本發明涉及氫能安全，具體涉及一種基于氣溶膠擴散特性的氫氣泄露監測裝置及方法。

背景技術：

1、氫氣作為一種清潔、高效的能源，具有高能量密度和無碳排放的優點，在儲能、燃料電池汽車和工業生產等領域中具有廣闊的應用前景。然而，氫氣易燃易爆、透明無色且具有極強的擴散性，這些特點使得氫氣泄漏檢測和監測成為安全管理中的重要挑戰。

2、相關技術中，氫氣泄漏檢測主要基于氫氣傳感器進行直接檢測，這些方法主要存在以下不足：

3、(1)檢測靈敏度較低：氫氣傳感器對微量氫氣泄漏的檢測靈敏度較低，特別是在低濃度范圍內，無法及時發現泄漏情況；

4、(2)定位精度不高：現有技術難以準確定位氫氣泄漏源，尤其是在復雜環境中，氣體擴散路徑隨機性較高；

5、(3)響應時間較慢：氫氣擴散速度快，但現有監測系統對快速泄漏的響應時間較長，可能導致安全隱患擴大。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種基于氣溶膠擴散特性的氫氣泄露監測裝置及方法，以解決相關技術中氫氣泄露監測靈敏度較低、定位精度不高且響應時間較慢的問題。

2、第一方面，本發明提供了一種基于氣溶膠擴散特性的氫氣泄露監測裝置，包括：

3、監測艙，用于容納儲氫裝置，且所述監測艙的容積大于所述儲氫裝置的體積；

4、氣溶膠釋放裝置，用于向所述監測艙內釋放氣溶膠；

5、監測元件，用于監測所述監測艙內的氣溶膠擾動情況，并基于所述氣溶膠擾動情況確定所述監測艙內是否發生氫氣泄露。

6、在一種可選的實施方式中，所述監測元件包括：

7、激光發生器，用于向所述監測艙內發射激光；

8、激光散射圖像捕捉器，用于捕捉所述監測艙內氣溶膠的激光散射圖像。

9、在一種可選的實施方式中，所述監測元件還包括：

10、控制器，與所述激光散射圖像捕捉器相連，用于接收所述激光散射圖像捕捉器捕捉到的實時激光散射圖像，并將所述實時激光散射圖像與基準激光散射圖像進行比對，以根據比對結果確定所述監測艙內是否發生氫氣泄露；

