[發明專利]一種氫能源汽車火災模擬與防控實驗方法及裝置

有效

• 申請號: 202010847999.9
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111982556B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 陳曄;朱紅亞;李毅;劉晅亞;吳永紅;李紫婷;王鵬飛
• 申請（專利權）人: 應急管理部天津消防研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 胡京生

本發明涉及一種氫能源汽車火災模擬與防控實驗方法及裝置，包括儲氫系統、抑制系統、控制系統以及數據采集系統、汽車實尺試驗模型、配氣系統、燃燒器、自動點火裝置。采用汽車實尺度的氫燃料電池汽車試驗模型，結合特制的高壓儲氫罐，進行最高80MPa壓力下不同泄漏位置、不同泄漏方向、不同泄漏高度、不同泄漏壓力及不同泄漏流量下的氫燃料電池車高壓氫泄漏擴散及噴射火實驗，以及不同參數條件下的噴射火防控實驗，技術效果是，為氫燃料汽車高壓氫泄漏濃度分布規律、噴射火特性與防控技術的研究提供相關實驗數據，從而對氫燃料電池車及加氫站火災事故的預測與防控提供理論指導。

技術領域

本發明涉及一種燃燒實驗模擬與防控的實驗方法及裝置，特別涉及一種氫能源汽車火災模擬與防控實驗方法及裝置。

背景技術

氫氣氫能作為一種高度清潔環保的可再生能源，已得到世界范圍內的高度關注，其中氫燃料電池汽車及其相關產業發展勢頭迅猛。然而，氫氣易燃易爆、擴散系數大、點火能量低，在燃料電池車使用過程中存在一定的泄漏、火災爆炸風險。因此，對氫燃料電池汽車高壓氣態氫泄漏火災特性、演化規律及防控技術的研究已成為該領域的研究熱點。目前，對高壓氣態氫泄漏擴散規律及火災特性的研究多是采用簡單噴嘴加單一管路的小尺度實驗裝置，無法有效、真實的地模擬氫燃料電池汽車的氫泄漏火災事故場景，且現有多數實驗裝置高壓儲氫系統的操作壓力相對較低，與真實氫燃料電池汽車的35MPa-70MPa級車載高壓儲氫系統的工作壓力相差較大，導致已有研究成果不能較好地反映真實事故場景。此外，現階段亦尚沒有用于研究氫能源汽車高壓氫泄漏火災特性與防控技術研究的綜合性實驗方法與裝置。因此，基于實尺度的氫燃料電池汽車試驗模型，研制可滿足不同泄漏位置、不同泄漏方向、不同泄漏口徑和不同泄漏壓力等條件下，高壓氣態氫泄漏擴散濃度及噴射火溫度、熱輻射等特征參數測試，噴射火外觀特性觀察，以及采用不同水霧抑制劑進行冷卻降溫與滅火處置的綜合性實驗方法與裝置已提到日程。

發明內容

鑒于現有技術存在的問題，本發明提供一種氫能源汽車火災模擬與防控實驗方法及裝置，采用真實汽車架構、工作壓力0-80MPa的儲氫系統和配置的防控實驗平臺系統，可滿足不同泄漏位置、不同泄漏方向、不同泄漏口徑和不同泄漏壓力等條件下，高壓氣態氫泄漏擴散濃度及噴射火溫度、熱輻射等特征參數測試，噴射火外觀特性觀察，以及采用不同水霧抑制劑進行冷卻降溫與滅火處置的綜合性實驗，具體技術方案是，一種氫能源汽車火災模擬與防控實驗裝置,包括儲氫系統、抑制系統、控制系統以及數據采集系統、汽車實尺試驗模型、配氣系統、燃燒器、自動點火裝置,其特征在于:所述的儲氫系統，包括儲氫罐、增壓泵、溫度變送器、氣源輸出控制器、儲氫系統閥門，儲氫系統閥門依次與壓力變送器、增壓泵、儲氫罐進氣口、溫度變送器、氣源輸出控制器連接；所述的抑制系統，包括噴頭、流量調節閥、水泵機組和儲水箱，儲水箱、水泵機組、流量調節閥、流量傳感器、噴頭依次連接；所述的控制系統，包括現場測控柜、現場無線控制器和中央集中控制平臺，現場測控柜和現場無線控制器與中央集中控制平臺光纖通信連接，可實現不同層級、不同授權下的遠程或現場控制，同時保障數據傳輸的安全可靠，現場測控柜與現場無線控制器無線通信連接；所述的數據采集系統，包括多個高速攝像機、多個氫濃度傳感器，多個熱電偶、多個輻射熱流計、多個壓力傳感器、多個流量傳感器，分別放置于汽車實尺度試驗模型外四周以及儲氫系統、配氣系統和抑制系統的管路上，實現對高壓氫泄漏氣體濃度、噴射火溫度和熱輻射等實驗特征參數的測量，以及對實驗系統工作壓力、氣體、水流量的監測測量；所述的汽車實尺試驗模型，為耐高溫不銹鋼真實汽車架構，包括與氫能源汽車原型尺寸、位置一樣的高壓氫氣瓶模型、燃料電池堆模型，管道模型，在管道模型的底部管道接頭處汽車試驗模型內部氫泄漏風險高的位置設置數個水平和豎直方向的燃燒器，每個燃燒器內設置一個直徑可調節的噴口，模擬不同位置、不同方向、不同流量下的氫泄漏及噴射火，每個燃燒器內放置使用氫氣燃料，氣源壓力為0MPa～80MPa；所述的配氣系統，包括配氣系統阻火器、配氣系統單向閥、配氣系統氣動閥、配氣系統截止閥、配氣系統減壓閥及相應的管路，配氣系統一分三條供氣路，其中兩條以不同的壓力范圍為燃燒器供氣，各經配氣系統截止閥、壓力傳感器、配氣系統減壓閥、配氣系統截止閥、配氣系統氣動閥、配氣系統單向閥、配氣系統截止閥、配氣系統氣動閥、配氣系統阻火器連接，并通過配氣系統氣動閥的切換為燃燒器提供不同壓力的氫氣，另一條供氣路經配氣系統截止閥、壓力傳感器、配氣系統減壓閥、配氣系統截止閥、配氣系統氣動閥、配氣系統單向閥、配氣系統截止閥、配氣系統氣動閥、配氣系統阻火器連接；系統連接為，儲氫系統的儲氫系統閥門外接常規氫氣瓶、氣源輸出控制器接配氣系統截止閥，配氣系統的阻火器分別與燃燒器和自動點火裝置的進氣口連接、每個燃燒器配置一個自動點火裝置，自動點火裝置置于汽車實尺試驗模型內的燃燒器噴口，控制系統的現場測控柜的現場無線控制器通過光纖通信與燃燒器和自動點火裝置連接、與抑制系統的水泵機組連接、與數據采集系統的高速攝像機、氫濃度傳感器、熱電偶、輻射熱流計、壓力傳感器、流量傳感器連接，與儲氫系統的增壓泵和氣源輸出控制器連接、與無線控制器連接。