CN112524479B - 储氢气瓶气体置换***、方法、装置和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种储氢气瓶气体置换***、方法、装置和存储介质。该***包括：气体置换设备和处理器；处理器获取执行模式，并基于执行模式控制气体置换设备中的充气阀、第一阀门以及第二阀门执行相应动作，以使待置换气体通过气体置换设备中的排期管路加注至气体置换设备中的气体回收单元、以及填充气体经由气体置换设备中的充气管道加注至气瓶将气瓶中残余的待置换气体进行稀释，以完成气体置换，从而避免手动操作带来的安全隐患，安全系数高，并且可以提高对待置换气体的置换效率。

Description

储氢气瓶气体置换***、方法、装置和存储介质
技术领域
本申请涉及压力容器检测技术领域，特别是涉及一种储氢气瓶气体置换***、方法、装置和存储介质。
背景技术
目前，传统的残气回收装置需要由工作人员通过手动控制阀体或法兰来实现进气、排气动作，为保证气体的置换效果，需要进行反复置换动作，例如，车载储氢气瓶检测需要用洁净、干燥的氮气进行置换处理，并且经检测后需要满足复合氢气体系浓度不大于0.4％的要求，使得对残气回收的控制效率低。储氢气瓶如果存储的是易燃易爆气体，动作不慎，也会增加安全隐患。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：目前的残气回收装置对于残气的回收效率非常低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种储氢气瓶气体置换***、方法、装置和存储介质。
一种储氢气瓶气体置换***，包括气体置换设备和处理器；
气体置换设备包括：
储气单元，存储用于置换气瓶内待置换气体的填充气体；
充气管路，用于连接储气单元和气瓶，充气管路上设有充气阀；
气体回收单元，用于回收气瓶内的待置换气体；
排气管路，包括第一排气支路和第二排气支路；第一排气支路的一端与气瓶连接，且第一排气支路上设有第一阀门；第二排气支路连接气体回收单元和气瓶，且第二排气支路上设有第二阀门；
处理器与充气阀、第一阀门以及第二阀门相连接；
处理器获取执行模式，并基于执行模式控制充气阀、第一阀门以及第二阀门执行相应动作，以使待置换气体通过排期管路加注至气体回收单元、以及填充气体经由充气管道加注至气瓶将气瓶中残余的待置换气体进行稀释，以完成气体置换。
在其中一个实施例中，排气管路包括排气主管，以及均与排气主管的出气端连接的第一排气支管和第二排气支管；
排气主管的进气端与气瓶连接；第一阀门设于第一排气支管上，第二阀门设于第二排气支管上；第一排气支路包括排气主管与第一排气支管，第二排气支路包括排气主管和第二排气支管。
在其中一个实施例中，气体置换设备还包括连接排气主管和充气管路的连接管路，以及设于排气主管上的负压装置；
连接管路上设有第三阀门；处理器与第三阀门以及负压装置相连接，用于根据执行模式控制第三阀门执行相应的动作。
在其中一个实施例中，气体置换设备还包括均设于排气主管上的检测仪和第一压力表，以及设于充气管路上的第二压力表；检测仪、第一压力表以及第二压力表均连接处理器；检测仪用于检测并输出气瓶中待置换气体的浓度，第一压力表用于检测并输出排气主管的压力值，第二压力表用于检测并输出充气管路的压力值；
处理器接收排气主管的压力值、充气管路的压力值以及待置换气体的浓度，并根据排气主管的压力值、充气管路的压力值以及待置换气体的浓度设置并获取执行模式。
在其中一个实施例中，排气管路还包括用于连接排气主管和气瓶的至少两条第三排气支管，至少两条第三排气支管并联后与排气主管连接，且每条第三排气支管分别连接一个气瓶，第三排气支管上均设有排气阀；
处理器与排气阀相连接，用于根据执行模式控制排气阀执行相应的动作。
在其中一个实施例中，执行模式包括批量执行模式和单个执行模式；
批量执行模式为各阀门按顺序执行相应的动作；
单个执行模式为单个阀门执行相应的动作。
在其中一个实施例中，储气单元包括至少两个储气罐，至少两个储气罐通过并联管路连接，且并联管路与充气管路连接；并联管路上设有用于切换充气气源的切换阀；
处理器与切换阀相连接，用于根据执行模式控制切换阀执行相应的动作。
一种储氢气瓶气体置换方法，应用于上述的处理器，方法包括：
获取执行模式；
当执行模式为单个执行模式的情况下，获取单个运行参数，根据单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作；
