一种氢气存储装置管理系统、智能更换方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及氢能应用的技术领域，尤其涉及氢气存储设备管理的技术领域。具体涉及一种氢气存储装置管理系统、智能更换方法及装置。


背景技术：

[0002]
随着资源开发利用和能源的大量消耗，人们不得不寻求新的替代能源，为能从根本上解决能源消耗和排放污染问题，氢气作为燃料的应用越来越受到重视，氢气的热值非常高，然而其爆炸范围也非常高。
[0003]
现阶段对氢气的利用主要是固定式高压气瓶安置在车体后为燃料电池供氢、放置在厂房中为其他设备供氢、组装在箱体中为燃料电池备用电源或发电站提供氢气资源等。然而，在需要进行气瓶更换操作时，由于操作人员的识别实务，可能会导致储氢装置更换需要大量时间，进而影响后端对氢气的使用。同时，固定式储氢装置很难做到时长检修，对于较长时间未检修的储氢装置，其存在的内部缺陷问题，会降低装置的使用寿命，甚至会造成重大损失和人员伤亡。
[0004]
苏州工业园区可伦坡系统集成科技有限公司在申请号为cn201310447438.x的专利中，公开了一种用于供气设备中气瓶更换检测装置，提供了更换正确型号的气瓶方案。
[0005]
北大方正集团有限公司在申请号为cn201310447438.x的专利中，公开了一种气瓶更换的系统及其方法，提供了一种标签标识方法便于更换正确的气瓶，从而降低因钢瓶更换错误而导致的事故概率。
[0006]
上述公开的内容仅局限于识别气瓶信息，并更换正确的气瓶，不具备自主检测的现代化智能理念。


技术实现要素：

[0007]
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种氢气存储装置管理系统、智能更换方法及装置，能够对氢气存储装置的运行数据进行实时的监测等，且具有能够在不停机的情况下对储氢设备的更换。
[0008]
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0009]
一种氢气存储装置管理系统，包括查询管理模块、储氢设备管理模块、安全管理模块；
[0010]
所述查询管理模块，用于储氢设备的定位管理，查询包括更换、监测、检测、接口阀门监测在内的所述储氢设备信息，电气信息以及历史信息，其中，所述储氢设备包括高压气瓶、固态储氢瓶、液态储氢瓶在内的设备；
[0011]
所述储氢设备管理模块，用于管理所述储氢设备的实时数据、快速检修、待换提示、更换处理信息信息；
[0012]
所述安全管理模块，用于所述氢气存储装置的包括柜体电气安全监测、柜体气体环境监测、接口阀门安全监测和连锁停机处理在内的管理。
[0013]
进一步地，所述查询管理模块，具体包括：
[0014]
定位管理单元，用于通过所述储氢设备内嵌的信息识别设备，提供定位数据通过本地网管上传到管理系统中，根据所述储氢设备的阵列位置，以及gps/bd双模定位模块，定位到所述储氢设备的位置；
[0015]
储氢设备信息单元，用于管理包括储氢设备更换信息、储氢设备监测信息、储氢设备检测信息、接口阀门监测信息在内的信息；
[0016]
电气信息单元，集成了包括控制管理器、传感器信号接收器、无线网关、本地边缘计算服务等，用于对所述储氢设备和安全进行监测、检测和处理；
[0017]
历史信息单元，用于记录通过所述储氢单元内置的识别芯片录入的包括储氢单元编号、使用状态、生产厂家、产品标准号、尺寸规格、材质、公称容积、空瓶重量、充装介质在内的信息。
[0018]
进一步地，所述储氢设备管理模块，具体包括：
[0019]
储氢设备实时数据单元，用于通过无线网关的终端信息传输服务实时上传记录所述储氢设备被检测的使用数据，其中所述使用数据包括压力数据、温度数据、流量数据、剩余量数据在内的数据；
