一种具有氢气泄露监控功能的气瓶及氢气泄露监控的方法与流程

1.本发明涉及储氢设备技术领域，尤其涉及一种具有氢气泄露监控功能的气瓶及氢气泄露监控的方法。


背景技术：

2.塑料内胆缠绕的气瓶耐腐蚀、重量轻、强度高的特点，具有良好的发展前景。
3.然而，相对于纯金属或金属内衬气瓶，塑料内胆气瓶的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆与金属端头的材料不同，在反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接松动和密封件老化，会导致密封性能下降。
4.由此，氢气容易发生泄漏，在发生氢气泄漏时存在无检测装置，不容易察觉的问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种具有氢气泄露监控功能的气瓶及氢气泄露监控的方法，用以解决现有的氢气泄漏无法察觉的问题。
6.本发明提供一种具有氢气泄露监控功能的气瓶，包括内胆、瓶口密封单元和氢气泄露监控组件；
7.所述瓶口密封单元包括内盖和外圈；
8.所述内胆的瓶口设置在内盖和外圈之间；
9.所述内盖与所述外圈通过螺栓固定连接；
10.所述氢气泄露监控组件安装在内盖内。
11.进一步地，所述氢气泄露监控组件设有有色液体。
12.进一步地，所述气瓶还包括密封组件。
13.进一步地，所述密封组件包括第一密封圈。
14.进一步地，所述密封组件还包括第二密封圈。
15.进一步地，所述内盖包括显色窗口。
16.进一步地，所述内盖还包括第一环形垫圈和第二环形垫圈。
17.进一步地，所述外圈包括密封平台。
18.进一步地，所述气瓶还包括缠绕层。
19.本发明还提供一种氢气泄露监控的方法，步骤包括：
20.步骤1：安装以上所述的气瓶；
21.步骤2：在显色窗处连接光电检测器；
22.步骤3：光电检测器监控氢气是否泄漏，并将监测结果输送至控制系统。
23.进一步地，所述氢气泄露监控组件包括扩散面、针孔和缸体。
24.进一步地，所述缸体设有活塞。
25.进一步地，所述活塞由泄露的氢气推动向上运动，所述活塞挤压所述有色液体通
过所述针孔流入到所述扩散面内。
26.进一步地，内胆瓶口包括内侧环形平台和外侧环形平台，所述外侧环形平台高于所述内侧环形平台。
27.进一步地，所述内盖还包括第一环形垫圈和第二环形垫圈，所述第二环形垫圈比所述第一环形垫圈大，所述第一环形垫圈在所述第二环形垫圈内侧。
28.进一步地，所述外圈包括第三环形垫圈和密封平台，所述第三环形垫圈高于所述密封平台。
29.进一步地，所述外圈与所述内胆瓶口的外侧紧密贴合，所述第三环形垫圈与所述内盖紧密抵接，所述密封平台在所述第三环形垫圈与所述外侧环形平台之间，所述密封平台上放置所述第二密封圈，形成第二气密空间。
30.进一步地，所述内胆瓶口和所述内盖之间通过所述第一密封圈形成的第一气密空间。
31.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
32.1)本发明提出了一种针对气瓶可能发生泄漏分风险的瓶口衔接结构提出了一种全寿命监控的安全方案。
33.2)本发明提出的氢气泄漏监控方案，通过构建第二气密空间，使泄漏监控装置能量完全来源于泄露引起的第二气密空间压力变化，无需供电，易于实施，成本低，对于气瓶装载内容无选择性。
34.3)本发明提出的氢气泄漏监控方案，根据承载功能分解，将瓶口部分分为可拆卸的内盖和永久性固定的外圈，将密封功能规划在内盖和内胆的内壁，在四型瓶泄漏通路的最前端，降低了泄露通路后续分支导致的泄漏风险；同时可拆卸的内盖保证了气瓶在生命周期内易损件具有良好的可维修和更换性，外圈作为内盖的固定基础承担了与气瓶其他部位衔接和固定的功能，永久性固定设计使其与气瓶的瓶身连接更稳固；此外，由于内盖拆分设计可以实现内胆与内盖、外圈分离生产，通过后续组装实现对内胆瓶口牢固夹持安装，与焊接和嵌入注塑生产相比，生产工艺简单，可靠性高。
35.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
36.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
37.图1为本发明的气瓶瓶口装置俯视图；
38.图2为本发明的气瓶瓶口装置的爆炸图；
39.图3为本发明内胆结构示意图；
40.图4为本发明的气瓶瓶口装置的剖视图；
41.图5为图4中a处放大图；
42.图6为本发明内盖的结构示意图；
43.图7为本发明金属外圈的结构示意图；
