一种氢气泄漏检测及定位系统

本发明属于氢气安全监测，具体涉及一种氢气泄漏检测及定位系统。

背景技术：

1、随着氢能产业的快速发展，氢气作为一种清洁能源，已在众多领域得到广泛应用。然而，氢气的高度易燃易爆特性，使其在空气中的体积分数超过4.0％至75.6％时，一旦遭遇火源，便可能引发爆炸。这一特性在氢气的生产、运输、储存及加注过程中表现得尤为突出。加之氢气具有较低的粘度和较高的扩散速度，因此易于泄漏，这使得氢气泄漏问题变得格外严峻。一旦发生泄漏，不仅会严重威胁人员安全和设备稳定，还可能造成重大经济损失。

2、由于氢气系统中潜在的泄漏点众多，实现安全、全局性的氢气泄漏检测面临诸多挑战。泄漏事故的原因多种多样，主要包括接头处、焊接处的问题，管路的破裂，设计缺陷以及人为操作不当等。其中，接头处的泄漏概率最高，约占50％以上。尽管可以通过布置一般氢气传感器来点对点检测这些潜在泄漏点，以实现精准定位，但这种方法成本高昂，且每个传感器都包含电路电池，可能引发火花，从而带来安全风险。

3、通常情况下，氢气传感器被安置在氢气系统上方一定距离的位置或场所的顶部，旨在扩大其检测范围。然而，这种做法不仅难以实现泄漏点的精确定位，而且一旦氢气发生泄漏并向上扩散，其浓度可能会随之降低。加之一般氢气传感器的检测范围有限，导致传感器无法及时且有效地进行检测，进而增加了氢气燃爆的风险。

4、综上所述，现有的氢气监测手段普遍存在安全性低、效率低、定位不准确以及成本高昂等问题，难以满足用户需求。因此，开发一种既安全又高效、精准且低成本的氢气泄漏监测系统与方法显得尤为重要，这将有力推动氢能源的普及与应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢气泄漏检测及定位系统，以实现对氢气泄漏的快速响应与精确定位，提升监测的安全性、准确性。

2、本发明提供的氢气泄漏检测及定位系统，融合安全经济型氢气变色透明薄膜的直观可视检测功能，以及无线氢气传感器的远程实时监测功能，实现对氢气泄漏的快速响应与精确定位，具体包括：氢气泄漏远场检测单元阵列，数据平台，氢气泄漏现场贴附检测单元；

3、所述氢气泄漏远场检测单元阵列与数据平台连接；所述氢气泄漏远场检测单元阵列由带编号的n个无线氢气传感器和泄漏氢气收集装置组成(n≧1)，用于检测待检测氢气系统上部的氢气浓度，并将检测到的氢气浓度以及对应的氢气泄漏远场检测单元编号发送至数据平台；所述数据平台存储有所述氢气泄漏远场检测单元的所有编号和对应的位置信息，用于根据接收到的氢气浓度和对应的氢气泄漏检测单元编号，确定所述待检测氢气系统中的氢气泄露位置；

4、所述氢气泄漏现场贴附检测单元，有多个，设置于每个远场检测单元的检测范围内，都设置有一个或多个氢气变色透明薄膜基于的氢气泄漏现场贴附检测单元，贴附于被检测氢气系统中泄漏概率较大的接头、焊接点等关键部位。在氢气系统的不同空间位置布置多个这样的贴附检测单元，实现氢气泄漏的可视化检测。这种结合远场检测和贴附检测的方式，共同构成一个全面的氢气泄漏检测系统，能够确保对氢气系统进行快速且精准的检测。

5、所述氢气泄漏现场贴附检测单元具体采用具有氢气变色功能的透明薄膜，即随氢气浓度的改变而变色。

6、上述氢气泄漏检测及定位系统，还可以包括报警装置；该报警装置与所述数据平台连接，根据数据平台确定待检测氢气系统中的氢气泄露位置，进行氢气泄漏报警。一旦发现氢气泄漏，立即发出警报并通知相关人员前往泄漏地点。警报可以通过声光报警、短信电话通知等方式进行。

7、所述氢气泄漏远场检测单元主要由以下几部分组成：泄漏氢气收集装置，该装置用于捕获并收集泄漏的微量氢气；氢气传感器，其功能是检测氢气浓度；以及数据信号无线传输模块，该模块的作用是通过无线传输方式向数据平台发送相关数据。其中：

8、所述氢气泄漏收集装置，其形状为下部较宽，逐渐向上收窄，形似一个倒置的漏斗。该收集装置的最上端设计有一个底部带有漏洞的空间，所述氢气传感器安装于该空间内部。该收集装置能捕获并收集泄漏的微量氢气，从而提升其顶部空间的氢气浓度，使得泄漏氢气更容易被传感器所监测到。