[0020]
储氢设备快速检测单元，用于通过包括红外探测、射线辐射、超声检测在内的方式对所述储氢设备进行快速检测；
[0021]
储氢设备待换提示单元，用于将检测后有问题的所述储氢设备的定位信息经过终端信息传输服务上传到系统提示管理端对有问题的所述储氢设备进行更换，其中，传输信号包括能够实现无线数据传输的包括2g、3g、4g、5g在内的任意一种移动通讯网络；
[0022]
储氢设备更换处理单元，用于将检测有问题的所述储氢设备切换到备用的所述储氢设备后，使得所述氢气存储装置继续进行工作，或将有问题的整个所述氢气存储装置停机处理，切换为其他的所述氢气存储装置从前端获取氢气并给后端供氢。
[0023]
进一步地，所述安全管理模块，具体包括：
[0024]
所述柜体电气安全监测单元，用于监测所述氢气存储装置的电气回路，对包括高温、短路在内的安全隐患进行预测告警；
[0025]
所述柜体气体环境监测单元，用于通过氢气探测器对所述氢气存储装置内的气体环境进行监测，防止因氢气泄露而造成的不必要损失；
[0026]
所述接口阀门安全监测单元，用于利用氢敏材料附着在接口阀门处，通过所述氢敏材料的变化监测感知接口阀门是否存在问题，或定期利用内置的储氢设备检测器对接口阀门进行监测诊断；
[0027]
所述连锁停机处理单元，用于当所述氢气存储装置处于危险情况时，及时关闭所有气路和电路供应，打开卸爆排气设备，避免氢气泄露造成的安全事故。
[0028]
一种氢气存储装置智能更换方法，包括以下步骤：
[0029]
s1：启动如上述的氢气存储装置管理系统，以及包括探测器、传感器、检测发生器、边缘计算服务器、无线网关、控制管理器在内的设备；
[0030]
s2：通过所述边缘计算服务器读取储氢设备通过所述探测器实时监测的运行数据；
[0031]
s3：通过处理器判断所述运行数据是否有异常，对有异常数据的所述氢气存储装
置中工作的所述储氢设备进行包括红外、超声、辐射在内的方式的快速检测，并判断是否存在损伤缺陷；
[0032]
s4：对有损伤缺陷的所述储氢设备切换到备用的所述储氢设备，原工作的所述储氢设备的阀门装置，并打开卸爆排气设备；
[0033]
s5：当切换到备用的所述储氢设备后，所述无线网关将待更换信息及定位信息提交到云管理端和维护人员通讯信息中，维护人员通过定位信息，在规定的卸爆排气一段时间后，携带相同型号的所述储氢设备到现场，经过吹扫后进行更换，更换后切换到原工作的所述储氢设备；
[0034]
s6：检测所述运行数据是否正常，若正常结束更换流程，继续实施检测，若不正常跳转s3。
[0035]
进一步地，在步骤s4中，还包括：
[0036]
对没有损伤缺陷的所述设备，同样打开所述卸爆排气设备，并检测接口阀门是否存在损伤缺陷；
[0037]
当所述接口阀门存在缺陷时，系统发出联锁停机指令，关闭所有气路和电路，外部将其他的所述氢气存储装置补充切换到当前所述氢气存储装置为后端供氢，待所述接口阀门更换维修好后，开机调试运行，跳转到步骤s6。
[0038]
进一步地，在步骤s4中，还包括：
[0039]
当数据存在异常，且所述储氢设备和所述接口阀门不存在缺陷时，打开所述卸爆排气设备，通讯告知维护人员，停机维护，维护完成后，开机调试运行，跳转到步骤s6。
[0040]
一种用于执行上述的氢气存储装置智能更换方法的智能更换装置，其特征在于，包括：卸爆排气设备，出气接口阀门，进气接口阀门、三通阀门、备用储氢单元、工作储氢单元；
[0041]
所述卸爆排气设备，设置于所述智能更换装置壳体的顶部；
[0042]
所述出气接口阀门和所述进气接口阀门，设置于所述智能更换装置的壳体上，所述出气接口阀门连接后端供氢装置，所述进气接口阀门连接前端输氢装置；