11、其中，所述基準激光散射圖像為所述監測艙內未發生氫氣泄露時捕捉到的氣溶膠激光散射圖像；

12、可選地，所述控制器還用于根據所述比對結果確定所述監測艙內的氫氣泄露位置。

13、在一種可選的實施方式中，所述監測元件還包括：

14、氫氣濃度傳感器，與所述控制器連接，用于檢測所述監測艙內的氫氣濃度；

15、所述控制器還用于接收所述氫氣濃度傳感器檢測到的實時氫氣濃度，并根據所述比對結果以及所述實時氫氣濃度，確定所述監測艙內的氫氣泄露等級。

16、在一種可選的實施方式中，所述監測元件還包括：

17、報警器，與所述控制器連接；

18、所述控制器還用于根據所述監測艙內的氫氣泄露等級，確定報警類型，并基于所述報警類型控制所述報警器發出報警信號。

19、在一種可選的實施方式中，所述監測艙頂部設置有排氫通道，所述氫氣泄露監測裝置還包括：

20、排氫裝置，與所述控制器連接，設置在所述監測艙內的底部；

21、所述控制器還用于根據所述監測艙內的氫氣泄露等級，控制所述排氫裝置啟動以排出所述監測艙內泄露的氫氣。

22、在一種可選的實施方式中，所述氫氣泄露監測裝置還包括：

23、電磁閥，與所述控制器連接，設置在所述儲氫裝置的出口處；

24、所述控制器還用于根據所述監測艙內的氫氣泄露等級，控制所述電磁閥開啟或關閉。

25、在一種可選的實施方式中，所述氫氣泄露監測裝置還包括儲水箱，設置在所述監測艙的上方，且所述儲水箱與所述監測艙之間存在空腔；

26、可選地，所述激光發生器、所述激光散射圖像捕捉器、所述控制器設置在所述儲水箱與所述監測艙之間的空腔內；

27、可選地，所述氣溶膠釋放裝置設置在所述監測艙內的頂部；

28、可選地，所述氫氣濃度傳感器與所述報警器設置在所述儲水箱上表面。

29、第二方面，本發明提供了一種基于氣溶膠擴散特性的氫氣泄露監測方法，包括如下步驟：

30、(1)在儲氫裝置周圍布置氣溶膠云，并向所述氣溶膠云發射激光；

31、(2)捕捉所述氣溶膠云的實時激光散射圖像；

32、(3)將所述實時激光散射圖像與基準激光散射圖像進行比對，并根據比對結果確定所述儲氫裝置是否發生氫氣泄露；

33、其中，所述基準激光散射圖像為所述儲氫裝置未發生氫氣泄露時捕捉到的氣溶膠云激光散射圖像。

34、在一種可選的實施方式中，所述氫氣泄露監測方法還包括：

35、在確定所述儲氫裝置發生氫氣泄露的情況下，根據所述比對結果確定所述儲氫裝置的氫氣泄露位置。

36、本發明的上述技術方案至少具有如下有益效果：

37、(1)本發明提供的氫氣泄露監測裝置，包括監測艙、氣溶膠釋放裝置和監測元件，氣溶膠釋放裝置能夠向監測艙內釋放氣溶膠并形成穩定懸浮的氣溶膠云，監測元件能夠監測監測艙內的氣溶膠云擾動情況。當位于監測艙內的儲氫裝置發生氫氣泄露時，泄露的氫氣射流會擾動氣溶膠云并被監測元件監測到，進而實現氫氣泄露的實時監測；同時，通過監測氣溶膠云的微擾動，可實現對微量氫氣泄露的早期檢測，進而能夠極大地提升氫氣泄露監測的靈敏度和及時性。

38、(2)本發明提供的氫氣泄露監測裝置，監測元件包括激光發生器和激光散射圖像捕捉器，二者配合能夠通過激光散射圖像直觀反映監測艙內氣溶膠的擾動情況。當位于監測艙內的儲氫裝置發生氫氣泄露時，氫氣的高速射流擾動氣溶膠云，導致監測艙內的氣溶膠云激光散射圖像發生變化，通過肉眼觀察即可快速確定氫氣是否發生泄露，并精準定位氫氣泄漏后的泄露位點。

39、(3)本發明提供的氫氣泄露監測裝置，通過監測元件各部件的設置，配合排氫裝置以及電磁閥，成功實現了實時監測與自動控制模塊的結合，可在發生氫氣的高濃度泄露時快速關閉供氫通道，并及時清除聚集的氫氣，這能夠顯著降低事故風險，極大地提升儲氫裝置的安全性能。

40、(4)本發明提供的氫氣泄露監測裝置，氣溶膠云由水基液體生成，運行成本低，并且適用于不同尺寸和形狀的儲氫裝置，具有高適應性。

技術特征：

1.一種基于氣溶膠擴散特性的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，所述監測元件包括：

3.根據權利要求2所述的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，所述監測元件還包括：

4.根據權利要求3所述的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，所述監測元件還包括：

5.根據權利要求4所述的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，所述監測元件還包括：

6.根據權利要求4所述的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，所述監測艙頂部設置有排氫通道，所述氫氣泄露監測裝置還包括：

7.根據權利要求4所述的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，所述氫氣泄露監測裝置還包括：

8.根據權利要求5至7中任一項所述的氫氣泄露監測裝置，其特征在于，所述氫氣泄露監測裝置還包括儲水箱，設置在所述監測艙的上方，且所述儲水箱與所述監測艙之間存在空腔；

9.一種基于氣溶膠擴散特性的氫氣泄露監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.根據權利要求9所述的氫氣泄露監測方法，其特征在于，所述氫氣泄露監測方法還包括：

技術總結
本發明涉及氫能安全技術領域，公開了一種基于氣溶膠擴散特性的氫氣泄露監測裝置及方法。本發明提供的氫氣泄露監測裝置，包括監測艙、氣溶膠釋放裝置和監測元件，氣溶膠釋放裝置能夠向監測艙內釋放氣溶膠并形成穩定懸浮的氣溶膠云，監測元件能夠監測監測艙內的氣溶膠云擾動情況。當位于監測艙內的儲氫裝置發生氫氣泄露時，泄露的氫氣射流會擾動氣溶膠云并被監測元件監測到，進而實現氫氣泄露的實時監測；同時，通過監測氣溶膠云的微擾動，可實現對微量氫氣泄露的早期檢測，進而能夠極大地提升氫氣泄露監測的靈敏度和及時性。

技術研發人員：劉東,于清顯,程永攀,張海
受保護的技術使用者：華北電力大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28