当执行模式为批量执行模式的情况下，获取时序运行参数，根据时序运行参数控制各阀门按顺序执行相应的动作；时序运行参数包括延时参数，用于表示该阀门完成某一动作之后，至下一阀门执行动作之前的时间间隔。
一种储氢气瓶气体置换装置，包括：
模式获取模块，用于获取执行模式；
单个执行模块，用于当执行模式为单个执行模式的情况下，获取单个运行参数，根据单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作；
批量执行模块，用于当执行模式为批量执行模式的情况下，获取时序运行参数，根据时序运行参数控制各阀门按顺序执行相应的动作；时序运行参数包括延时参数，用于表示该阀门完成某一动作之后，至下一阀门执行动作之前的时间间隔。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本申请的储氢气瓶气体置换***中处理器连接气体置换设备中充气管路上设有的充气阀、排气管路中第一排气支路上设有的第一阀门以及第二排气支路上设有的第二阀门，通过处理器获取执行模式，根据执行模式控制充气阀、第一阀门以及第二阀门执行相应动作，将待置换气体通过排气管路加注至气体回收单元，并将填充气体经由充气管道加注至气瓶将气瓶中残余的待置换气体进行稀释，从而完成气体的置换。本申请的储氢气瓶气体置换***可以避免手动操作带来的安全隐患，安全系数高，并且可以提高对待置换气体的置换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中储氢气瓶气体置换***的结构框图；
图2为一个实施例中气体置换设备的电气连接示意图；
图3为一个示例中储氢气瓶气体置换***的工作流程示意图；
图4为一个实施例中储氢气瓶气体置换方法的流程示意图；
图5为一个实施例中储氢气瓶气体置换装置的结构框图。
附图标记说明：
10、储气单元；11、储气罐；12、切换阀；20、充气管路；21、充气阀；22、质量流量控制器；23、第二压力表；24、充气主管；25、充气支管；26、汇流排；30、气体回收单元；40、排气管路；41、第一阀门；42、第二阀门；43、排气主管；44、第一排气支管；45、第二排气支管；46、止回阀；47、第一压力表；48、阻火装置；49、第三排气支管；491、排气阀；50、气瓶；60、第三阀门；70、负压装置；80、减压阀；90、检测仪；100、报警器；110、防爆墙；120、收集罐；121、排放阀。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和动作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、动作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、动作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
正如背景技术所述，现有技术中的残气回收装置需要工作人员通过手动控制阀体或法兰实现进气和排气操作，并进行反复置换，因此置换的效率非常低，且当压力容器中存放的气体为易燃易爆气体时，操作不慎，也容易带来安全隐患。
基于以上原因，本发明提供了一种通过处理器控制气体置换设备对待置换气体进行气体置换的***，可以有效提高气体置换的效率以及气体置换过程中的安全性。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种储氢气瓶气体置换***，可以包括气体置换设备和处理器，气体置换设备如图2所示；
气体置换设备可以包括：
储气单元10，存储用于置换气瓶50内待置换气体的填充气体；
充气管路20，用于连接储气单元10和气瓶50，充气管路20上设有充气阀21；
气体回收单元30，用于回收气瓶50内的待置换气体；
排气管路40，可以包括第一排气支路和第二排气支路；第一排气支路的一端与气瓶50连接，且第一排气支路上设有第一阀门41；第二排气支路连接气体回收单元30和气瓶50，且第二排气支路上设有第二阀门42；
处理器与充气阀21、第一阀门41以及第二阀门42相连接；
处理器获取执行模式，并基于执行模式控制充气阀21、第一阀门41以及第二阀门42执行相应动作，以使待置换气体通过排期管路加注至气体回收单元30、以及填充气体经由充气管道加注至气瓶50将气瓶50中残余的待置换气体进行稀释，以完成气体置换。
