CN113154262A - 一种实流检测的加氢机量值溯源***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种实流检测的加氢机量值溯源***及方法，***包括依次连通的高压氢气源、吸附过滤装置、待检测器具、流速调节控制***、低温预冷***、自动连接称重装置、减压撬和氢气回收***，所述氢气回收***与高压氢气源连通；所述自动连接称重装置包括充装容器、自动连接装置和自动称重装置，所述自动连接装置设置于连接充装容器与低温预冷***之间，所述充装容器还配置有温度压力传感组件。该***及方法完善了高压氢气量值的溯源体系，为保证新能源氢气贸易结算的准确可靠提供技术支持。

Description

一种实流检测的加氢机量值溯源***及方法
技术领域
本发明涉及一种加氢机量值溯源***，特别是涉及一种以高压氢气为介质的实流检测的加氢机量值溯源***，属于加氢机流量计量领域。
背景技术
氢气具有资源丰富，燃烧值高，洁净环保、零碳排放等优点，被国际公认为未来的绿色能源。燃料电池汽车是氢能的重要应用终端之一，全球许多国家和地区都在大力开发氢能汽车，通过加氢站加氢机向氢能汽车进行氢气加注，并以高压形式储存在车载储气瓶中。加氢机中具有流量传感器及加氢量显示模块，用于对加氢机的加氢量进行测量显示，由于氢气加注涉及贸易结算，按照计量法要求，应对加氢机实施强制检定。目前国内加氢机的现场检定装置处于起步阶段，且现场检定装置只是将加氢机溯源到质量流量计，其不确定度约为0.2％，更高精度的溯源装置在国内尚属空白。
对于氢能源汽车，压力越高，储气罐储存的氢气就越多，汽车一次充氢的实际使用里程就越多，根据我国现行加氢站技术规范，加氢机额定工作压力应为35MPa或70MPa。由于35MPa压力下加氢后行驶距离受限，随着技术的进步，工作压力70MPa加氢站将成为建设主流。由于氢气的焦汤效应，在快速加注过程中，氢气膨胀会使储气瓶内温度上升较快，若车载储气瓶不能及时散热，有可能超过相应国际标准规定的85℃，带来极大安全隐患，如何控制加氢过程中储气瓶内温度压力成为必须解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实流检测的加氢机量值溯源***及方法，为加氢机及其检测设备的量值溯源提供了可行的实流校准方案，填补国内在该方面的空白，为保证新能源氢气贸易结算的准确可靠提供技术支持。
一种实流检测的加氢机量值溯源***，包括依次连通的高压氢气源、待检测器具、低温预冷***、自动连接称重装置，所述自动连接称重装置包括充装容器、自动连接装置和自动称重装置，所述自动连接装置设置于充装容器与低温预冷***之间，所述充装容器配置有温度压力传感组件。
优选的，所述自动称重装置包括电子天平和缓冲气缸，所述电子天平位于充装容器下方，所述缓冲气缸与充装容器连接，用于自动将充装容器置于电子天平上称重。
优选的，所述充装容器连通有减压撬，所述减压撬连通有氢气回收***，所述氢气回收***与高压氢气源连通.
优选的，所述高压氢气源和待检测器具之间设置有吸附过滤装置。
优选的，所述待检测器具与低温预冷***之间设置有流速调节控制***。
优选的，所述加氢机量值溯源***还包括计算机软件***；
本发明还公开一种利用实流检测的加氢机量值溯源***进行量值溯源的方法，具体步骤如下：
步骤1、将待检测器具安装于指定位置，缓冲气缸将充装容器加载于电子天平上，电子天平静态置零，将自动称重装置与测量管路自动连接，管路锁紧，减压撬处于关闭状态；
步骤2、高压氢气经吸附过滤装置吸附过滤，进入待检测器具，继而进入充装容器，温度压力传感组件将温度压力信号实时采集到计算机软件***，流速调节控制***将氢气充装速率控制在安全范围；低温预冷***对待充装高压氢气进行预冷，当充装容器内压力达到预定值且充装容器内温度恢复常温后停止充装；
步骤3、计算机软件***采集充装结束后电子天平的称重重量，同时采集待检测器具测得的加氢量，将待检测器具测得的加氢量与电子天平实际称量获得的加氢量进行比对，得到待检测器具的测量值误差，通过将待检测器具测得的加氢量值修正到与电子天平实际称重的量值相一致，实现待检测器具的量值溯源；
步骤4、关闭气源进气，打开减压撬，充装的高压氢气经过减压撬降为常压，进入氢气回收***，实现氢气的回收利用。充装容器通过缓冲气缸脱离电子天平，自动称重装置与测量管路自动断开，设备恢复初始状态，完成一次完整溯源过程。
本发明的有益效果：
