色谱检测模块完成样品检测后，关闭所述色谱检测模块和所述水/氧检测模块，开始进行水/氧检测，调压器将受气口压力调至所述水/氧检测模块所需的压力，所述气源受气口模块与所述水/氧检测模块连通，所述水/氧检测模块进行水/氧测定，所述氢气消纳模块继续工作；

22、s6，水/氧检测模块管路内气体再次置换

23、完成水/氧检测后，关闭所述气源受气口模块，重复s4再次进行所述水/氧检测模块管路内气体置换，当短期内不在进行水/氧检测，关闭所述水/氧检测模块，最后关闭所述储氢消纳模块。

24、本发明技术方案满足痕量杂质的检测需求，水/氧检测设备处于气体保护的氛围内有效阻止环境内的水和氧气渗透进入，有效保证检测结果不被环境干扰，同时有效减少氢气样品的需求量和检测时间。同时也做到了氢气外排的有效利用，实现整个燃料氢质量检测做到完整闭环。

技术特征：

1.一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，包括气源受气口模块、留样模块、储氢消纳模块、氢气消纳模块、色谱检测模块和水/氧检测模块，所述气源受气口模块前侧与气源连接，所述气源受气口模块的后侧分别与所述留样模块、所述储氢消纳模块、所述色谱检测模块和所述水/氧检测模块连接，所述留样模块的后侧与所述储氢消纳模块连接，所述储氢消纳模块的后侧与所述氢气消纳模块和所述水/氧检测模块连接，所述水/氧检测模块的后侧与所述氢气消纳模块连接。

2.根据权利要求1所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述气源受气口模块与所述留样模块之间依次设有气源压力表、调压器、输出压力表和总控制阀，所述气源受气口模块包括并联设置三个受气口，三个所述受气口分别设有控制阀门。

3.根据权利要求1所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述留样模块包括留样瓶一和留样瓶二，所述留样瓶一和所述留样瓶二与所述气源受气口模块之间通过快插接头连接，所述留样瓶一和所述留样瓶二与所述快插接头之间分别对应的连接有留样入口阀一和留样入口阀二，所述留样瓶一和所述留样瓶二的后侧分别连接有留样瓶出口阀一和留样出口阀二，所述留样瓶出口阀一和所述留样出口阀二分别与留样瓶外放口连接，所述留样瓶外放口与所述储氢消纳模块连接。

4.根据权利要求3所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述储氢消纳模块与所述气源受气口模块之间设有储氢消纳管路阀门，所述储氢消纳模块与所述氢气消纳模块之间设有储氢消纳总出口阀。

5.根据权利要求4所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述储氢消纳模块包括储氢消纳瓶一和储氢消纳瓶二，所述储氢消纳瓶一和所述储氢消纳瓶二分别与所述留样瓶外放口连接，所述储氢消纳瓶一和所述储氢消纳瓶二的前侧分别设有储氢消纳入口阀一和储氢消纳入口阀二，所述储氢消纳瓶一和所述储氢消纳瓶二的后侧分别设有储氢消纳出口阀一和储氢消纳出口阀二。

6.根据权利要求5所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述氢气消纳模块包括小电堆，所述小电堆与所述储氢消纳模块连接，所述小电堆的末端底部设有排水管，所述小电堆的末端设有风扇，所述小电堆的末端顶部设有接入蓄电池端。

7.根据权利要求1所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述色谱检测模块的底部通过样品进样阀与所述气源受气口模块连接，所述色谱检测模块内部设有色谱工作模块，所述色谱工作模块连接有放空组件，所述色谱检测模块设有高纯氮气连接处、高纯氦气连接处、压缩空气连接处和高纯氢气连接处。

8.根据权利要求1所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述水/氧检测模块通过第二减压阀与所述气源受气口模块连接，所述水/氧检测模块通过第一减压阀与所述储氢消纳模块连接，所述储氢消纳模块与所述第一减压阀之间设有纯化设备。

9.根据权利要求8所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统，其特征在于，所述水/氧检测模块包括微氧仪和露点仪，所述微氧仪和所述露点仪的前端对应设置有控制阀一和控制阀二，所述微氧仪和所述露点仪的后端对应设置有第一单向控制阀和第二单向控制阀。

10.根据权利要求1所述的用于燃料氢质量移动检测的闭环系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种用于燃料氢质量移动检测的闭环系统及其使用方法，包括气源受气口模块、留样模块、储氢消纳模块、氢气消纳模块、色谱检测模块和水/氧检测模块，气源受气口模块前侧与气源连接，气源受气口模块的后侧分别与留样模块、储氢消纳模块、色谱检测模块和水/氧检测模块连接，留样模块的后侧与储氢消纳模块连接，储氢消纳模块的后侧与氢气消纳模块和水/氧检测模块连接，水/氧检测模块的后侧与氢气消纳模块连接。本发明水/氧检测设备处于气体保护的氛围内有效阻止环境内的水和氧气渗透进入，有效保证检测结果不被环境干扰，同时有效减少氢气样品的需求量和检测时间，做到了氢气外排的有效利用，实现整个燃料氢质量检测做到完整闭环。

技术研发人员：陈洪艳,万燕鸣,刘聪敏,朱玮郁,邓甜音,刘安东,杜玉琦
受保护的技术使用者：北京国氢中联氢能科技研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1