專利名稱：一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于儲氫容器性能測試安全保護領域。具體來說涉及防止儲氫容器試驗過程中爆炸的安全隱患，并具有模擬不同的環(huán)境溫度。另外還涉及儲氫容器性能測試過程中各種數(shù)據(jù)的實時采集，并對儲氫容器失效臨界點做出準確判斷。同時對于儲氫容器突然失效或其它意外情況緊急停車的功能。屬于氫能源領域。
背景技術：
能源是人類社會發(fā)展的關鍵因素。能源危機和環(huán)境問題的日益加重，要求人們尋找新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。近年來，世界各國紛紛關注新型清潔能源的開發(fā)研究。氫能以其燃燒產(chǎn)物潔凈、燃燒效率高、可再生等優(yōu)點被認為是新世紀的重要二次能源?，F(xiàn)有的氫氣儲存技術包括高壓儲氫、液氫儲存、金屬氫化物儲氫、低溫吸附儲氫、 納米碳管高壓吸附儲氫以及液體有機氫化物儲氫等。其中，高壓儲氫是最常用、最直接的儲氫方式，近年來也有將吸附儲氫與高壓儲氫相結合的方式。這些都離不開儲氫的重要載體一儲氫氣瓶。對儲氫氣瓶最直接、最有效的研究方法就是實驗研究。由于氫氣易燃、易爆、易泄漏等特殊的物化學性質，對儲氫氣瓶的試驗研究采用液壓試驗的方式，或者采用氮氣代替氫氣氣壓試驗。如果僅采用液壓試驗的方式，和真實的氫氣反復充放過程有著很大的差異。即使是用氮氣代替氫氣進行試驗，由于氮氣和氫氣之間具有比較大的物化學性質， 其實驗結果和用氫氣進行試驗之間還是有著一定的差異，無法獲得高壓儲氫瓶在承受反復充放氫氣所表現(xiàn)出來的防泄漏能力。同時，由于氫原子的特殊性，容易和金屬里面的碳原子結合而導致氫脆，出現(xiàn)腐蝕，這樣，用其它氣體代替氫氣實驗時，無法獲得在疲勞載荷配合作用下，高壓氫氣的相關元件的腐蝕破壞程度?？偠灾?，鑒于高壓儲氫氣的特點和儲氫氣瓶的風險特征，對其采用真實氣體進行試驗是非常有必要的。儲氫氣瓶實驗研究的關鍵技術之一是能對實驗過程數(shù)據(jù)有效的采集和實驗過程實時記錄。目前的氣瓶試驗機應用在高壓儲氫氣瓶試驗時有著很多明顯的不足，具體體現(xiàn)在如下幾個方面
1)、缺少防爆系統(tǒng)。目前很多氣瓶或容器的氣體承壓試驗一般會在防爆室內完成。雖然這樣相對來說很安全，但防爆室的成本高，無法移動；
2)、缺少溫控系統(tǒng)。儲氫氣瓶在使用過程中會遇到不同的環(huán)境溫度，環(huán)境溫度隨著季節(jié)和地區(qū)的差異有著很大的差別，環(huán)境溫度的差別對儲氫氣瓶性能的影響是不可忽略的；
3)、缺少氫氣泄漏監(jiān)測設備。由于目前對于氣瓶的試驗大多采用的是氮氣這樣的惰性氣體，氮氣的泄漏不會存在安全隱患，所以試驗機都不會配備監(jiān)測氣體泄漏的設備。若以氫氣作為試驗的介質，由于氫氣的特殊性質，氫氣的泄漏監(jiān)測設備就顯得非常重要；
4)、數(shù)據(jù)采集一般為人工現(xiàn)場記錄。實驗員根據(jù)壓力、溫度和應力測量儀上的數(shù)據(jù)進行記錄。由于人的疏忽，記錄的數(shù)據(jù)極有可能不準確。而且要求實驗員在整個試驗過程中每到一定的時間就要記錄一下數(shù)據(jù)，這無疑非常耗費人力；
5)、缺少氣瓶外觀記錄設備。有些人對氣瓶的研究會忽略氣瓶外觀狀況的變化，其實外觀狀況也是氣瓶的一個重要特征。目前試驗時，大多采用目視鏡肉眼觀察的方法。肉眼觀察受視力等條件限制，很難觀察到容器外壁的細微變化。而且肉眼觀察不能記錄容器外壁的變化過程。儲氫容器的疲勞試驗一般是一個耗時比較長的試驗，不可能一直跟蹤觀察容器外壁的變化；
6)、控制系統(tǒng)落后。目前的一些試驗機的控制還多為人為控制，人為地控制壓縮機的開啟和電磁閥的開閉。人為控制往往會出現(xiàn)很多偏差，特別是遇到一些意外情況，有時很難做到緊急停車。鑒于以上分析，本發(fā)明人針對現(xiàn)有技術下無法直接使用氫氣進行實驗，對儲氫氣瓶進行測試的現(xiàn)狀進行分析，并加以深入研究，本案由此產(chǎn)生。