本发明在实流校准过程中将待检测器具安装于装置相应位置并紧固连接，高压氢气依次通过待检测器具及自动连接称重装置，加氢结束后，将待检测器具测得的加氢量与电子天平实际称量获得的加氢量进行比对，通过误差计算，得到待检测器具的测量值误差，通过将待检测器具测得的加氢量值修正到与电子天平实际称重的量值相一致，实现待检测器具的量值溯源。该***及方法完善了高压氢气量值的溯源体系，为保证新能源氢气贸易结算的准确可靠提供技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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为本发明整体结构原理图；
图中，1-高压氢气源，2-吸附过滤装置，3-待检测器具，4-流速调节控制***，5-低温预冷***，,6-自动连接称重装置，7-温度压力传感组件，8-减压撬，9-氢气回收***，10-计算机软件***，601-自动连接装置，602-电子天平，603-充装容器，604-缓冲气缸。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明公开一种如图1所示的实流检测的加氢机量值溯源***及溯源过程，高压氢气源1的出口依次连通吸附过滤装置2、待检测器具3、流速调节控制***4、低温预冷***5和自动连接称重装置6，自动连接称重装置中的自动连接装置601用于连接低温预冷***5和充装容器603，充装容器两端各连接一个缓冲气缸604，称装容器603下方设置电子天平602，充装容器603两端配置温度压力传感组件7，充装容器603的出口连通减压撬8，减压撬8与氢气回收***9连通，氢气回收***回连至计算机软件***10。
高压氢气源包含低压区与高压区两部分，用于储存及输出稳定的气源压力为35MPa和70Mpa的高压氢气。
吸附过滤装置用于吸附高压氢气在电解制氢或工业催化制氢过程中残余的催化剂等杂质，提高氢气的纯净度，降低其对计量精度的影响。
包括流速调节控制***采用气体调流阀对氢气充装流速进行调节控制，调流阀可以根据充装时的温度压力信号快速调节氢气的充装流速。由于焦汤效应，超高压氢气在充装过程中快速膨胀会使充装容器内温度上升较快，若升温过高超过国际标准规定的85℃，容易引发安全隐患；同时由于密闭容器中气体压力与温度相关，温度升高会引起充装容器的压力过早到达预设压力，提前停止加氢，影响进气量。该***可以通过气体调流阀快速调节充装流速，消除高压氢气快速充装过程中升温过高带来的进气量影响，减小测量误差。
低温预冷装置安装于充装容器之前，在高压氢气充装之前对其进行预冷，预冷采用压缩机制冷，将制冷介质所在管路与高压氢气所在管路采用对流换热的方式进行降温，充装时将氢气迅速降到较低温度，避免氢气在充装容器中温升幅度过大。
自动对接称重装置可通过自动连接装置实现充装容器与管道的全自动对接，在充装结束后自动脱离管路，通过缓冲气缸将充装容器自动加载到电子天平上，实现全自动称重，避免手动加卸载产生的人为操作影响，有效提高天平的测量精度。同时在称重结束后充装容器与电子天平自动卸载，避免充装容器长时间置于电子天平之上，影响电子天平的传感器寿命。电子天平作为主标准器，其不确定度为0.05％左右，远优于待测器具不确定度的1/5，满足作为加氢机及其现场检定装置的量值溯源***要求。充装容器采用碳纤维全缠绕耐压技术制造，承压能力高，满足70MPa以上的耐压需求，散热性能优，便于降低气瓶内温度。
温度压力传感组件用于实时监测充装容器内的温度及压力信号，通过温度信号控制流速调节控制***中的调流阀，当温度高时，降低流速以防止温度过高引发安全隐患；通过压力信号监测充装容器内压力，当压力达到预定值且容器内温度恢复常温后停止充装。
氢气回收***可实现对高压氢气的回收再利用，氢气易燃易爆，容易引发安全隐患，通过减压撬将高压氢气降为常压，由氢气回收***将氢气回收再利用，避免氢气泄漏产生的危害。
本发明的特征包括计算机软件***控制整个装置的全自动运行，可以对实验过程中的温度、压力、称重等数据进行实时采集，并进行数据计算，得出校准结果。
本发明还功能公开一种利用上述***进行计算的溯源方法，简要过程为：
1.检测开始前，待检测器具3安装于指定位置，将其进排气接口与前后设备紧固到位，缓冲气缸604将充装容器603加载于电子天平602上，电子天平静态置零，自动连接装置601将自动称重装置6与测量管路自动连接，管路锁紧，减压撬8处于关闭状态。
