一种电解水制氢系统中的气体浓度检测器的制作方法

1.本发明涉及电解水制氢领域，具体涉及一种电解水制氢系统中的气体浓度检测器。


背景技术：

2.水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。为实现更具优势的绿色能源解决方案，关键是如何以更经济的方式从电解水中产生绿色氢气，同时保证极低甚至为零的碳排放量。电解水制氢是未来能源的重要组成部分。
3.现有技术在制备氢气时需要实时监测产生的氢气和氧气的浓度，同时对电解的电压、电流以及电解质的浓度等参数进行控制，以使得整个电解过程稳定安全。但是目前监测浓度的传感器监测精度不足，难以监测高精度的平均浓度。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种电解水制氢系统中的气体浓度检测器，包括氧浓度检测模块和氢浓度检测模块。
5.电解水制氢系统包括电解池、氧输出管路、氧浓度检测模块、氧气加压模块、氧气村内存储装置、氢输出管路、氢浓度检测模块、氢气加压模块和固态储氢装置；
6.氧输出管路依次设置连接氧浓度检测模块、氧气加压模块和氧气村内存储装置；氢输出管路依次设置连接氢浓度检测模块、氢气加压模块和固态储氢装置；
7.氧浓度检测模块包括氧检测池、氧滤水膜、氧吸水层、氧应力传感器、第一氧传感器和第二氧传感器；
8.氢浓度检测模块包括氢检测池、氢滤水膜、氢吸水层、氢应力传感器、第一氢传感器和第二氢传感器；
9.其中氧应力传感器、第一氧传感器和第二氧传感器连接至氧浓度分析模块，氢应力传感器、第一氢传感器和第二氢传感器连接至氢浓度分析模块；氧浓度分析模块和氢浓度分析模块连接至气体浓度分析处理器；气体浓度分析处理器连接数据存储器。
10.氧检测池为圆筒状，底部通过氧输出管路连接电解池，氧检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；
11.氧检测池内底部设置氧滤水膜，氧滤水膜将进入氧检测池内的水进行过滤，氧滤水膜上方设置氧吸水层，氧吸水层将穿过氧滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氧气可以通过；
12.氧吸水层上方设置氧应力传感器，氧应力传感器检测氧气的流动对氧应力传感器产生的影响，不同的氧气流速和流量产生的应力不同；
13.氧检测池内顶部设置第一氧传感器和第二氧传感器，第一氧传感器设置在氧检测池的边缘处，第二氧传感器设置在氧检测池内顶部的中央位置处。
14.氢检测池为圆筒状，底部通过氢输出管路连接电解池，氢检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；
15.氢检测池内底部设置氢滤水膜，氢滤水膜将进入氢检测池内的水进行过滤，氢滤水膜上方设置氢吸水层，氢吸水层将穿过氢滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氢气可以通过；
16.氢吸水层上方设置氢应力传感器，氢应力传感器检测氢气的流动对氢应力传感器产生的影响，不同的氢气流速和流量产生的应力不同；
17.氢检测池内顶部设置第一氢传感器和第二氢传感器，第一氢传感器设置在氢检测池的边缘处，第二氢传感器设置在氢检测池内顶部的中央位置处。
18.氧滤水膜和氢滤水膜为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜10％。
19.氧吸水层和氢吸水层为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧吸水层和氢吸水层的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜5％。
20.氧应力传感器为长条形，长度贯穿整个氧检测池的直径，能够检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氧应力传感器检测氧应力值fo(t)；fo(t)表达了氧应力传感器的数值随时间的变化；
21.第一氧传感器和第二氧传感器对其所在位置的氧气浓度进行检测，得到检测值为c
o1
(t)和c
o2
(t)；c
o1
(t)和c
o2
(t)第一氧传感器和第二氧传感器的数值随时间的变化；
22.氢应力传感器为长条形，长度贯穿整个氢检测池的直径，能够检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氢应力传感器检测氢应力值fh(t)；fh(t)表达了氢应力传感器的数值随时间的变化；
23.第一氢传感器和第二氢传感器对其所在位置的氢气浓度进行检测，得到检测值为c
h1
(t)和c
h2
(t)；c
h1
(t)和c
h2
(t)第一氢传感器和第二氢传感器的数值随时间的变化。
24.一种电解水制氢系统中的气体浓度检测方法，使用所述的气体浓度检测器，包括如下步骤：
25.步骤1、启动电解池，电解池内的水在电极作用下分解成氢气和氧气，氢气和氧气顺着氧输出管路和氢输出管路流出至氧浓度检测模块和氢浓度检测模块；
26.步骤2、氧检测池和氢检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；