其中，若待置换气体为氢气等易燃易爆气体，则填充气体可以为氮气等惰性气体，实际填充气体也可以根据待置换的气体性质选择相应的填充气体进行气体置换，对于车载高压储氢气瓶50公称容积不大于450L，温度控制在85℃以下；充气阀21和第一阀门41以及第二阀门42均可以为自动阀。处理器可以控制充气阀21、第一阀门41以及第二阀门42的开启和关闭，通过控制阀门的开启和关闭，可以控制填充气体和待置换气体在充气管路20和排气管路40中的流向，从而达到稀释及置换的效果。
具体地，将充气管路20的出气端、第一排气支路的进气端和第二排气支路的进气端分别与气瓶50连接，确保连接的密封性和可靠性，第一排气支路的出气端则用于高空排放。处理器在获取到执行模式后，根据执行模式控制相应的阀门执行开启或者关闭动作，使得储气气瓶50中的待置换气体加注至气体回收单元30进行回收，若待置换气体为氢气，则回收后的氢气可再利用，节约能源；但由于气瓶50内部存在裂纹、变形以及凹坑等缺陷，故少量待置换气体残余在气瓶50内部不易排除，残余的待置换气体的浓度可以高于规定标准，从而需要将储气单元10中的填充气体经由充气管道加注至气瓶50中将其稀释，从而降低其体系浓度，以完成气体的置换。
在一个示例中，处理器获取执行模式后，可以控制除了第二阀门42外的其余阀门均关闭，控制第二阀门42开启一段时间至气瓶50内可排出的待置换气体排出，则可控制第二阀门42关闭，随之控制充气阀21打开，将储气单元10内的填充气体经由充气管路20加注至气瓶50内对残余待置换气体进行稀释，当加注一段时间后，控制充气阀21关闭，使待置换气体和填充气体在气瓶50内混合均匀；接着可通过控制打开第一阀门41，将混合气体经由第一排气支路进行高空排放。处理器通过控制上述置换流程重复操作，直至气瓶50内的待置换气体浓度符合团标标准，则可视作气瓶50内的待置换气体排净，从而完成气体的置换。
本申请的储氢气瓶气体置换***可以通过处理器获取执行模式，从而根据执行模式控制充气阀21、第一阀门41以及第二阀门42进行相应的动作，使得待置换气体加注至气体回收单元30进行回收，以及填充气体加注至气瓶50中将气瓶50中残余的待置换气体进行反复稀释至符合标准浓度，即完成气体的置换，从而本申请的储氢气瓶气体置换***可以避免人工置换气体带来的安全隐患以及减少工作人员的工作量，有效提高气体置换的置换效率。
在一个具体的实施例中，执行模式可以包括批量执行模式和单个执行模式；
批量执行模式为各阀门按顺序执行相应的动作；
单个执行模式为单个阀门执行相应的动作。
具体地，当处理器获取到的执行模式为单个执行模式时，则通过获取单个运行参数，根据单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作，单个运行参数可以包括各自动阀的开关状态、充气速度、充气体积、排气速度、排气体积和延时参数的一种或几种。
当获取到的执行模式为批量执行模式时，则获取时序运行参数，时序运行参数可以包括时序标识，则处理器基于与时序标识对应的时序表，获取各阀门的执行参数和执行时序，并依照执行时序，控制各阀门根据对应的执行参数执行相应的动作。其中，时序运行参数还可以包括时序循环次数、停止指令、启动指令和暂停指令中的一种或多种，根据时序运行循环次数可以控制该时序的停止、启动和暂停；执行参数可以包括各自动阀的开关状态、充气速度、充气体积、排气速度、排气体积和延时参数的一种或几种，延时以确保每个动作是在上一动作执行完成后才开始的，即为保压过程，进而提高气体置换的操作精度。
在一个示例中，气体回收单元30可以为回收气罐，且可以通过在回收气罐连接压力传感器测得回收气罐内的气压，当压力值达到预设阈值时，则更换回收气罐。本申请的处理器可以接收与气瓶50连接的压力传感器读取气瓶50内的压力值，通过接收到的压力值或者其他相关的执行参数确定执行模式，也可以手动向处理器输入相应的执行模式，处理器则直接获取相应的执行模式，从而确定第一阀门41、第二阀门42以及充气阀21的启闭；当压力传感器的读数小于等于第一预设阈值时，则说明气瓶50内的气体已被大部分排出，此时处理器控制第二阀门42或第一阀门41关闭；当压力传感器的读数大于等于第二预设阈值时，则说明气瓶50内的气体已足够多，此时处理器控制充气阀21关闭，等待一定时间至气体混合均匀后处理器控制第一阀门41开启进行高空排放。