44.图8为氢气泄露监控的流程示意图。
45.附图标记：
46.1-内胆；11-内侧环形平台；12-外侧环形平台；2-瓶口密封单元；21-内盖；211-显色窗口；212-第一螺栓孔；213-第一环形垫圈；214-第二环形垫圈；215-通气孔；22-外圈；221-第三环形垫圈；222-密封平台；223-第二螺栓孔；3-缠绕层；4-密封组件；41-第一密封圈；42-第二密封圈；5-氢气泄露监控组件；51-扩散面；52-针孔；53-缸体；531-有色液体；532-活塞。
具体实施方式
47.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
48.实施例1
49.本发明的一个具体实施例，如图1至图8所示，本发明公开了一种具有氢气泄露监控功能的气瓶，包括内胆1、瓶口密封单元2和缠绕层3，其中内胆1的瓶口安装有瓶口密封单元2，瓶口密封单元2包括内盖21和外圈22，内盖21与内胆1瓶口的内部贴合安装，外圈22与内胆1瓶口的外侧贴合安装，内盖21与外圈22通过螺栓固定连接，外圈22的外部由缠绕层3缠绕固定，外圈22为缠绕层3提供支撑作用。
50.本实施例中，内盖21与内胆1的瓶口可拆卸安装，有利于气瓶的维修和更换；外圈22与内胆1瓶口固定，此设计使外圈22与气瓶的瓶身连接更稳固，且外圈22与内盖21加持安装内胆1瓶口，此结构增强气瓶瓶口的气密性和牢固性；内盖21与外圈22可拆卸连接，以便于分离生产瓶口密封单元2，生产工艺简单、可靠性高，同时避免瓶口密封单元2与内胆1瓶口一体成型造成刚度不连续而出现裂缝的问题。
51.进一步地，外圈22与塑料内胆1外侧进行环状贴合安装，外圈22可以为单体件，整体套装于内胆1瓶口；优选地，外圈22可以为多段组成环状，本实施例中，外圈22由两段组成，两段之间固定连接，将两段组成环状贴合于内胆1瓶口，外圈22的多段结构有利于安装拆卸，且紧密性更好。
52.进一步地，缠绕层3由碳纤维、玻璃纤维或类似物构成，优先选用以树脂浸润的纤维或丝线来对塑料内胆进行缠绕制造纤维。
53.需要说明的是，本发明提供的一种具有氢气泄露监控功能的气瓶还包括氢气泄露监控组件5，氢气泄露监控组件5安装在内盖21内。
54.本实施例中，当氢气发生泄露时，气压增大，随后氢气泄露监控组件5会进行泄露提示，以便于监控氢气泄露情况，从而提高气瓶使用的安全性，氢气泄露监控组件5利用氢气泄露引起的压力差，无需进行供电、易于实施、成本低且可靠性高，适应于不同氢气的气瓶。
55.需要说明的是，氢气泄露监控组件5包括扩散面51、针孔52和缸体53，其中，针孔52连通扩散面51与缸体53，扩散面51与缸体53的尺寸比针孔52的尺寸大，扩散面51尺寸的比缸体53的尺寸大。
56.进一步地，缸体53设有有色液体531和活塞532，有色液体531在活塞532的上方，有
色液体531与针孔52连通。
57.本实施例中，泄露的氢气产生的压力推动活塞532向上运动，活塞532挤压有色液体531，有色液体531通过针孔52流入到扩散面51内，有色液体531的颜色会被监测到，即提示氢气泄露，此过程简单快捷可靠；氢气泄露监控组件5仅利用泄露氢气产生的压力作为能量(无需供电，无需化学制剂/化学反应)推动有色液体531流入到扩散面51内，颜色在扩散面51内可以被观察到，提示氢气泄露，此组件简单易操作，无需能量消耗，且安装简便。
58.进一步地，有色液体531可以为流体或半流体，如：矿物油脂，或使用磁液，和带有磁性的活塞，保证在正常倒置和震动等条件下，有色液体531不会通过针孔52流动到扩散面51内而造成错误监测。
59.进一步地，内盖21包括显色窗口211，氢气泄露监控组件5安装在显色窗口211内，显色窗口211观察氢气泄露监控组件5内的扩散面51的有色液体531，即可直接通过显色窗口211监测到有色液体531。
60.需要说明的是，本发明提供的一种具有氢气泄露监控功能的气瓶还包括密封组件4，密封组件4包括第一密封圈41和第二密封圈42。
61.进一步地，内胆1瓶口包括内侧环形平台11和外侧环形平台12，外侧环形平台12高于内侧环形平台11。
62.进一步地，内盖21还包括第一环形垫圈213和第二环形垫圈214，第二环形垫圈214尺寸比第一环形垫圈213尺寸大，第一环形垫圈213在第二环形垫圈214内侧。
63.本实施例中，第一环形垫圈213与内侧环形平台11贴紧配合，第一密封圈41放置在第一环形垫圈213与内侧环形平台11配合内，形成第一气密空间，防止氢气泄露，加固了密封结构；外侧环形平台12与第二环形垫圈214紧密抵接。
