[發(fā)明專利]全自動超高壓氫環(huán)境材料試驗(yàn)機(jī)吹洗置換及充氫系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310419801.7
• 申請日: 2013-09-15
• 公開（公告）號: CN103511829A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭津洋;周池樓;趙永志;徐平;劉驍;花爭立;李靜媛;顧超華
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: F17C5/00
• 分類號: F17C5/00;F17D1/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源領(lǐng)域，涉及超高壓氣體環(huán)境下材料耐久性測試所需的吹洗置換、充氣系統(tǒng)，特別是適合于為材料在超高壓氫氣條件下力學(xué)性能測試提供超高壓高純氫氣試驗(yàn)環(huán)境。

背景技術(shù)

氫能具有高效、清潔及用途多樣化等優(yōu)點(diǎn)，是新世紀(jì)重要的二次能源，已被發(fā)達(dá)國家列為優(yōu)先發(fā)展的能源。經(jīng)濟(jì)、高效、安全、可靠的儲氫技術(shù)是氫能利用走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。高壓儲氫由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、壓縮能耗低、充放速度快，是目前占絕對主導(dǎo)地位的氫能儲存方式。然而，在高壓高純氫氣環(huán)境下長期工作，材料的耐久性會因氫脆而下降，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)突然失效，甚至引發(fā)爆炸事故。且隨著儲氫壓力的升高，這一問題更加突出。為確保高壓氫系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，必須對材料在超高壓氫氣環(huán)境下的使用耐久性進(jìn)行測試和評估。

超高壓氫氣環(huán)境下材料力學(xué)性能測試設(shè)備主要采用在現(xiàn)有試驗(yàn)機(jī)主機(jī)上對接超高壓氫環(huán)境箱的形式，例如中國專利ZL201120328932.0測試高壓氫氣環(huán)境下材料耐久性的試驗(yàn)機(jī)和中國專利ZL201120407095.0自平衡的高壓氣體環(huán)境材料試驗(yàn)機(jī)加載裝置。然而進(jìn)行材料在超高壓氫氣環(huán)境下的耐久性測試，首先要提供一個跟實(shí)際工況相似的超高壓高純氫氣環(huán)境，即需要對高壓氫環(huán)境箱填充高壓高純氫氣。但由于氫氣屬于易燃易爆氣體，因此在充氫前須對環(huán)境箱里的空氣進(jìn)行吹洗置換以把空氣（特別是氧氣）排出，確保系統(tǒng)內(nèi)的含氧量低于氫的爆炸極限。同時，為真實(shí)獲取材料在高純氫氣下的性能，須保證氫環(huán)境箱內(nèi)填充氫氣的純度（一般試驗(yàn)要求純度是≥99.999%）。

目前超高壓氫氣環(huán)境下材料力學(xué)性能測試設(shè)備在國內(nèi)處于開發(fā)的起步階段，尚未見述與其對應(yīng)的吹洗置換及充氫系統(tǒng)；國外現(xiàn)有的氫環(huán)境材料試驗(yàn)機(jī)吹洗置換及充氫系統(tǒng)主要通過單獨(dú)使用氮?dú)膺M(jìn)行吹洗置換系統(tǒng)里空氣，然后再單獨(dú)使用氫氣把系統(tǒng)里雜質(zhì)氣體吹洗置換出來，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)里氫氣純度較低，置換氣體使用量大，如要實(shí)現(xiàn)環(huán)境箱里氫氣高純度要求時需使用大量的氫氣進(jìn)行多次置換，氫氣損耗量大，效率低，降低系統(tǒng)的安全性，另外不能分別對氫氣增壓管路和氫環(huán)境箱單獨(dú)吹洗置換或泄壓，降低操作的靈活性，增加了試驗(yàn)的危險性，同時為避免電磁閥與高壓氫氣直接接觸易誘發(fā)事故而使用手動閥，系統(tǒng)缺乏自動化，降低了操作的方便性和安全性。

因此，設(shè)計一套既能滿足安全要求，又能高效地滿足試驗(yàn)氣體高純度要求的全自動超高壓氫環(huán)境材料試驗(yàn)機(jī)吹洗置換及充氫系統(tǒng)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全自動超高壓氫環(huán)境材料試驗(yàn)機(jī)吹洗置換及充氫系統(tǒng)，安全高效地自動實(shí)現(xiàn)高壓氫環(huán)境材料力學(xué)性能測試所需氫氣試驗(yàn)環(huán)境的壓力和純度。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種全自動超高壓氫環(huán)境材料試驗(yàn)機(jī)吹洗置換充氫的系統(tǒng)，包括通過氫氣工藝管路連接的氣動氫增壓泵和氫環(huán)境箱，氫環(huán)境箱與排空管路相接；該系統(tǒng)還包括抽真空模塊、惰性氣體吹洗置換模塊、超高壓充氫模塊、壓縮空氣供氣模塊和工控機(jī)；

所述抽真空模塊包括通過抽真空管路依次連接的真空泵、真空度傳感器和電磁閥Ⅳ，抽真空管路分別通過自動閥接至：氫氣瓶與氣動氫增壓泵之間的氫氣工藝管路、氣動氫增壓泵與氫環(huán)境箱之間的氫氣工藝管路、氫環(huán)境箱之后的排空管路；還有一個電磁閥Ⅲ接在抽真空管路上用于對外放空氣體；氣動氫增壓泵與氫環(huán)境箱之間的氫氣工藝管路上設(shè)單向閥和過濾器；

所述惰性氣體吹洗置換模塊包括通過氣源管路依次連接的氮?dú)馄?、手動閥、減壓閥、電磁閥V和電磁閥II，氣源管路與吹洗管路相接，吹洗管路分別通過自動閥接至：氫氣瓶與氣動氫增壓泵之間的氫氣工藝管路、氣動氫增壓泵與氫環(huán)境箱之間的氫氣工藝管路、氫環(huán)境箱之后的排空管路；還有一個電磁閥I接在電磁閥V和電磁閥II之間的吹洗管路上，用于對外放空氣體；

所述超高壓充氫模塊包括通過氫氣工藝管路依次連接的氫氣瓶、手動閥、安全閥、減壓閥、兩個自動閥、安全閥、過濾器和單向閥，單向閥通過氫氣工藝管路接于氣動氫增壓泵；另有一個自動閥接于所述兩個自動閥之間的氫氣工藝管路上，用于對外放空氣體；所述過濾器設(shè)旁路管線，過濾器之前及旁路管線上分別設(shè)有自動閥；

所述壓縮空氣供氣模塊包括通過壓縮空氣管路依次連接的空氣壓縮機(jī)、空氣過濾器、空氣流量調(diào)節(jié)閥、空氣電磁閥；空氣電磁閥通過壓縮空氣管路與氣動氫增壓泵的壓縮缸相接；還有一個接至空氣壓縮機(jī)出口的減壓閥，該減壓閥與壓縮空氣輸出接口相接；