本申请的处理器根据获取执行模式，执行模式包括批量执行模式和单个执行模式，处理器可以根据单个执行模式控制单个阀门执行相应的动作，也可以根据批量执行模式控制各阀门按顺序执行相应的动作，从而达到对气体的置换。本***提供不同的执行模式，处理器可以自动根据充放气的实际情况调整对各阀门的控制情况，从而提高气体置换的效率。
在一个具体的实施例中，排气管路40包括排气主管43，以及均与排气主管43的出气端连接的第一排气支管44和第二排气支管45；
排气主管43的进气端与气瓶50连接；第一阀门41设于第一排气支管44上，第二阀门42设于第二排气支管45上；第一排气支路包括排气主管43与第一排气支管44，第二排气支路包括排气主管43和第二排气支管45。
具体地，通过获取相应的执行模式，处理器通过控制第二阀门42打开，其他阀门关闭，可以将气瓶50中的待置换气体经由第二排气支管45存储至气体回收单元30；再控制充气阀21打开，其他阀门关闭，通过充气管路20向气瓶50中充入填充气体对待置换气体进行稀释，通过延时保压再将第一闸门打开，其他闸门关闭，从而通过第一排气支管44将稀释后的混合气体排出，重复充气、保压、排气的动作，最后气瓶50中的待置换气体浓度符合标准浓度，从而完成了气体的置换。
本申请的第一排气支路与第二排气支路部分重叠，一方面可减少耗材，另一方面可减少储氢气瓶气体置换***的空间占用，以及使本申请的储氢气瓶气体置换***更加整洁。
在一个具体的实施例中，气体置换设备还可以包括连接排气主管43和充气管路20的连接管路，以及设于排气主管43上的负压装置70；
连接管路上设有第三阀门60；处理器与第三阀门60相连接，用于根据执行模式控制第三阀门60执行相应的动作。
在一个示例中，气体置换设备还可以包括设于排气主管43上的负压装置70，负压装置70位于第三阀门60和排气主管43的出气端之间；处理器与负压装置70相连接，负压装置70可以为气驱泵。
具体地，处理器通过开启第三阀门60，可实现充气管路20和排气主管43的直接连通，同时借助负压装置70的负压作用，可在待置换气体回收之前，先控制第三阀门60打开，并控制开启负压装置70，使储气单元10内的填充气体先行吹扫管道中的剩余空气，并控制第一阀门41打开，将经过填充气体吹扫后的混合气体进行排放，从而当进行后续的待置换气体回收时，可提高待置换气体回收的纯度，利于高纯度待置换气体回收。
本申请的储氢气瓶气体置换***中可以设置负压装置70和第三阀门60的设置，通过处理器控制两者配合运行可以在待置换气体的回收过程，以及待置换气体的置换过程中提供驱动力，使气体置换过程更加紧凑，气体排放更加顺畅。
在一个具体的实施例中，气体置换设备还可以包括均设于排气主管43上的检测仪90和第一压力表47，以及设于充气管路20上的第二压力表23；检测仪90、第一压力表47以及第二压力表23均连接处理器；检测仪90用于检测并输出气瓶50中待置换气体的浓度，第一压力表47用于检测并输出排气主管43的压力值，第二压力表23用于检测并输出充气管路20的压力值；
处理器接收排气主管43的压力值、充气管路20的压力值以及待置换气体的浓度，并根据排气主管43的压力值、充气管路20的压力值以及待置换气体的浓度设置并获取执行模式。
在一个示例中，气体置换设备还包括减压阀80，减压阀80设于排气主管43上，且检测仪90与减压阀80相连接；排气主管43上还设有止回阀46，避免气体回流或是外部气体进入而引发的安全隐患。同理，充气管路20上设有质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)22，用于对气体的质量流量进行精密测量和控制；减压阀80、止回阀46以及质量流量控制器22均连接处理器。
具体地，通过在减压阀80处外接检测仪90，通过检测仪90检验减压阀80处的待置换气体浓度，当处理器控制减压阀80进行排气时，在检测仪90检测到待置换气体浓度低于规定标准，则可认为气瓶50内的待置换气体的含量达到团体标准，可进入后续检测程序。
排气主管43上设有第一压力表47，当气瓶50内没有额外设置压力传感器时，也可通过第一压力表47读取当前排气主管43上的压力值，从而当压力值足够小时，说明气瓶50内气体大部分被排空，可进行后续的充气操作。
同理，充气管路20上设有第二压力表23，可通过第二压力表23读取当前充气管路20上的压力值，从而当压力值足够小时，说明储气单元10内的气体不足，需更换气源或补充气源。