發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置， 其集防爆、溫度控制、氫氣泄漏監(jiān)測于一體，使得利用氫氣對儲氫氣瓶進行測試成為可能， 從而有效地保證試驗數(shù)據(jù)的準確性。本發(fā)明的次要目的，在于提供一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置， 其可極大地節(jié)省試驗時的工作強度，提高試驗的效率，并保證試驗數(shù)據(jù)的實時性和準確性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是
一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，包括抗爆殼體、溫度壓力感應器、氫氣泄漏監(jiān)測器、溫控系統(tǒng)和緩沖罐，其中，抗爆殼體由高強度鋼材制成，具有可容置待測儲氫氣瓶的容置腔，抗爆殼體上并開設有連通內外的氫氣入口和惰性氣體入口 ；溫度壓力感應器和氫氣泄漏監(jiān)測器均設于抗爆殼體的容置腔內，分別用于檢測儲氫氣瓶內部的溫度壓力和氫氣濃度；溫控系統(tǒng)設于抗爆殼體的容置腔內，用于調節(jié)容置腔內的溫度；緩沖罐經(jīng)由導氣管與抗爆殼體的容置腔連接，且所述導氣管上設有電磁閥。上述抗爆殼體的內壁還設有保溫內膽。上述殼體的氫氣入口還連接有氫氣壓縮機。上述溫控系統(tǒng)包括用于制冷的壓縮機、用于制熱的電加熱元件和溫度檢測元件， 溫度檢測元件分別連接壓縮機和電加熱元件，根據(jù)檢測的溫度數(shù)據(jù)控制壓縮機和電加熱元件的動作以實現(xiàn)制冷或制熱。上述溫度壓力感應器和氫氣泄漏監(jiān)測器均連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接至計算機，在計算機的控制下采集數(shù)據(jù)。上述抗爆殼體的容置腔內還設置有至少一組攝像頭，每組攝像頭的數(shù)目為3個， 均勻排布于待測儲氫氣瓶的周圍。采用上述方案后，本發(fā)明具有以下特點
(1)通過設置強度較高的抗爆殼體，在試驗過程中將待測儲氫氣瓶置于殼體中，即使發(fā)生氫氣爆炸，也不會對外界環(huán)境造成影響，從而提高試驗過程中的安全性，且殼體的體積較小，便于移動，且成本低；
(2)通過設置溫控浴槽，可方便調節(jié)容置腔內的溫度，模擬不同的環(huán)境溫度，從而提高試驗數(shù)據(jù)的準確性；
(3)通過設置氫氣泄漏監(jiān)測器，可實時監(jiān)控殼體容置腔內的氫氣濃度，從而提高試驗過
4程的安全性，同時也是試驗儲氫氣瓶失效臨界點的一個重要判斷條件；
(4)通過計算機控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)實時或定時采集氣壓及氫氣濃度等數(shù)據(jù)，大大節(jié)省人力成本，且采集數(shù)據(jù)準確性較高；
(5)通過設置攝像頭，可直觀觀測到整個待測儲氫氣瓶的外部情況，并可以進行儲存， 便于后續(xù)研究調用；
(6)通過設置緊急停車系統(tǒng)，可在突發(fā)狀況時進行強制動作，斷開氫氣的充入，防止意外事件的發(fā)生。
圖1是本發(fā)明的整體架構圖。主要元件符號說明
1計算機2抗爆殼體3保溫內膽4氫氣泄漏監(jiān)測器5攝像頭6儲氫氣瓶7溫控系統(tǒng)8惰性氣體入口9緩沖罐10電磁閥11溫度壓力感應器12氫氣壓縮機13氫氣入口14進氣電磁閥15數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
