一种紧凑型加氢机流量现场检定装置

1.本发明属于计量检定和能源技术领域，具体涉及一种紧凑型加氢机流量现场检定装置。


背景技术：

2.在各种低碳能源中，氢能从开发到利用全过程可实现零排放、零污染，并具有能量密度大、转化效率高等特点。同时，通过氢能可以更经济地实现电能或热能的长周期、大规模存储，解决弃风、弃光、弃水问题。氢能有望替代煤炭、石油等化石燃料，成为供热、交通、发电等领域的燃料，以及电力、热力、液体燃料等各能源品种之间转化的重要媒介。
3.在氢能的诸多应用中，最具有代表性的是氢燃料电池汽车技术。相较于传统的燃油汽车，氢能汽车对环境更为友好；而与当前的纯电动锂电池汽车相比，氢能汽车具有加注时间短、续航里程长等优点。同时，由于氢气泄漏时会快速扩散到大气中，即便燃烧时也不产生热的灰烬，辐射热量低，所以在安全性上，氢燃料电池汽车也具有其独特的优势。目前，随着燃料电池技术的发展，氢能汽车的马力和续航能力已非常接近燃油汽车，是未来交通运输的主要发展方向。
4.加氢站，作为给氢燃料电池汽车充装氢燃料的基础设施，是发展氢燃料电池汽车产业的前提。在加氢站的主要设备中，加氢机作为对储氢瓶直接充装氢气的专用设备，是实现氢能计量精准与计价公平的关键。目前，虽然我国已有相关标准（gb/t 31138-2014等）对加氢机的计量精度与规范做了相应规定，但现有的加氢机检定装置复杂且不便于移动检定，我国在加氢机的现场检定和移动检定方面仍是空白，缺少相关检定装置与检定规程。


技术实现要素：

5.针对上述国内加氢机的现场检定技术的不足，本发明提出一种适用于高压氢气的紧凑型加氢机流量现场检定装置，保证氢加注贸易交接环节的计量准确，并为氢能产业的大规模发展做好铺垫。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种紧凑型加氢机流量现场检定装置，包括密闭环境箱、注气系统、排气系统、容器离合系统、精密称重系统、储氢罐升降系统与集成控制器。
7.注气系统、排气系统、容器离合系统、精密称重系统、储氢罐升降系统安装于密闭环境箱内，集成控制器嵌入在密闭环境箱外壳上；密闭环境箱为其他系统模块提供一个稳定的工作环境，减小外界环境因素对装置各系统的影响。注气系统与排气系统通过容器离合系统与储氢罐升降系统的储氢罐相连；当储氢罐升降系统升起时，储氢罐悬吊于储氢罐升降系统上，与精密称重系统分离；当储氢罐升降系统降下时，储氢罐与储氢罐升降系统分离，搁置于精密称重系统上。
8.在对加氢机进行现场检定时，容器离合系统使得注气系统与储氢罐连接，氢气经过注气系统进入储氢罐，当储氢罐中氢气达到设定增量时，注气系统与储氢罐断开，储氢罐
升降系统启动，将储氢罐搁置在精密称重系统上进行称重。当称重结束后，储氢罐升降系统将储氢罐升起，容器离合系统启动，排气系统与储氢罐连接，氢气经排气系统排出。密闭环境箱、注气系统、排气系统、容器离合系统、精密称重系统、储氢罐升降系统通过电路与集成控制器连接，通过集成控制器实现对各个系统模块的实时监测及操控。
9.进一步说，所述密闭环境箱由箱体、温湿度传感器、加湿器和空气加热器组成，利用集成控制器、温湿度传感器、加湿器、空气加热器组成的负反馈系统实现密闭环境箱内的温湿度恒定。
10.进一步说，所述注气系统由氢气注气管路、注气管路单向阀、可调压力控制器、温度和压力传感器串联组成。注气系统的容器、管道、阀门等部件的材料均选用不易氢脆、强度和刚度高且密度小的碳纤维复合材料缠绕合金壁面，以增加系统管路的稳定可靠性及安全性。