处理器可以根据接收到检测仪90检测到减压阀80处的待置换气体的浓度、第一压力表47检测的排气主管43的压力值以及第二压力表23检测的充气管路20的压力值的情况下，自动设置执行模式，处理器根据执行模式，控制充气阀21、第一阀门41、第二阀门42、减压阀80、止回阀46以及质量流量控制器22执行相应的动作；若执行模式为批量执行模式，则处理器按执行顺序控制各阀门开启或关闭，若执行模式为单个执行模式，处理器则控制单个阀门执行开启或关闭动作，从而达到气体的置换。
本申请通过减压阀80的设置，减少因高压释放待置换气体或高压置换待置换气体而产生的噪音，具有一定的降噪功能，避免噪声污染给试验人员及周围环境带来较大的干扰和危害；止回阀46和质量流量控制器22分别均可以防止气体回流或是外部气体进入而引发的安全隐患；检测仪90、第一压力表47以及第二压力表23检测到的相应数值均为操作参数中包括的各自动阀的开关状态、充气速度、充气体积、排气速度、排气体积和延时参数等提供数据来源,处理器可以基于接收到的各数据自动设置相应的执行模式，从而获取对应的执行模式对各阀门进行控制，达到气体的置换，避免了人工操作带来的安全风险，置换过程更加智能，且大大提升了气体的置换效率。
在一个具体的实施例中，排气管路40还可以包括用于连接排气主管43和气瓶50的至少两条第三排气支管49，至少两条第三排气支管49并联后与排气主管43连接，且每条第三排气支管49分别连接一个气瓶50，第三排气支管49上均设有排气阀491；
处理器与排气阀491相连接，用于根据执行模式控制排气阀491执行相应的动作。
具体地，各类阀门均为自动阀，通过设置连接排气主管43和气瓶50的至少两条第三排气支管49，处理器可以根据获取的执行模式，控制各阀门执行相应的开启和关闭动作，实现两个以上气瓶50中待置换气体同时进行置换，处理器可以通过控制排气阀491的开启和关闭控制每个气瓶50的排气时间不同，使各气瓶50的置换过程独立，因而可根据实际情况进行统一控制或独立控制，尤其是当气瓶50个数较多时，可根据执行模式错峰控制各气瓶50的排气，从而无需等所有气瓶50均排空后再进行后续操作，大大提升了气体置换的工作效率。
在一个示例中，第三排气支管49的数量可以为五条，从而储氢气瓶气体置换***可以支持五个气瓶50共同置换。其中，第三排气支管49的数量可根据实际需求酌情增减；排气主管43上的减压阀80、止回阀46沿气流方向依次设置。
在一个示例中，获取执行模式为批量执行模式时，获取各阀门地执行参数和执行时序，并依照执行时序，控制各阀门根据对应的执行参数执行相应的动作，时序表1如下表1所示：
时序表1
Figure BDA0002803577090000141
在一个示例中，针对气瓶中残余氢量的不同，通过时序控制进行多样性操作，对各支路排气阀和充气阀进行单独操作，可以有效提升置换效率，对应的时序表2如下表2所示：
时序表2
Figure BDA0002803577090000151
在一个具体的实施例中，储气单元10可以包括至少两个储气罐11，至少两个储气罐11通过并联管路连接，且并联管路与充气管路20连接；并联管路上设有用于切换充气气源的切换阀12；
处理器与切换阀12相连接，用于根据执行模式控制切换阀12执行相应的动作。
具体地，由于充气管路20上设有第二压力表23，故当第二压力表23显示的压力值低于预定阈值时，可通过切换阀12将充气管路20与另一储气罐11连通，实现不间断供气，提升工作效率；或者，可在每个储气罐11均分别连接一个压力传感器用于指示罐内气压，便于及时获知罐内气体余量。已用完填充气体的储气罐11则可进行更换，以便下次切换阀12切换气源时可及时供气。
在一个示例中，储气罐11的数量可以为两个，切换阀12可以为三通阀。
在一个具体的实施例中，充气管路20可以包括充气主管24，以及与充气主管24的出气端连接的至少两条充气支管25，充气管路20的进气端与储气单元10连接；每条充气支管25分别与一个气瓶50连接；充气阀21的数量与充气支管25的数量匹配，且充气阀21设于充气支管25上。
在一个示例中，气瓶50的数量可以为五个，故充气支管25的数量可以为五条；气体置换设备还可以包括汇流排26，充气主管24通过汇流排26与至少两条所述充气支管25连接，通过汇流排26的设置，可以将储气单元10提供的填充气体分配至不同的充气支管25。