27.步骤3、氧检测池内底部设置有氧滤水膜，氧滤水膜将进入氧检测池内的水进行过滤，氧滤水膜上方设置氧吸水层，氧吸水层将穿过氧滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氧气可以通过；
28.氢检测池内底部设置有氢滤水膜，氢滤水膜将进入氢检测池内的水进行过滤，氢滤水膜上方设置氢吸水层，氢吸水层将穿过氢滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氢气可以通过；
29.氧滤水膜和氢滤水膜为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流
速和边缘流速更加均匀，流速差＜10％。
30.氧吸水层和氢吸水层为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧吸水层和氢吸水层的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜5％。
31.步骤4、氧应力传感器检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氧应力传感器检测氧应力值fo(t)；fo(t)表达了氧应力传感器的数值随时间的变化；
32.第一氧传感器和第二氧传感器对其所在位置的氧气浓度进行检测，得到检测值为c
o1
(t)和c
o2
(t)；c
o1
(t)和c
o2
(t)第一氧传感器和第二氧传感器的数值随时间的变化；
33.氢应力传感器检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氢应力传感器检测氢应力值fh(t)；fh(t)表达了氢应力传感器的数值随时间的变化；
34.第一氢传感器和第二氢传感器对其所在位置的氢气浓度进行检测，得到检测值为c
h1
(t)和c
h2
(t)；c
h1
(t)和c
h2
(t)第一氢传感器和第二氢传感器的数值随时间的变化；
35.步骤5、fo(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)被氧浓度分析模块发送至气体浓度分析处理器进行分析，fh(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)被氢浓度分析模块发送至气体浓度分析处理器进行分析；
36.气体浓度分析处理器根据fo(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)计算氧气的平均浓度，根据fh(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)计算氢气的平均浓度。
37.气体浓度分析处理器得到的氧气浓度和氢气浓度被数据存储器存储。
38.氧气平均浓度c
o3
(t)的计算方法如下：
39.c
o3
(t)＝k1·
[fo(t)/f
o1
]
·co1
(t)+c
o2
(t)+k2·
f’o
(t)
·
k3·
c’o2
(t)
·co2
(t)；
[0040]
其中f
o1
为预设的标准应力值，f’o
(t)为fo(t)的导数，c’o2
(t)为c
o2
(t)的导数，k1为常系数，k2为f’o
(t)的系数，使得k2·
f’o
(t)结果为一常数，k3为c’o2
(t)的系数，使得k3·
c’o2
(t)为一常数；
[0041]
同时，氢气平均浓度c
h3
(t)的计算方法如下：
[0042]ch3
(t)＝k4·
[fh(t)/f
h1
]
·ch1
(t)+c
h2
(t)+k5·
f’h
(t)
·
k6·
c’h2
(t)
·ch2
(t)；
[0043]
其中f
h1
为预设的标准应力值，f’h
(t)为fh(t)的导数，c’h2
(t)为c
h2
(t)的导数，k4为常系数，k5为f’h
(t)的系数，使得k5·
f’h
(t)结果为一常数，k6为c’h2
(t)的系数，使得k6·
c’h2
(t)为一常数；
[0044]fo1
和f
h1
以及k1至k6的确定方式如下：
[0045]
在实验室中，于氧检测池和氢检测池内安装多个浓度传感器，同时向氧检测池和氢检测池内通入梯度浓度的气体，多个浓度传感器平均后的平均值得到c
o3
(t)和c
h3
(t)，实时检测fo(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)以及fh(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)，获取300组以上的数据，利用获取的数据进行曲线拟合，从而f
o1
和f
h1
以及k1至k6。
[0046]
本发明的有益效果为：
[0047]
本发明设置了设置于管路上的氧检测池和氢检测池对电解生成的氧气和氢气浓度进行检测，实现了气体浓度的实时检测；
[0048]
同时本发明检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；检测池内底部设置滤水膜，滤水膜将进入氧检测池内的水进行过滤，滤水膜上方设置吸水层，吸水层将穿过滤水膜的水蒸气进行吸收；
[0049]
滤水膜为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减
