一种氢气置换系统的制作方法

本发明涉及压力容器检测领域，特别是涉及一种氢气置换系统。

背景技术：

氢气是一种易燃易爆的气体，在体积比浓度为4％～75％范围内均可燃烧。氢气具有易扩散性，由于浮力大，发生泄漏时将会迅速扩散。即使在通风不畅的环境下，泄漏的氢气也将会很快上升。

国内车载储氢气瓶有35mpa和70mpa两种规格。团标《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶定期检验与评定》(t/gdase0017-2020)提及，车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶定期检验中，需要在保证安全、卫生和不污染环境的条件下，对瓶内的氢气采用适当的方法排净，并用干燥、洁净的氮气置换处理并经检测后复合氢气体系浓度不大于0.4％的要求。而上述团标实施期限较短，且由于氢气具有易燃易爆、泄漏性强，以及易引起储氢材料“氢脆”，传统的气瓶检测方法不能满足储氢气瓶的检测，故针对上述团标的相关检验检测属于空白领域。

技术实现要素：

基于此，本发明在于克服现有技术。团标《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶定期检验与评定》(t/gdase0017-2020)实施期限较短，且由于氢气具有易燃易爆、泄漏性强，以及易引起储氢材料“氢脆”，传统的气瓶检测方法不能满足储氢气瓶的检测，相关检验检测属于空白领域的缺陷，提供一种氢气置换系统。

其技术方案如下：

一种氢气置换系统，包括：

储气单元，存储用于置换气瓶内氢气的氮气；

充气管路，用于连接所述储气单元和气瓶，所述充气管路上设有充气阀；

氢气回收单元，用于回收气瓶内的氢气；

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氢气回收单元和气瓶，且所述第二排气支路上设有第二阀门。

本技术方案的氢气置换系统解决了目前实验室内车载压缩氢气瓶检测的空白，可安全高效地排净氢气后，进行气瓶的相关检测，同时对原储存于气瓶内的氢气还能回收再利用，节约能源。

具体地，当使用本技术方案的氢气置换系统置换气瓶内的氢气时，将充气管路的出气端、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。然后开始泄氢流程：将第二阀门打开，其余阀门均关闭，气瓶内的氢气经由第二排气支路进入至氢气回收单元进行回收，回收后的氢气可再利用，节约能源；但由于气瓶内部存在裂纹、变形、凹坑等缺陷，故少量氢气会残余在气瓶内部不易排净，残余氢气有可能仍大于0.4％，从而需用氮气多次进行置换，使用氮气将氢气稀释，降低其体系浓度。因此，可进行置换流程如下：当第二阀门开启一段时间至气瓶内可排出的氢气排出时，则可关闭第二阀门，随之打开充气阀，将储气单元内的氮气经由充气管路加注至气瓶内对残余氢气进行稀释，当加注一段时间后，将充气阀关闭，使氮气和氢气在气瓶内混合均匀；接着可通过打开第一阀门，将混合气体经由第一排气支路进行高空排放。上述置换流程重复操作，直至气瓶内的氢气浓度小于0.4％后则符合团标标准，可视作气瓶内的氢气排净，进入气瓶检测的下一工作流程。

在其中一个实施例中，所述排气管路包括排气主管，以及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，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。

在其中一个实施例中，所述氢气置换系统还包括用于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。

在其中一个实施例中，所述排气主管上设有第一止回阀；和/或所述排气主管上设有第一压力表；和/或所述充气管路上设有第二止回阀；和/或所述充气管路上设有第二压力表；和/或所述排气主管上设有阻火装置。

在其中一个实施例中，所述排气主管上设有减压阀；或者，所述氢气置换系统还包括减压阀和第一检测仪，所述减压阀设于所述排气主管上，所述第一检测仪与所述减压阀连接。

在其中一个实施例中，所述排气管路还包括用于连接所述排气主管和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气瓶，所述第三排气支管上均设有排气阀。

在其中一个实施例中，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。

在其中一个实施例中，所述充气管路包括充气主管，以及与所述充气主管的出气端连接的至少两条充气支管，所述充气管路的进气端与储气单元连接；每条所述充气支管分别与一个气瓶连接；所述充气阀的数量与所述充气支管的数量匹配，且所述充气阀设于所述充气支管上。

在其中一个实施例中，所述充气主管通过汇流排与至少两条所述充气支管连接。

在其中一个实施例中，所述氢气置换系统还包括用于存放气瓶的气瓶室，所述气瓶室内设有报警器；和/或所述氢气置换系统还包括与所述第一排气支路连接的收集罐，与所述收集罐连接且用于检测所述收集罐内气体浓度的第二检测仪，以及用于排放气体的排放阀。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例1所述的氢气置换系统的电气连接示意图；

