一种气压驱动的双向质量法液氢流量标准装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气压驱动的双向质量法液氢流量标准装置。低温高压氦气源经过预冷系统后，一路连接供应液氢罐，一路通过回收管路连接标准液氢罐。所述供应液氢罐和标准液氢罐均设有氦气扩散器、液氢扩散器和储罐加注口；供应液氢罐通过管路连接气液分离器、被检流量计，再与标准液氢罐相连；所述标准液氢罐放置于高精度称重单元上方。本发明专利技术采用高压氦气源驱动液氢流动，可准确调节并提供小流量范围的标准流量，液氢损耗非常小，稳定性高，安全性高；进行逆向质量法气压驱动检定时，可减少附加管容的影响；采用液氢加液枪、快插接口，使标准液氢罐与管路系统快速脱离、独立于高精度称重单元之上，提高了测量效率和精度。提高了测量效率和精度。提高了测量效率和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种气压驱动的双向质量法液氢流量标准装置


[0001]本专利技术属于氢能计量
，具体涉及用于实流检定或校准液氢流量计的一种气压驱动的双向质量法液氢标准流量生成方法及其装置。

技术介绍

[0002]氢是一种清洁、高效、零碳的能源载体，来源多样，在供热、交通、工业以及发电等领域发挥燃料和原料的作用，同时也是实现电力、热力、液体燃料等各能源品种之间转化的重要媒介。氢能技术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，是满足未来生态可再生能源需求的关键方案。
[0003]氢能产业链中的氢主要有高压气氢和低温液氢两种状态。液氢的体积能量密度远大于高压气氢，在规模化发展氢能产业的储存、运输方面具有明显优势。因此，液氢未来在民航、海运和城市公共交通运输方面的潜力巨大，是未来氢能大规模产业化的突破口，这也是液氢一开始就作为航空火箭推进剂燃料的主要原因。
[0004]在液氢的制备、储运、应用和贸易结算等关键环节，液氢流量测量的准确与否至关重要，直接关系到全产业链的生产安全、顺畅运转和贸易公平。准确可靠的液氢流量计及其流量检定系统是保证液氢流量计量合法性的两大关键要素。目前氢能产业的研究主要集中在制氢、储氢、输氢等氢能装备的产品研制以及燃料电池技术等，而对氢产品性能测试和质量检验等方面的关注较少，缺乏成熟的氢能装备性能检测和试验方法、标准以及基础设施。液氢流量标准装置是检定和校准液氢流量计的核心装备，是液氢流量溯源链上的关键一环。由于液氢是深冷的低密度、低粘度流体，采用常温流体或者液氮等低温替代流体对液氢流量计进行检定时，会存在不可忽略的误差，特别是在小流量范围内。同时，如何确保液氢在流动过程中的状态稳定避免发生气化也是液氢流量标准装置面临的严峻挑战。因此，通过自主创新，建立能够实现液氢实流检定和校准的液氢流量标准装置以支撑氢能产业链的健康快速发展显得尤为必要和迫切。