少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜10％。氧吸水层和氢吸水层为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧吸水层和氢吸水层的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜5％
[0050]
通过应力传感器和两个不同位置传感器的设置，使得在仅仅设置两个浓度传感器的情况下可以实现对整个检测池内的气体平均浓度的高精度检测，检测精度高，传感器设置的数量少，降低了计算的资源消耗，成本更低。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0052]
附图1为本发明的电解水制氢系统结构示意图；
[0053]
附图2为本发明氧检测池和氢检测池的结构示意图；
[0054]
附图3为本发明检测原理架构示意图。
[0055]
1氧检测池或氢检测池、2冷凝管、3电制冷器、4氧滤水膜或氢滤水膜、5氧吸水层或氢吸水层、6氧应力传感器或氢应力传感器、7第一氧传感器或第一氢传感器、8第二氧传感器或第氢氧传感器；其中氧检测池的结构和氢检测池的结构相同。
具体实施方式
[0056]
实施例1：
[0057]
参见图1-3，本发明提供一种一种电解水制氢系统中的气体浓度检测器，包括氧浓度检测模块和氢浓度检测模块。
[0058]
电解水制氢系统包括电解池、氧输出管路、氧浓度检测模块、氧气加压模块、氧气村内存储装置、氢输出管路、氢浓度检测模块、氢气加压模块和固态储氢装置；
[0059]
氧输出管路依次设置连接氧浓度检测模块、氧气加压模块和氧气村内存储装置；氢输出管路依次设置连接氢浓度检测模块、氢气加压模块和固态储氢装置；
[0060]
氧浓度检测模块包括氧检测池、氧滤水膜、氧吸水层、氧应力传感器、第一氧传感器和第二氧传感器；
[0061]
氢浓度检测模块包括氢检测池、氢滤水膜、氢吸水层、氢应力传感器、第一氢传感器和第二氢传感器；
[0062]
其中氧应力传感器、第一氧传感器和第二氧传感器连接至氧浓度分析模块，氢应力传感器、第一氢传感器和第二氢传感器连接至氢浓度分析模块；氧浓度分析模块和氢浓度分析模块连接至气体浓度分析处理器；气体浓度分析处理器连接数据存储器。
[0063]
氧检测池为圆筒状，底部通过氧输出管路连接电解池，氧检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；
[0064]
氧检测池内底部设置氧滤水膜，氧滤水膜将进入氧检测池内的水进行过滤，氧滤水膜上方设置氧吸水层，氧吸水层将穿过氧滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氧气可以
通过；
[0065]
氧吸水层上方设置氧应力传感器，氧应力传感器检测氧气的流动对氧应力传感器产生的影响，不同的氧气流速和流量产生的应力不同；
[0066]
氧检测池内顶部设置第一氧传感器和第二氧传感器，第一氧传感器设置在氧检测池的边缘处，第二氧传感器设置在氧检测池内顶部的中央位置处。
[0067]
氢检测池为圆筒状，底部通过氢输出管路连接电解池，氢检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；
[0068]
氢检测池内底部设置氢滤水膜，氢滤水膜将进入氢检测池内的水进行过滤，氢滤水膜上方设置氢吸水层，氢吸水层将穿过氢滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氢气可以通过；
[0069]
氢吸水层上方设置氢应力传感器，氢应力传感器检测氢气的流动对氢应力传感器产生的影响，不同的氢气流速和流量产生的应力不同；
[0070]
氢检测池内顶部设置第一氢传感器和第二氢传感器，第一氢传感器设置在氢检测池的边缘处，第二氢传感器设置在氢检测池内顶部的中央位置处。
[0071]
氧滤水膜和氢滤水膜为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜10％。
[0072]
氧吸水层和氢吸水层为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧吸水层和氢吸水层的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜5％。
[0073]
氧应力传感器为长条形，长度贯穿整个氧检测池的直径，能够检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氧应力传感器检测氧应力值fo(t)；fo(t)表达了氧应力传感器的数值随时间的变化；
[0074]
第一氧传感器和第二氧传感器对其所在位置的氧气浓度进行检测，得到检测值为c
o1
(t)和c
o2
(t)；c
o1
(t)和c
o2
(t)第一氧传感器和第二氧传感器的数值随时间的变化；
[0075]
氢应力传感器为长条形，长度贯穿整个氢检测池的直径，能够检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氢应力传感器检测氢应力值fh(t)；fh(t)表达了氢应力传感器的数值随时间的变化；
[0076]
第一氢传感器和第二氢传感器对其所在位置的氢气浓度进行检测，得到检测值为c
h1