由于每条充气支管25上分别设置一个充气阀21，故可以通过处理器控制每个气瓶50的充气时间为不同，与第三排气支管49上独立设置的排气阀491配合，使各气瓶50的置换过程独立，可根据实际情况进行统一控制或独立控制，尤其是当气瓶50个数较多时，可根据执行模式错峰控制各气瓶50的充气和排气，使待置换气体的置换流程完全独立，无需各气瓶50的气体均充满，或是均排空后进行后续操作，极大地提升了气体置换的工作效率。
在一个示例中，当储气罐1气体余量不足时，切换阀切换成储气罐2，对应充气阀A’。整个过程不需要人工干预，按照时序循环次数以及时序控制各阀门进行排气、充气。对应的时序表3如下表3所述：
时序表3
Figure BDA0002803577090000171
在一个具体的实施例中，储氢气瓶气体置换***还可以包括用于存放气瓶50的气瓶50室，气瓶50室内设有报警器100，报警器100与处理器相连接，当报警器100检测到待置换气体浓度大于标准浓度时，则发出声光警报，使整个储氢气瓶气体置换***急停，排查泄漏点，提升安全系数。另外，气瓶50室的墙壁可以采用防爆墙110，保障在场工作人员的人身安全；排气主管43上还可以设有与处理器相连接的阻火装置48，进一步提高本申请储氢气瓶气体置换***的安全性能，避免管路起火***。
在一个示例中，如图3所示为储氢气瓶气体置换***的工作流程示意图，待置换气体为氢气，填充气体为氮气，其中，模糊PID(Proportion Integral Differential)控制即利用模糊逻辑并根据一定的模糊规则对PID的参数进行实时的优化，以克服传统PID参数无法实时调整PID参数的缺点(比例单元(p)、积分单元(I)和微分单元(D))。模糊PID控制策略以自动切换阀12和压力传感器(与氮气储气瓶相连)为输入信号，以质量流量控制器为输出信号，以钢瓶气体质量修正气体充装速率。质量流量控制器根据模糊PID控制策略输出参数动作，通过充装压力和自动切换阀调整氮气充装速率，保证充装速率。
在一个具体的实施例中，储氢气瓶气体置换***还可以包括与第一排气支路连接的收集罐120，与收集罐120连接且用于检测收集罐120内气体浓度的检测仪，以及用于排放气体的排放阀121，排放阀121与检测收集罐120内气体浓度的检测仪均与处理器相连接。即经过填充气体吹扫后的气体，以及填充气体置换后的混合气体均经过第一排气支路进入收集罐120，当与收集罐120连接的检测仪检测到收集罐120内的待置换气体的浓度超过预设浓度值时，则处理器控制排放阀121打开，高空排放混合气体。
在一个具体的示例中，待置换气体为氢气，填充气体为氮气，处理器获取的执行模式为批量执行模式，具体的控制流程为：
S1：打开第三阀门60、切换阀12、负压装置70以及第一阀门41，关闭其他阀门，控制负压装置70抽空管路中的剩余空气，且氮气吹扫管路中剩余空气，管路中的剩余空气流入收集罐120中。
S2：关闭第三阀门60、切换阀12、打开排气阀491、减压阀80以及第一阀门41，使待置换气体及管路中的气体共同流入至收集罐120，延时第一预设时间。
S3:关闭第一阀门41，打开第二阀门42，各操作延时第二预设时间；打开负压装置70，气瓶50内的剩余待置换气体经排气阀491、减压阀80、止回阀46、以及第二阀门42流入待置换气体回收单元，当第一压力表47的数值低于预设阈值时，进入下一步骤。
S4：沿气体流向依次关闭排气阀491、减压阀80、止回阀46以及第二阀门42，且各动作延时第二预设时间；打开切换阀12、质量流量控制器22、汇流排26和充气阀21，向气瓶50加注氮气。
S5：重复S2及S4，直至排气主管43上的检测仪90检测到的待置换气体浓度小于0.4％。
S6：关闭排气阀491，打开充气阀21、汇流排26、质量流量控制器22以及切换阀12，向气瓶50中加注氮气。
待置换气体置换流程完毕，进入后续检测流程。其中，第一预设时间为10s，第二预设时间为3s，可根据实际情况进行合理设置。
以上，本申请的储氢气瓶气体置换***中的处理器通过获取执行模式，基于执行模式控制各阀门执行相应的动作，以使待置换气体加注至气体回收单元30、填充气体加注至气瓶50中将气瓶50中残余的待置换气体稀释至标准浓度，以完成气体的置换。本申请避免了人工操作带来的安全隐患，并且本申请可以实现两个以上气瓶50中待置换气体同时进行置换，气体置换效率非常高，通过批量执行模式中的延时保压控制，也可以提高置换气体纯度。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种储氢气瓶气体置换方法，该方法包括：
步骤202，获取执行模式；