图2为本发明实施例2所述的氢气置换系统的电气连接示意图。

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、第二止回阀；23、第二压力表；24、充气主管；25、充气支管；26、汇流排；30、氢气回收单元；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、第一止回阀；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、第一检测仪；100、报警器；110、防爆墙；120、收集罐；121、排放阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1所示，一种氢气置换系统，包括：储气单元10，存储用于置换气瓶50内氢气的氮气；充气管路20，用于连接所述储气单元10和气瓶50，所述充气管路20上设有充气阀21；氢气回收单元30，用于回收气瓶50内的氢气；排气管路40，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气瓶50连接，且所述第一排气支路上设有第一阀门41；所述第二排气支路连接所述氢气回收单元30和气瓶50，且所述第二排气支路上设有第二阀门42。

本实施方式的氢气置换系统解决了目前实验室内车载压缩氢气瓶50检测的空白，可安全高效地排净氢气后，进行气瓶50的相关检测，同时对原储存于气瓶50内的氢气还能回收再利用，节约能源。

具体地，当使用本技术方案的氢气置换系统置换气瓶50内的氢气时，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。然后开始泄氢流程：将第二阀门42打开，其余阀门均关闭，气瓶50内的氢气经由第二排气支路进入至氢气回收单元30进行回收，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、凹坑等缺陷，故少量氢气会残余在气瓶50内部不易排净，残余氢气有可能仍大于0.4％，从而需用氮气多次进行置换，使用氮气将氢气稀释，降低其体系浓度。因此，可进行置换流程如下：当第二阀门42开启一段时间至气瓶50内可排出的氢气排出时，则可关闭第二阀门42，随之打开充气阀21，将储气单元10内的氮气经由充气管路20加注至气瓶50内对残余氢气进行稀释，当加注一段时间后，将充气阀21关闭，使氮气和氢气在气瓶50内混合均匀；接着可通过打开第一阀门41，将混合气体经由第一排气支路进行高空排放。上述置换流程重复操作，直至气瓶50内的氢气浓度小于0.4％后则符合团标标准，可视作气瓶50内的氢气排净，进入气瓶50检测的下一工作流程。

本实施方式的氢气回收单元30为回收气罐，且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。

本实施方式可通过设置与气瓶50连接的压力传感器读取气瓶50内的压力值，从而确定第一阀门41、第二阀门42以及充气阀21的启闭；即可设置第一阈值，当压力传感器的读数小于等于第一阈值时，则说明气瓶50内的气体已被大部分排出，此时关闭第二阀门42或第一阀门41；设置第二阈值，当压力传感器的读数大于等于第二阈值时，则说明气瓶50内的气体已足够多，此时关闭充气阀21，等待一定时间至气体混合均匀后开启第一阀门41进行高空排放。

本实施方式所述排气管路40包括排气主管43，以及与所述排气主管43的出气端连接的第一排气支管44和第二排气支管45；所述排气主管43的进气端与所述气瓶50连接，第一阀门41设于所述第一排气支管44上，所述第二阀门42设于所述第二排气支管45上；所述第一排气支路包括所述排气主管43与所述第一排气支管44，所述第二排气支路包括所述排气主管43和所述第二排气支管45。即本实施方式将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，另一方面可减少本实施方式的氢气置换系统的空间占用，以及使本实施方式的氢气置换系统更加整洁。

本实施方式所述氢气置换系统还包括用于连接所述排气主管43和所述充气管路20的连接管路，以及设于所述排气主管43上的负压装置70；所述连接管路上设有第三阀门60，所述负压装置70位于所述第三阀门60和所述排气主管43的出气端之间。即通过开启第三阀门60的，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，可在氢气回收之前，先打开第三阀门60，并开启负压装置70，使储气单元10内的氮气先行吹扫管道中的剩余空气，并打开第一阀门41，将经过氮气吹扫后的混合气体进行排放，从而当进行后续的氢气回收时，可提高氢气回收的纯度，利于高纯度氢气回收。同时，通过设置负压装置70，也可在氢气回收过程，以及氢气置换过程中提供驱动力，使泄氢流程以及置换流程更加紧凑，气体排放更加顺畅。

本实施方式所述排气主管43上设有第一止回阀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，所述充气管路20上设有第二止回阀22。

所述排气主管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，所述充气管路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。

本实施方式所述排气主管43上设有减压阀80，通过减压阀80的设置，减少因高压泄氢或高压置换氢气而产生的噪音，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。并且，本实施方式还包括第一检测仪90，所述第一检测仪90与所述减压阀80连接，通过在减压阀80处外接第一检测仪90，通过第一检测仪90检验减压阀80处的氢气浓度，当排气时，检测到氢气浓度低于0.4％，则可认为气瓶50内的其含量低于0.4％，即达到团体标准，可进入后续检测程序。