(t)和c
h2
(t)；c
h1
(t)和c
h2
(t)第一氢传感器和第二氢传感器的数值随时间的变化。
[0077]
实施例2：
[0078]
一种电解水制氢系统中的气体浓度检测方法，使用所述的气体浓度检测器，包括如下步骤：
[0079]
步骤1、启动电解池，电解池内的水在电极作用下分解成氢气和氧气，氢气和氧气顺着氧输出管路和氢输出管路流出至氧浓度检测模块和氢浓度检测模块；
[0080]
步骤2、氧检测池和氢检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；
[0081]
步骤3、氧检测池内底部设置有氧滤水膜，氧滤水膜将进入氧检测池内的水进行过滤，氧滤水膜上方设置氧吸水层，氧吸水层将穿过氧滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氧
气可以通过；
[0082]
氢检测池内底部设置有氢滤水膜，氢滤水膜将进入氢检测池内的水进行过滤，氢滤水膜上方设置氢吸水层，氢吸水层将穿过氢滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氢气可以通过；
[0083]
氧滤水膜和氢滤水膜为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜10％。
[0084]
氧吸水层和氢吸水层为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧吸水层和氢吸水层的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜5％。
[0085]
步骤4、氧应力传感器检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氧应力传感器检测氧应力值fo(t)；fo(t)表达了氧应力传感器的数值随时间的变化；
[0086]
第一氧传感器和第二氧传感器对其所在位置的氧气浓度进行检测，得到检测值为c
o1
(t)和c
o2
(t)；c
o1
(t)和c
o2
(t)第一氧传感器和第二氧传感器的数值随时间的变化；
[0087]
氢应力传感器检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氢应力传感器检测氢应力值fh(t)；fh(t)表达了氢应力传感器的数值随时间的变化；
[0088]
第一氢传感器和第二氢传感器对其所在位置的氢气浓度进行检测，得到检测值为c
h1
(t)和c
h2
(t)；c
h1
(t)和c
h2
(t)第一氢传感器和第二氢传感器的数值随时间的变化；
[0089]
步骤5、fo(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)被氧浓度分析模块发送至气体浓度分析处理器进行分析，fh(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)被氢浓度分析模块发送至气体浓度分析处理器进行分析；
[0090]
气体浓度分析处理器根据fo(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)计算氧气的平均浓度，根据fh(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)计算氢气的平均浓度。
[0091]
气体浓度分析处理器得到的氧气浓度和氢气浓度被数据存储器存储。
[0092]
氧气平均浓度c
o3
(t)的计算方法如下：
[0093]co3
(t)＝k1·
[fo(t)/f
o1
]
·co1
(t)+c
o2
(t)+k2·
f’o
(t)
·
k3·
c’o2
(t)
·co2
(t)；
[0094]
其中f
o1
为预设的标准应力值，f’o
(t)为fo(t)的导数，c’o2
(t)为c
o2
(t)的导数，k1为常系数，k2为f’o
(t)的系数，使得k2·
f’o
(t)结果为一常数，k3为c’o2
(t)的系数，使得k3·
c’o2
(t)为一常数；
[0095]
同时，氢气平均浓度c
h3
(t)的计算方法如下：
[0096]ch3
(t)＝k4·
[fh(t)/f
h1
]
·ch1
(t)+c
h2
(t)+k5·
f’h
(t)
·
k6·
c’h2
(t)
·ch2
(t)；
[0097]
其中f
h1
为预设的标准应力值，f’h
(t)为fh(t)的导数，c’h2
(t)为c
h2
(t)的导数，k4为常系数，k5为f’h
(t)的系数，使得k5·
f’h
(t)结果为一常数，k6为c’h2
(t)的系数，使得k6·
c’h2
(t)为一常数；
[0098]fo1
和f
h1
以及k1至k6的确定方式如下：
[0099]
在实验室中，使用与实际工作时完全相同的氧检测池和氢检测池，于氧检测池和氢检测池内安装多个另外设置的浓度传感器，具体的每个检测池内浓度传感器数量应当大于20个，且均匀的布置在氧检测池和氢检测池内部，同时向氧检测池和氢检测池内通入梯度浓度的气体，多个浓度传感器平均后的平均值得到c
o3
(t)和c
h3