[0043]
所述工作储氢单元，用于正常供输氢的存储和缓冲单元，所述备用储氢单元，用于当所述工作储氢单元需要更换时，切换到所述备用储氢单元，实现不停机运行方案，所述工作储氢单元和所述备用储氢单元设置于所述智能更换装置的壳体内部；
[0044]
所述三通阀门，用于控制气体在所述工作储氢单元和所述备用储氢单元中的流向。
[0045]
进一步地，智能更换装置，还包括：电气单元；
[0046]
所述电气单元，用于监控、检测、运维和处理储氢设备的更换需求，设置在所述智能更换装置的底部，避免漏氢扩散与内部电气接触引发爆炸危险。
[0047]
进一步地，智能更换装置，还包括：窥视器、检测发生器、氢气探测器；
[0048]
所述窥视窗，设置于所述智能更换装置的底部，用于从外侧观察内部运行情况，方便人员对内部仪表数据进行直观读取；
[0049]
所述检测发生器，设置于所述智能更换装置的壳体上，用于定期自主检测储氢设备和管阀件的损伤情况，以及在读数变化异常情况下对需要更换储氢单元的检测；
[0050]
所述氢气探测器，设置于所述智能更换装置的壳体内部，作为柜体气体环境监控
传感器，具备高灵敏度、快速响应的特点，为储氢模块智能更换装置平稳运行保驾护航。
[0051]
与现有技术相比，本发明包括以下至少一种有益效果是：
[0052]
(1)通过提供一种氢气存储装置管理系统，具体包括查询管理模块、储氢设备管理模块、安全管理模块。从各个方面对氢气存储装置实现详细综合的管理，方便为氢气存储装置的更换提供有效信息和方案。
[0053]
(2)通过提供一种氢气存储装置智能更换方法，包括了氢气存储装置的自主运行、自主检测、更换提示及不停机更换方案的操作步骤。实现了氢气存储装置运行时的实时监测以及当出现故障时，实现不停机的更换。
[0054]
(3)通过提供了与智能更换方法相匹配的智能更换装置，进一步的改进了电气控制管理单元，自主检测模块和用于不停机更换的组件，实现对固定式氢气存储模块的定期自主运检和自动切换与不停机待更换的智能操作。
[0055]
(4)通过上述的氢气存储装置管理系统，智能更换方法和智能更换装置的结合，有效监控氢气存储装置的运行全状态信息，及时提供氢气存储装置的待更换信息，操作方便，节省人力，定期检查，安全可靠。
附图说明
[0056]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
[0057]
图1为本发明一种氢气存储装置管理系统的整体结构图；
[0058]
图2为本发明一种氢气存储装置智能更换方法的整体流程图；
[0059]
图3为本发明智能更换装置的结构图。
[0060]
对应说明书附图3中的附图标记参考如下：
[0061]
1、卸爆排气装置；2、出气接口阀门；3、进气接口阀门；4、三通阀门；5、备用储氢单元；6、电气单元；7、工作储氢单元；8、窥视窗；9、检测发生；10、氢气探测器。
具体实施方式
[0062]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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。
[0063]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0064]
第一实施例
[0065]
如图1所示，本发明提供了一种氢气存储装置管理系统，包括查询管理模块1、储氢设备管理模块2、安全管理模块3；
[0066]
所述查询管理模块1，用于储氢设备的定位管理，查询包括更换、监测、检测、接口
阀门监测在内的所述储氢设备信息，电气信息以及历史信息，其中，所述储氢设备包括高压气瓶、固态储氢瓶、液态储氢瓶在内的设备。
[0067]