16控制系統(tǒng)。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明提供一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，包括抗爆殼體2、溫度壓力感應器11、氫氣泄漏監(jiān)測器4、溫控系統(tǒng)7和緩沖罐9，下面分別介紹。抗爆殼體2由高強度鋼材制成，其具有容置腔，可用于放置待測試的儲氫氣瓶6， 抗爆殼體2上并開設有連通外部與容置腔的氫氣入口 13，供氫氣充入，并采用進氣電磁閥 14進行充氣控制，本實施例中的氫氣入口 13并連接有氫氣壓縮機12，以提高充入氫氣的效率，當然，也可采用傳統(tǒng)的方法，直接使用高壓儲氫罐進行充氣，不以本實施例為限；在本實施例中，為了提高恒溫性能，所述抗爆殼體2的內壁還設有保溫內膽3 ；另外，抗爆殼體2上還開設有惰性氣體入口 8，用于供氮氣等惰性氣體充入，以提高測試過程中的安全性。溫度壓力感應器11設于抗爆殼體2內，更確切地說，是用于放置在待測的儲氫氣瓶6中檢測氫氣的氣壓。 氫氣泄漏監(jiān)測器4設于抗爆殼體2的容置腔內，用于測試容置腔內的氫氣濃度，當超過一定數(shù)值時，即可判斷儲氫氣瓶6的瓶體存在泄漏，同時還可作為被測儲氫氣瓶6是否破裂的臨界點的判斷依據(jù)。 溫控系統(tǒng)7設于抗爆殼體2的容置腔內，具體包括用于制冷的壓縮機、用于制熱的電加熱元件和溫度檢測元件，溫控系統(tǒng)7采用壓縮機制冷和電加熱相結合的方式進行空氣浴溫控如果預設的模擬溫度低于當時的環(huán)境溫度，電加熱元件開始工作，對容置腔中的空氣進行加熱到預設溫度；如果預設的模擬溫度高于當時的環(huán)境溫度，制冷壓縮機開始工作， 對容置腔中的空氣制冷到預設溫度；在此過程中，溫度檢測元件會實時監(jiān)測容置腔中的溫度。并把監(jiān)測到的溫度和預設的溫度進行比較，根據(jù)預設溫度和空氣溫度的高低來決定加熱元件還是制冷元件工作，同時由溫度差值的大小控制加熱或制冷元件的工作強度。緩沖罐9經(jīng)由導氣管與抗爆殼體2的容置腔連接，更確切地說，是與容置腔內的待測儲氫氣瓶6連接，且所述導氣管上設有電磁閥10，當電磁閥10打開時，用于將儲氫氣瓶6 中的氫氣導入至緩沖罐9中。在本實施例中，所述溫度壓力感應器11和氫氣泄漏監(jiān)測器4均連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 15，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)15又可連接計算機1，從而可設定時間，定時采集儲氫氣瓶6內部的溫度氣壓數(shù)據(jù)和氫氣濃度數(shù)據(jù)，并送入計算機1進行分析。本發(fā)明還包含緊急停車系統(tǒng)(圖中未示)，其與計算機1連接，當遇到突發(fā)狀況時， 計算機1會通過控制系統(tǒng)16控制緊急停車系統(tǒng)動作，首先關閉氫氣壓縮機12的電源，再關閉氫氣入口 13的進氣電磁閥14，同時打開旁路上的電磁閥10，將儲氫氣瓶6中的氫氣排放到緩沖罐9中。以下將結合具體試驗，對本發(fā)明的結構以及功能進行說明。在實驗前，首先向抗爆殼體2的容置腔內充入惰性氣體，主要考慮到以氫氣為介質進行試驗時，試驗過程中儲氫氣瓶6泄漏的氫氣與空氣會形成空-氫混合氣體。如果混合氣體的濃度達到一定的限度遇到明火或者電火花就會發(fā)生燃爆，這樣則無疑會對實驗員及試驗設備存在安全威脅。一般用氮氣作為惰性氣體對容置腔進行置換，氮氣由抗爆殼體 2上的惰性氣體入口 8流入容置腔。溫控浴槽4將抗爆殼體2內氣體的溫度調至預先設定值，采用壓縮機制冷和電加熱相結合的方式進行空氣浴溫控。在試驗時，通過氫氣壓縮機12對被測儲氫氣瓶6充氣，如圖1所示。在承壓試驗時，氫氣壓縮機12會不斷對儲氫氣瓶6充氣，直至被測儲氫氣瓶6破裂。在這個過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)15會啟動工作，設定好數(shù)據(jù)記錄的頻率。即每隔多長時間記錄一次數(shù)據(jù)。在試驗時，被測儲氫氣瓶6的參數(shù)是和充氣時間相關的函數(shù)，為了更好地表達這些參數(shù)與時間的關系，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)15會鏈接到計算機1，由計算機1自動繪制參數(shù)與時間的X-Y函數(shù)圖像。