11.进一步说，所述排气系统由氢气排气管路、高压减压阀、阻火器和排气管路单向阀串联组成。排气系统的容器、管道、阀门等部件的材料均选用不易氢脆、强度和刚度高且密度小的碳纤维复合材料缠绕合金壁面，以增加系统管路的稳定可靠性及安全性。
12.进一步说，所述容器离合系统由快速插拔接口公头、快速插拔接口母头、第二直线导轨和换向阀组成。快速插拔接口公头连接换向阀，安装于第二直线导轨上，快速插拔接口母头安装于储氢罐的接口。换向阀的两头分别与注气系统和排气系统的管路连接。在储氢罐进气或排气前，第二直线导轨带动快速插拔接口公头插入快速插拔接口母头并将其抱死，通过集成控制器控制换向阀，实现储氢罐与注气系统或排气系统管路联通。在称量前，快速插拔接口母头松开快速插拔接口公头，第二直线导轨运动带动快速插拔接口公头离开快速插拔接口母头，实现储氢罐与氢气管路的自动脱开。
13.进一步说，所述储氢罐升降系统由储氢罐、第一直线导轨和储氢罐支架，储氢罐支架可沿第一直线导轨上下移动，储氢罐设置在储氢罐支架上；通过集成控制器控制储氢罐支架升降，控制储氢罐与精密称重系统的分离和结合。在运输过程中，通过储氢罐升降系统将储氢罐与精密称重系统隔离，从而保证精密称重系统的长期稳定与准确。储氢罐使用高压储氢罐，实现支持70mpa高压氢气的流量检定。
14.进一步说，所述精密称重系统由称量支架、精密电子天平和气浮隔振台组成，精密电子天平和称量支架安装在气浮隔振台上，以减小称重过程中外界振动对称重进度的影响。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过称重法直接检定加氢机加注气体质量，与加氢机的计量方式直接对应，用该方法就能对氢气质量直接溯源，其检定校准结果相对更为可靠。
16.本发明设有传感与自动控制反馈系统，具有良好的环境适应性，同时实现可移动性的加氢机现场检定。
17.本发明通过储氢罐升降系统，使储氢罐与精密称量系统在运输时脱离，精密称量系统在空闲时不受力，有利于保持长期精确稳定测量。
18.本发明通过特种材料与结构设计，实现支持70mpa高压氢气的流量检定。
19.本发明面向氢能产业对加氢机现场检定的迫切需求，可实现70mpa高压氢气流量检定，同时兼具高准确度与可移动性，从而为加氢机的定期检定提供条件，保障加氢站氢能
贸易交接的准确可靠。
附图说明
20.图1为本发明的紧凑型加氢机流量现场检定装置的整体结构示意图。
21.图2为本发明的紧凑型加氢机流量现场检定装置空闲状态的示意图。
22.图3为本发明的紧凑型加氢机流量现场检定装置注气状态的示意图。
23.图4为本发明的紧凑型加氢机流量现场检定装置称量状态的示意图。
24.图5为本发明的紧凑型加氢机流量现场检定装置排气状态的示意图。
25.图中，1-集成控制器，2-储氢罐，3-第一直线导轨，4-称量支架，5-精密电子天平，6-气浮隔振台，7-换向阀，8-氢气注气管路，9-注气管路单向阀，10-可调压力控制器，11-温度和压力传感器，12-快速插拔接口公头，13-快速插拔接口母头，14-第二直线导轨，15-高压减压阀，16-阻火器，17-氢气排气管路，18-排气管路单向阀，19-储氢罐支架，20-加湿器，21-空气加热器，22-温湿度传感器。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.本发明的紧凑型加氢机流量现场检定装置，包括密闭环境箱、注气系统、排气系统、容器离合系统、精密称重系统、储氢罐升降系统与集成控制器。