64.需要说明的是，外圈22包括第三环形垫圈221和密封平台222，第三环形垫圈221高于密封平台222。
65.本实施例中，外圈22与内胆1瓶口的外侧紧密贴合，第三环形垫圈221与内盖21紧密抵接，密封平台222在第三环形垫圈221与外侧环形平台12之间，密封平台222上放置第二密封圈42，形成第二气密空间，增强密闭结构。
66.进一步地，内胆1瓶口和内盖21之间通过第一密封圈41形成的第一气密空间，内胆1瓶口、内盖21和外圈22之间通过第二密封圈42形成第二气密空间，氢气泄露监控组件5与第二气密空间连通，当气瓶内的氢气从第一气密空间发生泄露时，第二气密空间的气压升高，此时氢气推动活塞532向上运动，进而推动有色液体531流入扩散面51，通过显色窗口211可以监测到氢气发生泄露，此过程简单快捷、易于实施、可靠性高且成本低。
67.并且，通过构建第一气密空间和第二气密空间，加强气瓶的气密性，起到双重保障的作用。
68.优选地，第一气密空间内的第一密封圈41数量可以为1个或多个，用于气瓶内高压氢气渗漏隔离。
69.需要说明的是，内盖21还包括第一螺栓孔212，外圈22包括第二螺栓孔223。
70.本实施例中，内盖21与外圈22通过螺栓穿过第一螺栓孔212、第二螺栓孔223进行固定连接，内盖21与外圈22进行固定连接，将内胆1瓶口包裹在内，可以使整体装置更加稳固。
71.需要说明的是，内盖还包括通气孔215，气瓶通过通气孔215实现氢气的输入、输出功能。
72.本发明的结构原理是：
73.将本发明的外圈22贴合于内胆1瓶口，并将第一密封圈41放置在内侧环形平台处，将第二密封圈42放置在密封平台222上；将氢气泄露监控组件5放置在内盖21的显色窗口211的内部；将内盖21盖合于内胆1瓶口；将内盖21与外圈22通过螺栓固定连接；最后将树脂浸润的纤维或丝线缠绕在外圈22的外部形成缠绕层3，作为气瓶的外观保护层。
74.通过第一密封圈41和第二密封圈42对复合型气瓶进行双层保障，当复合型气瓶内氢气发生泄露时，通过第一气密空间进入到第二气密空间内，因氢气泄露监控组件5与第二气密空间连通，即泄露的氢气进入到第二气密空间内，气压增大，推动活塞532向上运动，进而推动有色液体531进入到扩散面51，通过显色窗口211可以监测到氢气是否泄漏。
75.实施例2
76.本发明根据实施例1提供一种氢气泄露监控的方法，步骤包括：
77.步骤1：安装实施例1中的气瓶；
78.步骤2：在显色窗211处连接光电检测器；
79.步骤3：光电检测器监控氢气是否泄露，并将监测结果输送至控制系统。
80.在步骤1中，外圈22贴合于内胆1瓶口，并将第一密封圈41放置在内侧环形平台处，将第二密封圈42放置在密封平台222上；将氢气泄露监控组件5放置在内盖21的显色窗口211的内部；将内盖21盖合于内胆1瓶口；将内盖21与外圈22通过螺栓固定连接；最后将树脂浸润的纤维或丝线缠绕在外圈22的外部形成缠绕层3，作为气瓶的外观保护层。
81.在步骤2中，在显色窗211处连接光电检测器，光电检测器全天监测氢气是否泄漏。
82.在步骤3中，在显色窗211处通过法兰连接光电检测器(如：反射式光耦)，例如有色液体为黑色磁液时，当氢气未发生泄露时，扩散面51为白色，光电检测器信号反馈为“0”；当氢气发生泄露时，黑色磁液被气压挤到扩散面51，扩散面51由白色变为黑色，显色窗口211监测到黑色，光电检测器的信号反馈为“1”，信号数字由接口电路通过can总线输送至控制系统，控制系统控制和监测各个气瓶的工作状态。
83.本发明的有益效果如下：
84.1、本发明提出了一种针对气可能发生泄漏分风险的瓶口衔接结构提出了一种全寿命监控的安全方案；通过构建第二气密空间，使氢气泄漏监控装置5能量完全来源于泄露引起的第二气密空间压力变化，无需供电，易于实施，成本低，对于气瓶装载内容无选择性。
85.2、根据承载功能分解，将瓶口部分分为可拆卸的内盖21和永久性固定的外圈22，将密封功能规划在内盖21和内胆1的内壁，在四型瓶泄漏通路的最前端，降低了泄露通路后续分支导致的泄漏风险；同时可拆卸的内盖21保证了气瓶在生命周期内易损件具有良好的可维修和更换性；外圈22作为内盖21的固定基础承担了与气瓶其他部位衔接和固定的功能，永久性固定设计使其与气瓶的瓶身连接更稳固。
86.3、由于内盖21与外圈22可拆分的设计可以实现内胆1与内盖21、外圈22分离生产，通过后续组装实现对内胆1瓶口牢固夹持安装，与焊接和嵌入注塑生产相比，生产工艺简单，可靠性高。
87.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。