9、在所述泄漏氢气收集装置的顶端空间上方安装有一个自动排气阀门。当该收集装置顶端的氢气浓度超过设定浓度时(一般设为4％)，该阀门会自动开启以排放氢气。

10、所述泄漏氢气收集装置的下端形状可以多样化，包括但不限于正方形、长方形、三角形、椭圆形以及圆形等。

11、所述氢气传感器可以是多种类型，包括但不限于光学氢气传感器、半导体金属氧化物氢气传感器、电化学氢气传感器、热导氢气传感器以及催化氢气传感器等。

12、进一步地，所述光学氢气传感器由氢气变色透明薄膜、光源以及光接收器组成。

13、所述氢气变色透明薄膜可以是氧化钨薄膜、镁基合金薄膜等金属氧化物薄膜。

14、所述光源可以是可见光源、特定波长的可见光源或近红外光源等。

15、所述光接收器可以是对应的可见光接收器、近红外光接收器等。

16、进一步的优化设计中，所述光接收器可以是一个或两个。优先选择两个光接收器，为减少传感器的外部因素如光线、温度等的干扰，提高传感器的稳定性。

17、进一步地，所述光学氢气传感器的氢气传感部件和数据信号无线传输模块可以设计为分离式。

18、所述氢气泄漏现场贴附检测单元，主要由氢气变色透明薄膜和半封闭透明容腔构成。该容腔顶部设计有一个小孔，专门用于向上排出氢气，同时确保外部氢气无法倒流进入容腔内部。氢气变色透明薄膜安装在容腔内部，其主要功能是收集泄露的氢气，并通过与氢气反应来改变自身的颜色。

19、进一步地，所述氢气变色透明薄膜可选用氧化钨薄膜、镁基合金薄膜等金属氧化物薄膜材料。这些氧化物薄膜被镀在透明基底的一面或透明容腔内部，镀膜面正是暴露于氢气的一侧。

20、本发明系统的工作流程为：

21、当氢气泄漏远场检测单元检测到待检测氢气系统发生氢气泄漏时，数据平台根据氢气泄漏远场检测单元检测到的氢气浓度以及对应的氢气泄漏远场检测单元编号，调用存储的所述氢气泄漏远场检测单元的编号和对应的位置信息，通过插值运算确定所述氢气泄漏远场检测单元的氢气浓度中心位置信息；相关人员在现场根据所述氢气浓度中心位置信息和贴附检测单元的变色信息判断待检测氢气系统的氢气泄露确切位置。

22、本发明系统可显著提升监测的安全性、效率、准确性，并带来更优的成本效益。

23、本发明具有以下应用前景：

24、用于加氢站的氢气泄漏实时检测及泄漏点的精准定位；

25、用于氢能源生产、存储、使用场所的氢气泄漏实时检测及泄漏点的精准定位；

26、用于氢能源汽车，卡车、飞机，轮船等；

27、用于氢气瓶防爆柜的氢气泄漏实时检测及泄漏点的精准定位。

技术特征：

1.一种氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，融合安全经济型氢气变色透明薄膜的直观可视检测功能，以及无线氢气传感器的远程实时监测功能，实现对氢气泄漏的快速响应与精确定位，具体包括：氢气泄漏远场检测单元阵列，数据平台，现场氢气泄漏贴附检测单元；

2.根据权利要求1所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述氢气泄漏远场检测单元由以下部分组成：泄漏氢气收集装置、氢气传感器以及数据信号无线传输模块；泄漏氢气收集装置用于捕获并收集泄漏的微量氢气；氢气传感器用于检测氢气浓度；数据信号无线传输模块通过无线传输方式向数据平台发送相关数据；其中：

3.根据权利要求2所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述氢气传感器采用光学氢气传感器、半导体金属氧化物氢气传感器、电化学氢气传感器、热导氢气传感器或催化氢气传感器。

4.根据权利要求3所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述光学氢气传感器由氢气变色透明薄膜、光源以及光接收器组成；其中：

5.根据权利要求3所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述光学氢气传感器的氢气传感部件和数据信号无线传输模块设计为分离式。

6.根据权利要求3所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述氢气泄漏贴附检测单元由氢气变色透明薄膜和半封闭透明容腔构成，氢气变色透明薄膜安装在该容腔内部；半封闭透明容腔顶部设计有一个小孔，用于向上排出氢气，同时确保外部氢气无法倒流进入容腔内部；容腔用于收集检测泄露的氢气，并通过与氢气反应来改变自身的颜色。

7.根据权利要求6所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述氢气泄漏贴附检测单元中的氢气变色透明薄膜采用氧化钨薄膜或镁基合金薄膜等；该薄膜被镀在透明基底的一面或透明容腔内部，镀膜面暴露于泄漏氢气的一侧。

8.根据权利要求1-7之一所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，还包括报警装置；该报警装置与所述数据平台连接，根据数据平台确定待检测氢气系统中的氢气泄露位置，进行氢气浓度报警。

9.根据权利要求1-7之一所述的氢气泄漏检测及定位系统，其特征在于，其工作流程为：

技术总结
本发明属于氢气安全监测技术领域，具体为一种氢气泄漏检测及定位系统。本发明系统包括氢气泄漏远场检测单元阵列、数据平台、现场氢气泄漏贴附检测单元；远场检测单元阵列由多个无线氢气传感器和泄漏氢气收集装置组成，用于远程实时检测待检测氢气系统的氢气浓度，并将检测到的氢气浓度以及对应的检测单元编号发送至数据平台；数据平台据此确定氢气泄露位置；氢气泄漏现场贴附检测单元，设置于每个远场检测单元的检测范围内，并贴附于待检测氢气系统中泄漏概率较大的关键部位，实现氢气泄漏的可视化检测；本发明系统可提升氢气泄漏监测的安全性、准确性和成本效益，适用于加氢站、氢能源生产存储场所等多种应用场景。

技术研发人员：金路,梅永丰
受保护的技术使用者：复旦大学义乌研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31