2.高压氢气经吸附过滤装置2吸附过滤，进入待检测器具3，继而进入充装容器603，高压氢气在充装过程中由于焦汤效应会使充装容器603中温度上升较快，通过温度压力传感组件7将温度压力信号实时采集到计算机软件***10，通过流速调节控制***4中的调流阀，将氢气充装速率控制在安全范围；通过低温预冷***5对待充装高压氢气进行预冷，将氢气迅速降到较低温度，避免氢气在充装容器603中温升幅度过大，当充装容器603内压力达到预定值且充装容器内温度恢复常温后停止充装。
3.计算机软件***10采集充装结束后电子天平602的称重重量，同时采集待检测器具3测得的加氢量，将待检测器具3测得的加氢量与电子天平602实际称量获得的加氢量进行比对，得到待检测器具3的测量值误差，通过将待检测器具测得的加氢量值修正到与电子天平实际称重的量值相一致，实现待检测器具的量值溯源。
4.关闭气源进气，打开减压撬8，充装的高压氢气经过减压撬8降为常压，进入氢气回收***9，实现氢气的回收利用。充装容器603通过缓冲气缸604脱离电子天平602，避免容器长期压置于天平之上影响传感器寿命，自动连接装置601将自动称重装置6与测量管路自动断开，设备恢复初始状态，完成一次完整溯源过程。整个溯源过程由计算机软件***10全自动控制完成，减少了人为操作对溯源结果及测量精确度的影响，提高了检测效率，保证了高压气体检测的人身安全。

Claims (7)

1.一种实流检测的加氢机量值溯源***，其特征在于，包括依次连通的高压氢气源(1)、待检测器具(3)、低温预冷***(5)、自动连接称重装置(6)，所述自动连接称重装置包括充装容器(603)、自动连接装置(601)和自动称重装置，所述自动连接装置(601)设置于充装容器(603)与低温预冷***(5)之间，所述充装容器(603)配置有温度压力传感组件(7)。
2.根据权利要求1所述的一种实流检测的加氢机量值溯源***，其特征在于，所述自动称重装置(6)包括电子天平(602)和缓冲气缸(604)，所述电子天平(602)位于充装容器(603)下方，所述缓冲气缸(604)与充装容器(603)连接，用于自动将充装容器置于电子天平上称重。
3.根据权利要求2所述的一种实流检测的加氢机量值溯源***，其特征在于，所述充装容器(603)连通有减压撬(8)，所述减压撬(8)连通有氢气回收***(9)，所述氢气回收***与高压氢气源(1)连通。
4.根据权利要求3所述的一种实流检测的加氢机量值溯源***，其特征在于，所述高压氢气源(1)和待检测器具(3)之间设置有吸附过滤装置(2)。
5.根据权利要求4所述的一种实流检测的加氢机量值溯源***，其特征在于，所述待检测器具(3)与低温预冷***(5)之间设置有流速调节控制***(4)。
6.根据权利要求5所述的一种实流检测的加氢机量值溯源***，其特征在于，所述加氢机量值溯源***还包括计算机软件***(10)。
7.本发明还公开一种利用权利要求6所述的实流检测的加氢机量值溯源***进行量值溯源的方法，具体步骤如下：
步骤1、将待检测器具(3)安装于指定位置，缓冲气缸(604)将充装容器(603)加载于电子天平(602)上，电子天平静态置零，将自动称重装置(6)与测量管路自动连接，管路锁紧，减压撬(8)处于关闭状态；
步骤2、高压氢气经吸附过滤装置(2)吸附过滤，进入待检测器具(3)，继而进入充装容器(603)，温度压力传感组件(7)将温度压力信号实时采集到计算机软件***(10)，流速调节控制***(4)将氢气充装速率控制在安全范围；低温预冷***(5)对待充装高压氢气进行预冷，当充装容器(603)内压力达到预定值且充装容器内温度恢复常温后停止充装；
步骤3、计算机软件***(10)采集充装结束后电子天平(602)的称重重量，同时采集待检测器具(3)测得的加氢量，将待检测器具(3)测得的加氢量与电子天平(602)实际称量获得的加氢量进行比对，得到待检测器具(3)的测量值误差，通过将待检测器具测得的加氢量值修正到与电子天平实际称重的量值相一致，实现待检测器具的量值溯源；
步骤4、关闭气源进气，打开减压撬(8)，充装的高压氢气经过减压撬(8)降为常压，进入氢气回收***(9)，实现氢气的回收利用。充装容器(603)通过缓冲气缸(604)脱离电子天平(602)，自动称重装置(6)与测量管路自动断开，设备恢复初始状态，完成一次完整溯源过程。
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