所述储氢设备管理模块2，用于管理所述储氢设备的实时数据、快速检修、待换提示、更换处理信息信息。
[0068]
所述安全管理模块3，用于所述氢气存储装置的包括柜体电气安全监测、柜体气体环境监测、接口阀门安全监测和连锁停机处理在内的管理。
[0069]
进一步地，所述查询管理模块1，具体包括：
[0070]
定位管理单元11，用于通过所述储氢设备内嵌的信息识别设备，提供定位数据通过本地网管上传到管理系统中，根据所述储氢设备的阵列位置，以及gps/bd双模定位模块，定位到所述储氢设备的位置。
[0071]
储氢设备信息单元12，用于管理包括储氢设备更换信息、储氢设备监测信息、储氢设备检测信息、接口阀门监测信息在内的信息。
[0072]
电气信息单元13，集成了包括控制管理器、传感器信号接收器、无线网关、本地边缘计算服务等，用于对所述储氢设备和安全进行监测、检测和处理。
[0073]
历史信息单元14，用于记录通过所述储氢单元内置的识别芯片录入的包括储氢单元编号、使用状态、生产厂家、产品标准号、尺寸规格、材质、公称容积、空瓶重量、充装介质在内的信息。
[0074]
进一步地，所述储氢设备管理模块2，具体包括：
[0075]
储氢设备实时数据单元21，用于通过无线网关的终端信息传输服务实时上传记录所述储氢设备被检测的使用数据，其中所述使用数据包括压力数据、温度数据、流量数据、剩余量数据在内的数据。
[0076]
储氢设备快速检测单元22，用于通过包括红外探测、射线辐射、超声检测在内的方式对所述储氢设备进行快速检测。
[0077]
储氢设备待换提示单元23，用于将检测后有问题的所述储氢设备的定位信息经过终端信息传输服务上传到系统提示管理端对有问题的所述储氢设备进行更换，其中，传输信号包括能够实现无线数据传输的包括2g、3g、4g、5g在内的任意一种移动通讯网络。
[0078]
储氢设备更换处理单元24，用于将检测有问题的所述储氢设备切换到备用的所述储氢设备后，使得所述氢气存储装置继续进行工作，或将有问题的整个所述氢气存储装置停机处理，切换为其他的所述氢气存储装置从前端获取氢气并给后端供氢。
[0079]
进一步地，所述安全管理模块3，具体包括：
[0080]
所述柜体电气安全监测单元31，用于监测所述氢气存储装置的电气回路，对包括高温、短路在内的安全隐患进行预测告警。
[0081]
所述柜体气体环境监测单元32，用于通过氢气探测器对所述氢气存储装置内的气体环境进行监测，防止因氢气泄露而造成的不必要损失。
[0082]
所述接口阀门安全监测单元33，用于利用氢敏材料附着在接口阀门处，通过所述氢敏材料的变化监测感知接口阀门是否存在问题，或定期利用内置的储氢设备检测器对接口阀门进行监测诊断。
[0083]
所述连锁停机处理单元34，用于当所述氢气存储装置处于危险情况时，及时关闭所有气路和电路供应，打开卸爆排气设备，避免氢气泄露造成的安全事故。
[0084]
第二实施例
[0085]
如图2所示，本实施例提供一种氢气存储装置智能更换方法，包括以下步骤：
[0086]
s1：启动如第一实施例中的氢气存储装置管理系统，以及包括探测器、传感器、检测发生器、边缘计算服务器、无线网关、控制管理器在内的设备。
[0087]
s2：通过所述边缘计算服务器读取储氢设备通过所述探测器实时监测的运行数据。
[0088]
s3：通过处理器判断所述运行数据是否有异常，对有异常数据的所述氢气存储装置中工作的所述储氢设备进行包括红外、超声、辐射在内的方式的快速检测，并判断是否存在损伤缺陷。
[0089]
s4：对有损伤缺陷的所述储氢设备切换到备用的所述储氢设备，原工作的所述储氢设备的阀门装置，并打开卸爆排气设备；
[0090]
