[發明專利]快速充氣預冷系統及其使用方法

有效

• 申請號: 201811490776.0
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109556984B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 郭曉璐;陳學東;范志超;徐鵬;劉孝亮
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院有限公司;合肥通用機械研究院特種設備檢驗站有限公司
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60;G05D27/02
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺;洪琴

本發明涉及一種快速充氣預冷系統及其使用方法，該系統包括充氣子系統、N個控溫子系統，充氣子系統的管路上設置有與N個控溫子系統一一對應的換熱裝置，在管路上還設置有閥組、第一流量計、傳感器，在管路的末端還連接有測試氣瓶；每一個控溫子系統包括與相應的換熱裝置形成環路的工作裝置、設置在該環路上的工作控制閥和若干流量計，系統還包括分別與閥組、第一流量計、傳感器、工作裝置、工作控制閥、流量計的受控端連接的控制子系統，沿著氣體流動方向，充氣子系統管路上的多個換熱裝置對應的控溫子系統制冷能力逐漸增強。該發明的優點在于：實現快速準確調節測試氣瓶進口氣體溫度的分級預冷，通過充氣子系統上的閥組來控制氣體的流量大小。

技術領域

本發明涉及預冷測試領域，尤其是快速充氣預冷系統及其使用方法。

背景技術

復合材料儲氣瓶具有承壓高和重量輕的優點，在現有高壓氣體儲存技術中運用越來越廣泛，已經成為研發與應用主流。由于復合材料氣瓶工作壓力高，且易受溫度影響，工作介質通常易燃易爆，當快速充氣過程中氣瓶出現損傷而安全性能下降時，極易發生泄漏和爆炸事故；因此其安全服役性能是重點關注的研究方向。以氫氣為例，為了滿足市場需求，儲氫氣瓶需要在約3～5分鐘內將壓力快速升至額定值。在氣瓶快速充氫過程中，由溫升效應導致的劇烈溫度變化在復合材料層間產生較大溫差應力，進而影響樹脂基體的力學性能，降低氣瓶的疲勞壽命；氫氣溫升最高可達130℃以上，而復合材料氣瓶所用環氧樹脂工作溫度在超過100℃時，其安全性能會受到影響；因此，需要通過預冷系統對快充過程中的氣瓶內氫氣溫升指標進行控制，限制最高溫度在85℃以下。在車載氣瓶氫氣循環疲勞測試系統中的快速充氫過程處于變溫、變流量的復雜工況，該工況下如何實現氣瓶內溫度的有效控制是充氫過程的關鍵步驟。

由于實際的儲氫氣瓶快充過程受到具體的加氫系統設置和氣瓶結構尺寸的影響，已有的快充溫升分析結果的普適性較差，并不具有很強的參考價值。在已公開專利中，目前大部分高壓儲氫氣瓶的疲勞性能試驗均是在液壓試驗機上進行，得到的試驗數據與氫氣介質真實工況的差別較大；而基于真實氫氣介質的氣瓶測試系統專利中，缺少針對變溫、變流量工況的快速充氫過程中可以實現快速準確調節測試氣瓶進口氫氣溫度的分級預冷系統。對于一些類似氣體也存在這樣的問題。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，為此，本發明提供快速充氣預冷系統。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

快速充氣預冷系統，該系統包括充氣子系統、N個控溫子系統，所述充氣子系統的管路上設置有與N個控溫子系統一一對應的換熱裝置，在管路上還設置有閥組、第一流量計、傳感器，在管路的末端還連接有測試氣瓶；每一個控溫子系統包括與相應的換熱裝置形成環路的工作裝置、設置在該環路上的工作控制閥和若干流量計，系統還包括分別與閥組、第一流量計、傳感器、工作裝置、工作控制閥、流量計的受控端連接的控制子系統，沿著氣體流動方向，所述充氣子系統管路上的多個換熱裝置對應的控溫子系統制冷能力逐漸增強。

優化的，系統還包括抽真空子系統，所述抽真空子系統設置在充氣子系統的末端管路的一個分叉上，該分支上設置有使整個系統成真空狀態的真空泵、真空控制閥，所述控制子系統還與真空泵、真空控制閥的受控端連接。

優化的，還包括安全放空子系統，所述安全放空子系統設置在充氣子系統的末端管路的一個分叉上，該分支上包括串聯在管路上的放空控制閥和只允許從充氣子系統輸出的第三單向閥、并聯在放空控制閥兩端的安全閥，第三單向閥輸出端的管路密封連接有儲氣罐，所述控制子系統還與放空控制閥的受控端連接。

優化的，所述換熱裝置使用套管形式。

優化的，所述傳感器包括溫度傳感器組和壓力傳感器，所述溫度傳感器組包括測量每個換熱裝置兩端的溫度傳感器，相鄰的兩個換熱裝置之間的管路上共用一個溫度傳感器，所述壓力傳感器檢測端設置在最后一個換熱裝置的輸出端管內。