[發明專利]穩態氫氣消耗量檢測系統及檢測方法

無效

• 申請號: 200710304098.X
• 申請日: 2007-12-25
• 公開（公告）號: CN101470020A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發明（設計）人: 盧青春;聶圣芳;金振華;劉文斌;白東方;彭媛媛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01G17/04
• 分類號: G01G17/04;H01M8/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱 琨

1.一種穩態氫氣消耗量檢測系統，其特征在于，在高壓氣瓶(1)的瓶閥(9)連接的主管路上依次安裝有瓶口電磁閥(10)、卡套式接頭(11)、可拆卸管路旋擰閥(12)、干路電磁閥(13)，干路手動閥(14)，第一級減壓閥(15)、安全閥(16)、第二級減壓閥(17)、流量控制器(18)和阻火器(19)：

在可拆卸管路旋擰閥(12)和干路電磁閥(13)之間的主管路兩側安裝有吹掃用氫氣瓶(21)和吹掃用氮氣瓶(20)的兩個支路管路；干路電磁閥(13)和干路手動閥(14)之間的主管路一側安裝有依次連接的單向閥(22)、加注管路手動閥(23)和加注接口(24)的一個支路管路；

高壓氣瓶(1)的瓶閥(9)上集成有瓶閥壓力傳感器(6)、瓶閥溫度傳感器(8)和瓶閥泄壓閥(7)；

高壓氣瓶(1)的尾堵(4)集成有尾堵壓力傳感器(3)、尾堵溫度傳感器(2)和尾堵泄壓閥(5)。

2.根據權利要求1所述的一種穩態氫氣消耗量檢測系統，其特征在于，所述尾堵(4)上的尾堵壓力傳感器(3)和尾堵溫度傳感器(2)的傳感器探頭伸入高壓氣瓶(1)瓶內，直接接觸氣體進行測量。

3.根據權利要求1所述的一種穩態氫氣消耗量檢測系統，其特征在于，卡套式接頭(11)從主管路上拆開，將高壓氣瓶(1)、瓶口電磁閥(10)和卡套式接頭(11)組成的稱量區(100)從主管路上獨立出來，瓶口電磁閥(10)和可拆卸管路旋擰閥(12)分別密封被拆卸開的卡套式接頭(11)左右兩段管路。

4.一種穩態氫氣消耗量檢測方法，其特征在于，所述穩態氫氣消耗量檢測是在下述系統中進行，該系統為在高壓氣瓶(1)的瓶閥(9)連接的主管路上依次安裝有瓶口電磁閥(10)、卡套式接頭(11)、可拆卸管路旋擰閥(12)、干路電磁閥(13)，干路手動閥(14)，第一級減壓閥(15)、安全閥(16)、第二級減壓閥(17)、流量控制器(18)和阻火器(19)：

在可拆卸管路旋擰閥(12)和干路電磁閥(13)之間的主管路兩側安裝有吹掃用氫氣瓶(21)和吹掃用氮氣瓶(20)的兩個支路管路；干路電磁閥(13)和干路手動閥(14)之間的主管路一側安裝有依次連接的單向閥(22)、加注管路手動閥(23)和加注接口(24)的一個支路管路；

高壓氣瓶(1)的瓶閥(9)上集成有瓶閥壓力傳感器(6)、瓶閥溫度傳感器(8)和瓶閥泄壓閥(7)；

高壓氣瓶(1)的尾堵(4)集成有尾堵壓力傳感器(3)、尾堵溫度傳感器(2)和尾堵泄壓閥(5)；具體檢測包括如下步驟：

步驟一.將裝有氫氣的高壓氣瓶(1)和瓶口電磁閥(10)組成的稱量區(100)放置在電子天平上稱重，記錄下此時稱量區(100)的重量；

步驟二.通過卡套式接頭(11)將稱量區(100)的管路與主管路連接，管路中各電磁閥均為常閉狀態；

步驟三.將管路系統通電后，開始實時采集高壓氣瓶(1)的瓶閥(9)和尾堵(4)兩處壓力傳感器和溫度傳感器的壓力和溫度值，打開瓶口電磁閥(10)、可拆卸管路旋擰閥(12)、干路電磁閥(13)和干路手動閥(14)后，開啟吹掃用氫氣瓶(21)，將第一級減壓閥(15)后的壓力調節至20-25bar、將第二級減壓閥(17)后的壓力調節至2-5bar，流量控制器(18)的流量值設定為50-100NL/min，吹掃該管路30-60秒后，關閉吹掃用氫氣瓶；

步驟四.將流量控制器(18)的流量值設定為工況值，開啟高壓氣瓶(1)，放氣至瓶內壓力降低1-2MPa后關閉，靜置不少于20分鐘后，系統斷電，并旋緊可拆卸管路旋擰閥(12)，將稱量區(100)從卡套式接頭(11)處拆下，放置在電子天平上稱重；待電子天平讀數穩定后，將精度為M4的砝碼從大至小逐個放置在電子天平上，直至電子天平讀數與步驟一中讀數一致，記錄下此時的砝碼總重量，即可得出一組氫氣的消耗量；

將在高壓氣瓶(1)的瓶閥(9)和尾堵(4)兩處測量點實時采集的壓力和溫度值繪制成曲線，并分別將放氣前后壓力和溫度的穩定值代入公式：

z(p,T)=1+Σi=26Σj=12vij(p/1MPa)i-1(T/100K)njj---(1)]]>

和Δm=Mp2Vz2RT2-Mp1Vz1RT1---(2)]]>

得到溫度壓力法計算的瓶口和瓶尾氫氣消耗質量；

其中式(1)適用于溫度范圍為200-400開爾文、壓力在45兆帕下的氫氣；z-壓縮因子；p-氫氣壓力，兆帕；T-氫氣溫度，開爾文；

常數V_ij和n_ij的值如下表所示：

式(2)中，

M-氫氣的摩爾質量，0.002016千克/摩爾；

R-氣體常數，8.314472焦耳/(摩爾·開爾文)；

V-高壓氣瓶1atm，15℃時總的水容積，立方米；

P₁-放氣前氫氣壓力，帕；P₂-放氣后氫氣壓力，帕；

T₁-放氣前氫氣溫度，開爾文；T₂-放氣后氫氣溫度，開爾文；

Δm-溫度壓力法計算的氫氣的消耗質量；千克；

步驟五.不將稱量區(100)裝入主管路，將管路系統通電，打開吹掃用氮氣瓶(20)，將第一級減壓閥(15)后的壓力調節至20～25bar，將第二級減壓閥(17)后的壓力調節至2～5bar，流量控制器(18)的流量值設定為30～100NL/min，放氣30～60秒后，關閉吹掃用氮氣瓶(20)，并旋緊干路手動閥(14)。