28.所述注气系统、排气系统、容器离合系统、精密称重系统、储氢罐升降系统安装于所述密闭环境箱内，所述集成控制器嵌入在密闭环境箱外壳上。所述密闭环境箱为其他系统模块提供一个稳定的工作环境，减小外界环境因素对装置各系统的影响。注气系统与排气系统通过容器离合系统，与储氢罐升降系统的储氢罐相连；当储氢罐升降系统升起时，储氢罐悬吊于储氢罐升降系统上，与精密称重系统分离；当储氢罐升降系统降下时，储氢罐与储氢罐升降系统分离，搁置于精密称重系统上。
29.在对加氢机进行现场检定时，容器离合系统使得注气系统与储氢罐连接，氢气经过注气系统进入储氢罐，当储氢罐中氢气达到设定增量时，注气系统与储氢罐断开，储氢罐升降系统启动，将储氢罐搁置在精密称重系统上进行称重。当称重结束后，储氢罐升降系统将储氢罐升起，容器离合系统启动，排气系统与储氢罐连接，氢气经排气系统排出。
30.所述密闭环境箱、注气系统、排气系统、容器离合系统、精密称重系统、储氢罐升降系统通过电路与集成控制器连接，通过集成控制器实现对上述各个系统模块的实时监测及操控。
实施例
31.参照图1-5，本实施例提供了一种紧凑型加氢机流量现场检定装置，实现加氢机的现场检定。
32.一种紧凑型加氢机流量现场检定装置，包括密闭环境箱、注气系统、排气系统、容器离合系统、精密称重系统、储氢罐升降系统与集成控制器1。
33.所述密闭环境箱由箱体、加湿器20、空气加热器21和温湿度传感器22组成，利用集
成控制器1、加湿器20，空气加热器21、温湿度传感器22组成的负反馈系统，实现密闭环境箱内的温湿度恒定。为其他系统模块提供一个稳定的工作环境，减小外界环境因素对装置各系统的影响。
34.所述注气系统由氢气注气管路8、注气管路单向阀9、可调压力控制器10、温度和压力传感器11组成。注气管路单向阀9、可调压力控制器10、温度和压力传感器11顺序串联在氢气注气管路8上。注气系统的进口与外界加氢机相连，氢气依次经过注气管路单向阀9、可调压力控制器10、温度和压力传感器11；出口与容器离合系统的换向阀7一端相连，氢气经过容器离合系统进入储氢罐2。注气系统的容器、管道、阀门等部件的材料均选用不易氢脆、强度和刚度高且密度小的碳纤维复合材料缠绕合金壁面，以增加系统管路的稳定可靠性及安全性。
35.所述排气系统由氢气排气管路17、高压减压阀15、阻火器16和排气管路单向阀18组成。高压减压阀15、阻火器16和排气管路单向阀18顺序串联在氢气排气管路17上。排气系统的进口与容器离合系统的换向阀7另一端相连，氢气通过容器离合系统从储氢罐2中排出，并依次经过高压减压阀15、阻火器16和排气管路单向阀18，最终排出到外界。排气系统的容器、管道、阀门等部件的材料均选用不易氢脆、强度和刚度高且密度小的碳纤维复合材料缠绕合金壁面，以增加系统管路的稳定可靠性及安全性。
36.所述容器离合系统由快速插拔接口公头12、快速插拔接口母头13、第二直线导轨14和换向阀7组成。快速插拔接口公头12连接换向阀7，安装于第二直线导轨14上，快速插拔接口母头13安装于储氢罐2的接口。换向阀7的两头分别与氢气注气管路8和氢气排气管路17连接。在储氢罐2进气或排气前，集成控制器1控制第二直线导轨14带动快速插拔接口公头12插入快速插拔接口母头13并将其抱死；集成控制器1控制换向阀7，实现储氢罐2与注气系统或排气系统管路的交替联通。在称量前，快速插拔接口母头13松开快速插拔接口公头12，第二直线导轨14带动快速插拔接口公头12离开快速插拔接口母头13，实现储氢罐2与氢气注气管路8或氢气排气管路9的自动脱开。
