[发明专利]一种柔性薄膜式氢敏传感器及氢泄漏监测防护系统

说明书

本发明涉及氢安全防护技术领域，公开一种柔性薄膜式氢敏传感器及氢泄漏监测防护系统，柔性薄膜式氢敏传感器包括质子交换膜和若干设置在质子交换膜上呈阵列排布的氢敏传感元件，各氢敏传感元件由对应设置在质子交换膜两侧的对电极和传感电极组成，在质子交换膜上涂有催化层。氢泄漏监测防护系统包括上述柔性薄膜式氢敏传感器。柔性薄膜式氢敏传感器为电化学氢敏传感元件阵列，根据需求的定位精度确定氢敏传感元件间隔及数量。当氢气发生泄漏时，根据传感元件电压数据和电压产生的时间数据实现氢泄漏的快速精准定位。本发明利用电化学反应原理，催化待检测的氢气产生电信号，电信号测量响应时间在毫秒级以下，实现低浓度下的氢气泄漏快速响应。

技术领域

本发明属于氢安全防护技术领域，涉及到一种柔性薄膜式氢敏传感器氢泄漏监测防护系统。

背景技术

氢气作为一种无色无味的气体，由于其分子体积很小，渗透能力强，容易引起泄漏，甚至发生爆炸。为保障大功率涉氢系统的运行，需要建立完善的氢安全防护系统，保证系统具有较高测量精度和响应速度。

涉氢系统泄漏初期，若氢敏传感器无法及时捕获有效信息则可能会引发大规模泄漏，因此提高传感器的响应速度是氢安全防护的关键一环。现有氢敏传感器类型很多，随着电解堆系统及其安全防护系统的复杂，对传感器响应速度要求也随之提高。

传统的氢气泄漏检测系统往往只能检测出氢气浓度而无法准确定位氢气泄漏点，这对于大功率涉氢系统的泄漏检测和维护是十分不利的。一篇公开号为CN 114152650 A的中国发明专利申请公开一种阵列氢气探测器及其检测方法，包括基板，在基板任意一面加工制作的TFT器件层，TFT器件层包括多个成阵列分布的探测点；在基板的另一面加工制作有电阻变化感应层，电阻变化感应层被刻蚀成多个电阻变化感应模块，在每个电阻变化感应模块下方基板上均开设有通孔，通孔内填充有金属，每个电阻变化感应模块通过通孔内的金属与对应的探测点实现电性连接；在所述电阻变化感应层的上方加工制作有氢气分离薄膜层。该发明通过对氢敏器件的电阻值的变化虽然能够实现对氢气泄露的检测，还能具体计算得到泄露的氢气浓度，并且通过设置多个探测点形成阵列式氢气探测，能够对氢气泄露的具体位置进行定位，及时探测到氢气泄露源头；但是，上述发明基于金属电阻式氢敏传感器实现氢泄漏监测，电阻式的传感器在使用中存在着稳定性和选择性差、响应时间和回复时间长、敏感机理复杂、寿命短、工作温度高等缺点，这也是该类传感器急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快、灵敏度更高的氢泄漏监测防护系统，为解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种柔性薄膜式氢敏传感器，其包括质子交换膜和若干设置在所述质子交换膜上呈阵列排布的氢敏传感元件，各所述氢敏传感元件由对应设置在所述质子交换膜两侧的对电极和传感电极组成，在所述质子交换膜上涂有催化层。

更为优选的是，所述质子交换膜选自全氟磺酸型质子交换膜、杜邦质子交换膜N-117、美国DuPont（杜邦）公司生产的Nafion212膜或Nafion211膜。

更为优选的是，所述催化剂层的催化剂为铂炭，所述铂炭包括炭载体和附着在所述炭载体上的铂粒子。

更为优选的是，对电极和所述传感电极选自铂电极、银电极。

更为优选的是，对应所述质子交换膜设有加湿装置和保湿装置。

更为优选的是，所述加湿装置为设置在所述质子交换膜的四周、并与所述质子交换膜接触的水槽，所述保湿装置为覆盖在所述柔性薄膜式氢敏传感器表面的保湿网。

作为本发明的另一方面，提供一种氢泄漏监测防护系统，其包括，柔性薄膜式氢敏传感器、信号采集系统、程控电源、分级预警系统等部件。

所述柔性薄膜式氢敏传感器如上所述。