为提高本实施方式所述氢气置换系统的置换效率，实现两个以上气瓶50的同时进行置换，所述排气管路40还包括用于连接所述排气主管43和气瓶50的至少两条第三排气支管49，至少两条所述第三排气支管49并联后与所述排气主管43连接，且每条所述第三排气支管49分别连接一个气瓶50，所述第三排气支管49上均设有排气阀491。即通过上述设置，可是实现至少两个气瓶50同时操作，并且通过在每条第三排气支管49上分别设置一个排气阀491，从而使每个气瓶50的排气时间可以设置为不同，使各气瓶50的置换操作独立，可根据实际情况进行统一操作或独立操作，尤其是当气瓶50个数较多时，可错峰安排各气瓶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，一定程度提升了工作效率。本实施方式中，第三排气支管49的数量为五条，从而一共可支持五个气瓶50共同操作。在其他实施方式中，所述第三排气支管49的数量可酌情增减。

本实施方式中，所述排气主管43上的减压阀80、第一止回阀46沿气流方向依次设置。

另外，所述储气单元10包括至少两个储气罐11，至少两个所述储气罐11通过并联管路连接，且所述并联管路与所述充气管路20连接；所述并联管路上设有用于切换充气气源的切换阀12。并且，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。已用完氮气的储气罐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。具体地，本实施方式的储气罐11的数量为两个，切换阀12为三通阀。

本实施方式所述充气管路20包括充气主管24，以及与所述充气主管24的出气端连接的至少两条充气支管25，所述充气管路20的进气端与储气单元10连接；每条所述充气支管25分别与一个气瓶50连接；所述充气阀21的数量与所述充气支管25的数量匹配，且所述充气阀21设于所述充气支管25上。由于本实施方式所匹配的气瓶50数量为五个，故本实施方式的充气支管25的数量为五条，且由于每条充气支管25上分别设置一个充气阀21，故使每个气瓶50的充气时间可以设置为不同，与上述第三排气支管49上独立设置的排气阀491配合，使各气瓶50的置换操作独立，可根据实际情况进行统一操作或独立操作，尤其是当气瓶50个数较多时，可错峰安排各气瓶50的充气和排气，使氢气置换的流程可完全独立，无需各气瓶50的气体均充满，或是均排空后进行后续操作，一定程度提升了工作效率。

本实施方式所述充气主管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，将储气单元10提供的氮气分配至不同的充气支管25。

本实施方式所述氢气置换系统还包括用于存放气瓶50的气瓶50室，所述气瓶50室内设有报警器100，当报警器100检测到氢浓度大于4％时，则发出声光警报，使整个氢气置换系统急停，排查泄漏点，提升安全系数。另外，本实施方式的气瓶50室的墙壁采用防爆墙110，保障在场工作人员的人身安全。

本实施方式所述氢气置换系统还包括与所述第一排气支路连接的收集罐120，与所述收集罐120连接且用于检测所述收集罐120内气体浓度的第二检测仪，以及用于排放气体的排放阀121。即经过氮气吹扫后的气体，以及氮气置换后的混合气体均经过第一排气支路进入收集罐120，当第二检测仪检测到收集罐120内的氢气浓度超过3.95％时，则打开排放阀121，高空排放混合气体。

本实施方式中所涉及的各类阀门均为自动阀，且各阀门以及各压力表、检测仪、报警器100、负压装置70等均与控制单元电连接，从而避免工作人员在现场手动操作而产生的安全隐患。本实施方式所述负压装置70为气驱泵。

当采用本实施方式的氢气置换系统进行操作时，工作流程如下：

s1：打开第三阀门60、切换阀12、负压装置70以及第一阀门41，其他阀门关闭，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，使氢气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内的剩余氢气经排气阀491、减压阀80、第一止回阀46、以及第二阀门42流入氢气回收单元30，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、第一止回阀46以及第二阀门42，且各操作延时第二预设时间；打开切换阀12、第二止回阀22、汇流排26和充气阀21，向气瓶50加注氮气。

s5：重复s2及s4，直至第一检测仪90检测到的氢气浓度小于0.4％。

s6：关闭排气阀491，打开充气阀21、汇流排26、第二止回阀22以及切换阀12，向气瓶50中加注氮气。

氢气置换流程完毕，进入后续检测流程。本实施方式的第一预设时间为10s，第二预设时间为3s，在其他实施方式中可合理设置。

本实施方式通过时序控制、延时操作，提高气体置换效率，且可回收高纯度的氢气以节约能源。

实施例2

如图2所示，本实施方式与上述实施方式的结构和工作原理相似，区别在于，本实施方式所述排气主管43上还设有阻火装置48，进一步提高本实施方式的氢气置换系统的安全性能，避免管路起火爆炸。

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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。