技术实现思路

[0005]针对深冷液氢流量计实流检定和校准急需生成的液氢标准流量问题，本专利技术提出了一种气压驱动的双向质量法液氢标准流量生成方法及装置。
[0006]为了实现上述目的，实现液氢标准流量的连续发生及可控，本专利技术气压驱动的双向质量法液氢流量标准装置包括低温高压氦气源、预冷系统、供应液氢罐、标准液氢罐、高精度称重单元、液氢加液枪、被检流量计、回收管路、气液分离器以及管路上设置的精密减压阀、温度计、压力表、安全阀、截止阀、快插接头和声光报警器。
[0007]所述低温高压氦气源的出口经过精密减压阀、预冷系统后分两个支路，第一支路连接供应液氢罐，第二支路通过回收管路连接标准液氢罐，所述回收管路上设置有快插接头。
[0008]所述供应液氢罐的罐体设有第一氦气扩散器、第一液氢扩散器和第二液氢扩散
器，所述标准液氢罐的罐体设有第二氦气扩散器、第三液氢扩散器和第四液氢扩散器，以降低均布速度，避免进出储罐的流动引起罐内过大的压力和液面波动，从而诱发安全隐患。所述第一液氢扩散器通过管路连接气液分离器的进口，气液分离器的出口与被检流量计进口连接，被检流量计出口与标准液氢罐相连，标准液氢罐放置于高精度称重单元上方。
[0009]所述供应液氢罐和标准液氢罐上均设有储罐加注口。所述供应液氢罐、标准液氢罐与液氢管路的离合机构采用液氢加液枪配合储罐加注口的形式，液氢加液枪采用手动加液，或通过气动导轨或电机直线导轨、机械臂等进行驱动加液。
[0010]进一步说，所述的供应液氢罐、标准液氢罐外围采用真空套的绝热结构，降低气流的对流传热和热传导，同时在冷端(内)罐体加设高反射低吸收的绝热层，而在常温端罐体壁面布置低反射高吸收的表面材料，大幅降低辐射换热，抑制液氢气化。
[0011]进一步说，所述供应液氢罐、标准液氢罐的真空套和罐体内部都配有温度计和压力计进行实时安全监测，并都配有安全阀来确保绝热失效等紧急情况下的系统安全，避免管路和储氢罐内压力过高。
[0012]进一步说，所述低温高压氦气源可以为高压气瓶或其它形式储罐配合压缩机组成，标准流量大小通过精密减压阀进行控制。
[0013]进一步说，所述高压氦气在预冷系统中预冷至液氢温度再与液氢接触，避免液氢气化；预冷系统可以为单独的低温制冷机或液氮和液氢等低温流体构建的预冷槽构成。
[0014]进一步说，所述预冷系统、被检流量计的上下游直管段，均设置有温度计和压力计，用于对管路流体进行实时测量，为标准流量修正和不确定度评定提供依据。
[0015]进一步说，所述高精度称重单元对标准液氢罐进行测量之前，第二液氢加液枪和回收管路都预先截断后与标准液氢罐快速脱离，避免对测量结果产生影响。
[0016]进一步说，所述气液分离器设置于被检流量计的上游，用于去除液氢流动过程中气化的氢气，确保液氢的液相状态和流动稳定。
[0017]进一步说，所述液氢流量标准装置所有的传感信号和流量信号，通过统一的软件平台进行接收、存储和运算，生成检定技术报告的同时，对系统整体的功能进行实时监测和安全预警。
[0018]该流量标准装置检定流量计小流量状态时，采用一个具有预冷系统的低温高压氦气源，经精密减压阀调控，驱动供应液氢罐内的液氢流经装有被检流量计的测试段，再流入标准液氢罐中。当开始检定时，以打开低温高压氦气源作为开始计时点，高压氦气在经过绝热预冷槽之后进入第一氦气扩散器流入供应液氢罐体内部，驱动供应液氢罐里液氢的流出，流入至被检流量计中。流经被检流量计的液氢稳定向高精度称重单元上的标准液氢罐持续加液。直至通过关闭高压氦气，控制实验中液氢停止流动，此时拔出第二液氢加液枪，作为停止计时点。该系统满足测试管路上被检流量计的检定校准需要，所述标准液氢流量由高精度称重单元加液前后的质量差和加液时间算得，从而产生一个液氢的标准累积流量。所述液氢标准累积流量Q
Β
由标准液氢罐加液前后的质量差Δm
Β
和加液时间Δt算得，即再将液氢标准累积流量Q
Β
与被检流量计所显示的值进行比较分析，实现被检流量计的校准。
[0019]该流量标准装置还可采用另一种逆向检定方式：检定前，先向标准液氢罐充装一
定体积的液氢，检定开始后，由高压氦气源向标准液氢罐加压，排出标准液氢罐中的液氢，排出的液氢经过被检流量计。液氢标准累积流量Q
Β
由标准液氢罐在检定时间前后的质量差确定。通过这种方式，以减少附加管容的影响。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
[0021]1、本专利技术采用高压氦气源驱动液氢流量流动，可以通过高压低温氦气进行准确调节，提供的小流量范围内的标准流量稳定性高，且相比于液氢泵的驱动方式成本更低。
[0022]2、在进行逆向质量法气压驱动检定方式时，标准液氢罐中的液氢经高压氦气源加压后，排出液氢流经被检流量计，以计算出液氢标准累积流量Q
Β
，通过这种方式，可以减少附加管容对测量结果的影响。
[0023]3、本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气压驱动的双向质量法液氢流量标准装置，包括低温高压氦气源、预冷系统、供应液氢罐、标准液氢罐、高精度称重单元、液氢加液枪、被检流量计和回收管路，其特征在于：所述低温高压氦气源的出口经过预冷系统后分为两个支路，第一支路连接供应液氢罐，第二支路通过回收管路连接标准液氢罐；所述供应液氢罐内设有第一氦气扩散器、第一液氢扩散器和第二液氢扩散器，所述标准液氢罐的罐体设有第二氦气扩散器、第三液氢扩散器和第四液氢扩散器；所述第一液氢扩散器通过管路与被检流量计进口连接，被检流量计出口与标准液氢罐相连，标准液氢罐放置于高精度称重单元上方；所述供应液氢罐和标准液氢罐上均设有储罐加注口，通过液氢加液枪对供应液氢罐和标准液氢罐注入液氢；该流量标准装置检定流量计小流量状态时，采用一个具有预冷系统的低温高压氦气源，经精密减压阀调控，驱动供应液氢罐内的液氢流经装有被检流量计的测试段，再流入标准液氢罐中；当开始检定时，以打开低温高压氦气源作为开始计时点，预冷后的高压氦气进入第一氦气扩散器流入供应液氢罐体内部，驱动供应液氢罐里液氢的流出，流入至被检流量计中；流经被检流量计的液氢稳定向高精度称重单元上的标准液氢罐持续加液，直至通过关闭高压氦气，控制实验中液氢停止流动，此时拔出第二液氢加液枪，作为停止计时点；其中标准液氢流量由高精度称重单元加液前后的质量差和加液时间算得，从而产生一个液氢标准累积流量；所述液氢标准累积流量Q
Β
由标准液氢罐加液前后的质量差Δm
Β
和加液时间Δt算得；再将液氢标准累积流量Q
Β
与被检流量计所显示的值进行比较分析，实现被检流量计的校准。2.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强峰，孙士恩，汤敏华，许好好，宋玉彩，吴舒琴，李想，李军海，凃程旭，包福兵，卓银杰，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司中国计量大学，
类型：发明
国别省市：