步骤204，当执行模式为单个执行模式的情况下，获取单个运行参数，根据单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作；
步骤206，当执行模式为批量执行模式的情况下，获取时序运行参数，根据时序运行参数控制各阀门按顺序执行相应的动作；时序运行参数包括延时参数，用于表示该阀门完成某一动作之后，至下一阀门执行动作之前的时间间隔。
具体地，当获取到的执行模式为单个执行模式时，则通过获取单个运行参数，根据单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作，单个运行参数可以包括各自动阀的开关状态、充气速度、充气体积、排气速度、排气体积和延时参数的一种或几种。
当获取到的执行模式为批量执行模式时，获取时序运行参数，时序运行参数可以包括时序标识，则基于与时序标识对应的时序表，获取各阀门的执行参数和执行时序，并依照执行时序，控制各阀门根据对应的执行参数执行相应的动作。其中，时序运行参数还可以包括时序循环次数、停止指令、启动指令和暂停指令中的一种或多种，根据时序运行循环次数可以控制该时序的停止、启动和暂停；执行参数可以包括各自动阀的开关状态、充气速度、充气体积、排气速度、排气体积和延时参数的一种或几种，延时以确保每个动作是在上一动作执行完成后才开始的，即为保压过程，进而提高气体置换的操作精度。
应该理解的是，虽然图3、图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3、图4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种储氢气瓶气体置换装置，包括：
模式获取模块210，用于获取执行模式；
单个执行模块220，用于当执行模式为单个执行模式的情况下，获取单个运行参数，根据单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作；
批量执行模块230，用于当执行模式为批量执行模式的情况下，获取时序运行参数，根据时序运行参数控制各阀门按顺序执行相应的动作；时序运行参数包括延时参数，用于表示该阀门完成某一动作之后，至下一阀门执行动作之前的时间间隔。
关于储氢气瓶气体置换装置的具体限定可以参见上文中对于储氢气瓶气体置换方法的限定，在此不再赘述。上述储氢气瓶气体置换装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的动作。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种储氢气瓶气体置换***，其特征在于，包括气体置换设备和处理器；
所述气体置换设备包括：
储气单元，存储用于置换气瓶内待置换气体的填充气体；
充气管路，用于连接所述储气单元和所述气瓶，所述充气管路上设有充气阀；
气体回收单元，用于回收所述气瓶内的待置换气体；
排气管路，包括第一排气支路和第二排气支路；所述第一排气支路的一端与所述气瓶连接，且所述第一排气支路上设有第一阀门；所述第二排气支路连接所述气体回收单元和所述气瓶，且所述第二排气支路上设有第二阀门；
所述处理器与所述充气阀、所述第一阀门以及所述第二阀门相连接；
所述排气管路包括排气主管，以及均与所述排气主管的出气端连接的第一排气支管和第二排气支管；
所述排气主管的进气端与所述气瓶连接；所述第一阀门设于所述第一排气支管上，所述第二阀门设于所述第二排气支管上；所述第一排气支路包括所述排气主管与所述第一排气支管，所述第二排气支路包括所述排气主管和所述第二排气支管；所述排气管路还可以包括连接所述排气主管和所述气瓶的至少两条第三排气支管，所述第三排气支管上均设有排气阀；
所述处理器获取执行模式，并基于所述执行模式控制所述充气阀、所述第一阀门以及所述第二阀门执行相应动作，以使所述待置换气体通过所述排气管路加注至所述气体回收单元、以及所述填充气体经由所述充气管路加注至所述气瓶将所述气瓶中残余的待置换气体进行稀释，以完成气体置换；所述处理器与所述排气阀相连接，用于根据执行模式控制所述排气阀执行相应的动作；
所述气体置换设备还包括连接所述排气主管和所述充气管路的连接管路，以及设于所述排气主管上的负压装置；