(t)，实时检测fo(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)以及fh(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)，获取300组以上的数据，利用获取的数据进行曲线
拟合，从而f
o1
和f
h1
以及k1至k6。
[0100]
至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
[0101]
提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
[0102]
在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。

技术特征：
1.一种电解水制氢系统中的气体浓度检测器，包括氧浓度检测模块和氢浓度检测模块，其特征在于：电解水制氢系统包括电解池、氧输出管路、氧浓度检测模块、氧气加压模块、氧气村内存储装置、氢输出管路、氢浓度检测模块、氢气加压模块和固态储氢装置；氧输出管路依次设置连接氧浓度检测模块、氧气加压模块和氧气村内存储装置；氢输出管路依次设置连接氢浓度检测模块、氢气加压模块和固态储氢装置；氧浓度检测模块包括氧检测池、氧滤水膜、氧吸水层、氧应力传感器、第一氧传感器和第二氧传感器；氢浓度检测模块包括氢检测池、氢滤水膜、氢吸水层、氢应力传感器、第一氢传感器和第二氢传感器；其中氧应力传感器、第一氧传感器和第二氧传感器连接至氧浓度分析模块，氢应力传感器、第一氢传感器和第二氢传感器连接至氢浓度分析模块；氧浓度分析模块和氢浓度分析模块连接至气体浓度分析处理器；气体浓度分析处理器连接数据存储器。2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统中的气体浓度检测器，其特征在于：氧检测池为圆筒状，底部通过氧输出管路连接电解池，氧检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；氧检测池内底部设置氧滤水膜，氧滤水膜将进入氧检测池内的水进行过滤，氧滤水膜上方设置氧吸水层，氧吸水层将穿过氧滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氧气可以通过；氧吸水层上方设置氧应力传感器，氧应力传感器检测氧气的流动对氧应力传感器产生的影响，不同的氧气流速和流量产生的应力不同；氧检测池内顶部设置第一氧传感器和第二氧传感器，第一氧传感器设置在氧检测池的边缘处，第二氧传感器设置在氧检测池内顶部的中央位置处。3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统中的气体浓度检测器，其特征在于：氢检测池为圆筒状，底部通过氢输出管路连接电解池，氢检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；氢检测池内底部设置氢滤水膜，氢滤水膜将进入氢检测池内的水进行过滤，氢滤水膜上方设置氢吸水层，氢吸水层将穿过氢滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氢气可以通过；氢吸水层上方设置氢应力传感器，氢应力传感器检测氢气的流动对氢应力传感器产生的影响，不同的氢气流速和流量产生的应力不同；氢检测池内顶部设置第一氢传感器和第二氢传感器，第一氢传感器设置在氢检测池的边缘处，第二氢传感器设置在氢检测池内顶部的中央位置处。4.根据权利要求3所述的电解水制氢系统中的气体浓度检测器，其特征在于：氧滤水膜和氢滤水膜为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜10％。5.根据权利要求4所述的电解水制氢系统中的气体浓度检测器，其特征在于：氧吸水层和氢吸水层为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧吸水层和氢吸水层的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜5％。
6.根据权利要求5所述的电解水制氢系统中的气体浓度检测器，其特征在于：氧应力传感器为长条形，长度贯穿整个氧检测池的直径，能够检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氧应力传感器检测氧应力值f
o
(t)；f
o
(t)表达了氧应力传感器的数值随时间的变化；第一氧传感器和第二氧传感器对其所在位置的氧气浓度进行检测，得到检测值为c
o1
(t)和c
o2
(t)；c
o1
(t)和c
o2
(t)第一氧传感器和第二氧传感器的数值随时间的变化；氢应力传感器为长条形，长度贯穿整个氢检测池的直径，能够检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氢应力传感器检测氢应力值f
h
(t)；f
h
(t)表达了氢应力传感器的数值随时间的变化；第一氢传感器和第二氢传感器对其所在位置的氢气浓度进行检测，得到检测值为c
h1
(t)和c
h2
(t)；c
h1
(t)和c
h2