s5：当切换到备用的所述储氢设备后，所述无线网关将待更换信息及定位信息提交到云管理端和维护人员通讯信息中，维护人员通过定位信息，在规定的卸爆排气一段时间后，携带相同型号的所述储氢设备到现场，经过吹扫后进行更换，更换后切换到原工作的所述储氢设备。
[0091]
s6：检测所述运行数据是否正常，若正常结束更换流程，继续实施检测，若不正常跳转s3。
[0092]
进一步地，在步骤s4中，还包括：
[0093]
对没有损伤缺陷的所述设备，同样打开所述卸爆排气设备，并检测接口阀门是否存在损伤缺陷；
[0094]
当所述接口阀门存在缺陷时，系统发出联锁停机指令，关闭所有气路和电路，外部将其他的所述氢气存储装置补充切换到当前所述氢气存储装置为后端供氢，待所述接口阀门更换维修好后，开机调试运行，跳转到步骤s6。
[0095]
进一步地，在步骤s4中，还包括：
[0096]
当数据存在异常，且所述储氢设备和所述接口阀门不存在缺陷时，打开所述卸爆排气设备，通讯告知维护人员，停机维护，维护完成后，开机调试运行，跳转到步骤s6。
[0097]
第三实施例
[0098]
如图3所示，本实施例提供了一种用于执行如第二实施中的氢气存储装置智能更换方法的智能更换装置，其特征在于，包括：卸爆排气设备1，出气接口阀门2，进气接口阀门3、三通阀门4、备用储氢单元5、工作储氢单元7；
[0099]
所述卸爆排气设备1设置于所述智能更换装置壳体的顶部，考虑到氢气密度小易于向上扩散，且若因氢气泄露而引发爆炸，还可以起到泄压作用，降低对周围环境的影响；
[0100]
所述出气接口阀门2和所述进气接口阀门3设置于所述智能更换装置的壳体上，所述出气接口阀门2连接后端供氢装置，所述进气接口阀门(3)连接前端输氢装置；在更换储氢模块停机时，可以切换为其他补充模块对其前后端进行输供氢操作。
[0101]
所述工作储氢单元7用于正常供输氢的存储和缓冲单元，所述备用储氢单元5用于当所述工作储氢单元7需要更换时，切换到所述备用储氢单元5，实现不停机运行方案，所述工作储氢单元7和所述备用储氢单元5设置于所述智能更换装置的壳体内部；
[0102]
所述三通阀门4用于控制气体在所述工作储氢单元7和所述备用储氢单元5中的流
向。
[0103]
进一步地，还包括：电气单元6；
[0104]
所述电气单元6，用于监控、检测、运维和处理储氢设备的更换需求，设置在所述智能更换装置的底部，避免漏氢扩散与内部电气接触引发爆炸危险。将电气单元置于储氢单元下方，防止储氢单元泄氢后，由于氢气密度小而向上扩散，遇到电弧而造成的爆炸事故发生。
[0105]
进一步地，还包括：窥视器8、检测发生器9、氢气探测器10；
[0106]
所述窥视窗8，设置于所述智能更换装置的底部，用于从外侧观察内部运行情况，方便人员对内部仪表数据进行直观读取；
[0107]
所述检测发生器9，设置于所述智能更换装置的壳体上，用于定期自主检测储氢设备和管阀件的损伤情况，以及在读数变化异常情况下对需要更换储氢单元的检测，通过红外探测、射线辐射、超声检测等方式可对有问题的储氢单元进行检测，避免人工到现场检测而造成的人力资源浪费，严重的造成伤亡损失。
[0108]
所述氢气探测器10，设置于所述智能更换装置的壳体内部，作为柜体气体环境监控传感器，具备高灵敏度、快速响应的特点，为储氢模块智能更换装置平稳运行保驾护航。
[0109]
本发明实施例中的装置选材均为防爆材料，符合国家安全标准要求。
[0110]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0111]
以上所述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。
[0112]
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。