所述连接管路上设有第三阀门；所述负压装置位于所述第三阀门和所述排气主管的出气端之间；所述处理器与所述第三阀门以及所述负压装置相连接，用于根据所述执行模式控制所述第三阀门执行相应的动作；其中，所述执行模式包括批量执行模式和单个执行模式，在处理器获取到的执行模式为所述单个执行模式的情况下，则通过获取单个运行参数，根据所述单个运行参数控制所述充气阀、所述第一阀门、所述第二阀门以及所述排气阀中的单个阀门执行相应的动作，所述单个运行参数包括所述充气阀、所述第一阀门、所述第二阀门以及所述排气阀中的单个阀门各自的开关状态、充气速度、充气体积、排气速度、排气体积和延时参数的一种或几种；在处理器获取到的执行模式为所述批量执行模式的情况下，则获取时序运行参数，所述时序运行参数包括时序标识，则处理器基于与所述时序标识对应的时序表，获取所述充气阀、所述第一阀门、所述第二阀门以及所述排气阀的执行参数和执行时序，并依照所述执行时序，控制所述充气阀、所述第一阀门、所述第二阀门以及所述排气阀根据对应的所述执行参数执行相应的动作；所述执行参数包括所述充气阀、所述第一阀门、所述第二阀门以及所述排气阀的所述开关状态、所述充气速度、所述充气体积、所述排气速度、所述排气体积和所述延时参数的一种或几种；所述延时参数用于确认动作的执行顺序。
2.根据权利要求1所述的储氢气瓶气体置换***，其特征在于，所述充气管路上设有连接所述处理器的质量流量控制器；所述质量流量控制器用于对气体的质量流量进行测量和控制。
3.根据权利要求1所述的储氢气瓶气体置换***，其特征在于，所述排气主管上还设有止回阀，用于避免气体回流或外部气体进入。
4.根据权利要求1所述的储氢气瓶气体置换***，其特征在于，所述气体置换设备还包括均设于所述排气主管上的检测仪和第一压力表，以及设于所述充气管路上的第二压力表；所述检测仪、所述第一压力表以及第二压力表均连接所述处理器；所述检测仪用于检测并输出所述气瓶中所述待置换气体的浓度，所述第一压力表用于检测并输出所述排气主管的压力值，所述第二压力表用于检测并输出所述充气管路的压力值；
所述处理器接收所述排气主管的压力值、所述充气管路的压力值以及所述待置换气体的浓度，并根据所述排气主管的压力值、所述充气管路的压力值以及所述待置换气体的浓度设置并获取所述执行模式。
5.根据权利要求1所述的储氢气瓶气体置换***，其特征在于，所述排气管路还包括用于连接所述排气主管和所述气瓶的至少两条第三排气支管，至少两条所述第三排气支管并联后与所述排气主管连接，且每条所述第三排气支管分别连接一个所述气瓶，所述第三排气支管上均设有排气阀；
所述处理器与所述排气阀相连接，用于根据所述执行模式控制所述排气阀执行相应的动作。
6.根据权利要求1所述的储氢气瓶气体置换***，其特征在于，
所述批量执行模式为各阀门按顺序执行相应的动作；
所述单个执行模式为单个阀门执行相应的动作。
7.根据权利要求1所述的储氢气瓶气体置换***，其特征在于，所述储气单元包括至少两个储气罐，至少两个所述储气罐通过并联管路连接，且所述并联管路与所述充气管路连接；所述并联管路上设有用于切换充气气源的切换阀；
所述处理器与所述切换阀相连接，用于根据所述执行模式控制所述切换阀执行相应的动作。
8.一种储氢气瓶气体置换方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一项所述的储氢气瓶气体置换***，所述方法包括：
获取执行模式；
当所述执行模式为单个执行模式的情况下，获取单个运行参数，根据所述单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作；
当所述执行模式为批量执行模式的情况下，获取时序运行参数，根据所述时序运行参数控制各阀门按顺序执行相应的动作；所述时序运行参数包括延时参数，用于表示某一阀门完成某一动作之后，至下一阀门执行动作之前的时间间隔。
9.一种储氢气瓶气体置换装置，包括如权利要求1所述的储氢气瓶气体置换***，其特征在于，包括：
模式获取模块，用于获取执行模式；
单个执行模块，用于当所述执行模式为单个执行模式的情况下，获取单个运行参数，根据所述单个运行参数控制单个阀门执行相应的动作；
批量执行模块，用于当所述执行模式为批量执行模式的情况下，获取时序运行参数，根据所述时序运行参数控制各阀门按顺序执行相应的动作；所述时序运行参数包括延时参数，用于表示某一阀门完成某一动作之后，至下一阀门执行动作之前的时间间隔。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8所述的方法的步骤。
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