(t)第一氢传感器和第二氢传感器的数值随时间的变化。7.一种电解水制氢系统中的气体浓度检测方法，使用权利要求6所述的气体浓度检测器，其特征在于包括如下步骤：步骤1、启动电解池，电解池内的水在电极作用下分解成氢气和氧气，氢气和氧气顺着氧输出管路和氢输出管路流出至氧浓度检测模块和氢浓度检测模块；步骤2、氧检测池和氢检测池的底部设置有冷凝管，冷凝管外部设置电制冷器，电制冷器对冷凝管进行冷却使得水蒸气冷凝回流；步骤3、氧检测池内底部设置有氧滤水膜，氧滤水膜将进入氧检测池内的水进行过滤，氧滤水膜上方设置氧吸水层，氧吸水层将穿过氧滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氧气可以通过；氢检测池内底部设置有氢滤水膜，氢滤水膜将进入氢检测池内的水进行过滤，氢滤水膜上方设置氢吸水层，氢吸水层将穿过氢滤水膜的水蒸气进行吸收，使得只有氢气可以通过；氧滤水膜和氢滤水膜为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜10％；氧吸水层和氢吸水层为圆盘形，且其密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧吸水层和氢吸水层的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，流速差＜5％；步骤4、氧应力传感器检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氧应力传感器检测氧应力值f
o
(t)；f
o
(t)表达了氧应力传感器的数值随时间的变化；第一氧传感器和第二氧传感器对其所在位置的氧气浓度进行检测，得到检测值为c
o1
(t)和c
o2
(t)；c
o1
(t)和c
o2
(t)第一氧传感器和第二氧传感器的数值随时间的变化；氢应力传感器检测整个直径方向上气体流速和流量带来的影响；氢应力传感器检测氢应力值f
h
(t)；f
h
(t)表达了氢应力传感器的数值随时间的变化；第一氢传感器和第二氢传感器对其所在位置的氢气浓度进行检测，得到检测值为c
h1
(t)和c
h2
(t)；c
h1
(t)和c
h2
(t)第一氢传感器和第二氢传感器的数值随时间的变化；步骤5、f
o
(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)被氧浓度分析模块发送至气体浓度分析处理器进行分析，f
h
(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)被氢浓度分析模块发送至气体浓度分析处理器进行分析；
气体浓度分析处理器根据f
o
(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)计算氧气的平均浓度，根据f
h
(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)计算氢气的平均浓度。8.根据权利要求7所述的电解水制氢系统中的气体浓度检测方法，其特征在于：气体浓度分析处理器得到的氧气浓度和氢气浓度被数据存储器存储。9.根据权利要求7或8所述的电解水制氢系统中的气体浓度检测方法，其特征在于：氧气平均浓度c
o3
(t)的计算方法如下：c
o3
(t)＝k1·
[f
o
(t)/f
o1
]
·
c
o1
(t)+c
o2
(t)+k2·
f’o
(t)
·
k3·
c’o2
(t)
·
c
o2
(t)；其中f
o1
为预设的标准应力值，f’o
(t)为f
o
(t)的导数，c’o2
(t)为c
o2
(t)的导数，k1为常系数，k2为f’o
(t)的系数，使得k2·
f’o
(t)结果为一常数，k3为c’o2
(t)的系数，使得k3·
c’o2
(t)为一常数；同时，氢气平均浓度c
h3
(t)的计算方法如下：c
h3
(t)＝k4·
[f
h
(t)/f
h1
]
·
c
h1
(t)+c
h2
(t)+k5·
f’h
(t)
·
k6·
c’h2
(t)
·
c
h2
(t)；其中f
h1
为预设的标准应力值，f’h
(t)为f
h
(t)的导数，c’h2
(t)为c
h2
(t)的导数，k4为常系数，k5为f’h
(t)的系数，使得k5·
f’h
(t)结果为一常数，k6为c’h2
(t)的系数，使得k6·
c’h2
(t)为一常数；f
o1
和f
h1
以及k1至k6的确定方式如下：在实验室中，于氧检测池和氢检测池内安装多个浓度传感器，同时向氧检测池和氢检测池内通入梯度浓度的气体，多个浓度传感器平均后的平均值得到c
o3
(t)和c
h3
(t)，实时检测f
o
(t)、c
o1
(t)和c
o2
(t)以及f
h
(t)、c
h1
(t)和c
h2
(t)，获取300组以上的数据，利用获取的数据进行曲线拟合，从而f
o1
和f
h1
以及k1至k6。

技术总结
本发明涉及一种电解水制氢系统中的气体浓度检测器，设置了滤水膜密度从边缘向中心逐渐增大，使得气体通过后的速度的减少量从中间向边缘逐渐减小，使得穿过氧滤水膜和氢滤水膜的气体的中心流速和边缘流速更加均匀，通过应力传感器和两个不同位置传感器的设置，使得在仅仅设置两个浓度传感器的情况下可以实现对整个检测池内的气体平均浓度的高精度检测，检测精度高，传感器设置的数量少，降低了计算的资源消耗，成本更低。成本更低。成本更低。


技术研发人员：杨宇昕 李新中 刘冬梅 张云
受保护的技术使用者：芜湖朗卓新材料科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/23