37.所述储氢罐升降系统由储氢罐2、第一直线导轨3和储氢罐支架19组成。储氢罐2选择可以储存高压氢气的储氢罐，搁置在储氢罐支架19上，通过集成控制器1控制储氢罐支架19的升降，控制储氢罐2与精密称重系统的分离和结合。在运输过程中，通过储氢罐升降系统，需将储氢罐2与精密电子天平5隔离，从而保证精密电子天平5的长期稳定与准确。
38.所述精密称重系统由称量支架4、精密电子天平5和气浮隔振台6组成，精密电子天平5和称量支架4依次安装在气浮隔振台6上，以减小称重过程中外界振动对称重的影响。
39.所述集成控制器1，与第一直线导轨3电气连接，控制储氢罐2的升降；与换向阀7电气连接，控制氢气注气管路8或氢气排气管路17的导通；与注气管路单向阀9、可调压力控制器10、温度和压力传感器11电气连接，控制氢气注入；与排气管路单向阀18电气连接，控制氢气排出；与第二直线导轨14电气连接，控制注气系统或排气系统与储氢罐的连接和脱离；与加湿器20、空气加热器21、温湿度传感器22电气连接，控制密闭环境箱内环境稳定。
40.对加氢机进行现场检定时，其工作原理如图2-5所示。
41.通过氢气注气管路8依次连接注气管路单向阀9、可调压力控制器10和温度和压力传感器11，并连接至换向阀7的一端；换向阀7的另一端通过氢气排气管路17依次连接高压减压阀15、阻火器16和排气管路单向阀18。快速插拔接口公头12连接换向阀7，安装于第二
直线导轨14上，快速插拔接口母头13安装于储氢罐2的接口。储氢罐2安装于第一直线导轨3上，由储氢罐支架19支撑。精密电子天平5和称量支架4安装在气浮隔振台6上。温湿度由加湿器20、空气加热器21和温湿度传感器22安装于密闭环境箱内，集成控制器1嵌入在密闭环境箱外壳上。装置空闲时，储氢罐升降系统与精密称量系统处于分离状态。快速插拔接口公头12和快速插拔接口母头13处于分离状态，如图2所示。
42.在准备对加氢机进行检定时，集成控制器1控制第二直线导轨14运动，带动安装在第二直线导轨14上的快速插拔接口公头12与安装在储氢罐2上的快速插拔接口母头13结合抱死。然后集成控制器1控制换向阀7与氢气注气管路8之间导通。之后集成控制器1控制注气管路单向阀9和可调压力控制器10打开，氢气从外界加氢机注入，经过可调压力控制器10进入储氢罐。通过注气管路单向阀9控制氢气单向流动，防止氢气回流。通过温度和压力传感器11监测管道内的温度及压力。如图3所示。
43.当储氢罐内氢气达到设定注入量后，可调压力控制器10关闭，快速插拔接口母头13松开，第二直线导轨14带动快速插拔接口公头12离开，储氢罐2与氢气注气管路8脱开。当储氢罐2和氢气注气管路完全脱开后，第一直线导轨3带动储氢罐支架19和储氢罐2向下运动，储氢罐2被搁置在精密电子天平5上的称量支架4上进行称重。如图4所示。
44.称重结束后，第一直线导轨3带动储氢罐2向上运动，储氢罐2被重新抬起，第二直线导轨14带动快速插拔接口公头12重新和快速插拔接口母头13结合，集成控制器1控制换向阀7与氢气排气管路17连通，集成控制器控制排气管路单向阀18打开，储氢罐2内的氢气经过高压减压阀15和阻火器16，从氢气排气管路17排出。通过排气管路单向阀18控制氢气单向流通，防止氧气混入，通过阻火器16防止氢气与氧气接触发生爆炸。如图5所示。待储氢罐2内的氢气完全排出后，第二直线导轨14再次带动快速插拔接口公头12与快速插拔接口母头13脱离，使排气系统与储氢罐2脱开，装置回到空闲状态。本发明通过直接称重实现对加氢机的现场检定。
45.在整个检定的过程中，密闭环境箱中的温湿度由加湿器20、空气加热器21、温湿度传感器22、集成控制器1组成的负反馈系统维持恒定，气浮隔振台6使精密电子天平5在运输和空闲过程中不受力，减小外界环境对检定过程的影响。