即溫度-時間圖像、壓力-時間圖像、應力-時間圖像。為了更好地了解儲氫氣瓶6在疲勞試驗過程中外部的實際狀況，在儲氫氣瓶6的周圍布設1組或2組攝像頭5，每組為3個，所述的攝像頭5都采用自帶光源型的，發(fā)光體分布在鏡頭的外側而不是在鏡頭內，這樣光源體發(fā)出的光線不會射到鏡頭的玻璃上反射，而影響了圖像的清晰度。攝像頭5均勻布置在儲氫氣瓶6的周圍，每組的3個攝像頭5剛好能夠觀察到整個儲氫氣瓶6外部的情況。實時的圖像可以在計算機1的顯示屏上顯示。同時可以把視頻數(shù)據(jù)保存到計算機1上，方便試驗后的觀察研究。繼續(xù)給被測儲氫氣瓶6充氣，直至破裂。試驗結束，依次關閉氫氣壓縮機12的的電源開關以及氫氣入口 13的進氣電磁閥14。對于疲勞試驗，除了有個充氣加壓的過程，還有個泄壓即儲氫氣瓶6中氫氣的排放過程。由于氫氣物化學性質的特殊性，不能將做完試驗的氫氣排放到空氣中。泄壓過程主要是將被測儲氫氣瓶6里的氫氣通過旁路的電磁閥10，把氫氣泄壓到緩沖罐9中。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內。
權利要求
1.一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，其特征在于包括抗爆殼體、溫度壓力感應器、氫氣泄漏監(jiān)測器、溫控系統(tǒng)和緩沖罐，其中，抗爆殼體由高強度鋼材制成，具有可容置待測儲氫氣瓶的容置腔，抗爆殼體上并開設有連通內外的氫氣入口和惰性氣體入口 ；溫度壓力感應器和氫氣泄漏監(jiān)測器均設于抗爆殼體的容置腔內，分別用于檢測儲氫氣瓶內部的溫度壓力和氫氣濃度；溫控系統(tǒng)設于抗爆殼體的容置腔內，用于調節(jié)容置腔內的溫度；緩沖罐經(jīng)由導氣管與抗爆殼體內的儲氫氣瓶連接，且所述導氣管上設有電磁閥。
2.如權利要求1所述的一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，其特征在于所述抗爆殼體的內壁還設有保溫內膽。
3.如權利要求1所述的一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，其特征在于所述殼體的氫氣入口還連接有氫氣壓縮機。
4.如權利要求1所述的一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，其特征在于所述溫控系統(tǒng)包括用于制冷的壓縮機、用于制熱的電加熱元件和溫度檢測元件，溫度檢測元件分別連接壓縮機和電加熱元件，根據(jù)檢測的溫度數(shù)據(jù)控制壓縮機和電加熱元件的動作以實現(xiàn)制冷或制熱。
5.如權利要求1所述的一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，其特征在于所述溫度壓力感應器和氫氣泄漏監(jiān)測器均連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接至計算機，在計算機的控制下采集數(shù)據(jù)。
6.如權利要求1所述的一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，其特征在于所述抗爆殼體的容置腔內還設置有至少一組攝像頭，每組攝像頭的數(shù)目為3個，均勻排布于待測儲氫氣瓶的周圍。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高壓儲氫氣瓶試驗用溫控與防爆一體化裝置，包括抗爆殼體、溫度壓力感應器、氫氣泄漏監(jiān)測器、溫控系統(tǒng)和緩沖罐，其中，殼體由高強度鋼材制成，具有可容置待測儲氫氣瓶的容置腔，殼體上并開設有連通內外的氫氣入口和惰性氣體入口；溫度壓力感應器和氫氣泄漏監(jiān)測器均設于殼體的容置腔內，分別用于測量儲氫氣瓶內部的溫度壓力和氫氣濃度；溫控系統(tǒng)設于殼體的容置腔內，用于調節(jié)容置腔內的溫度；緩沖罐經(jīng)由導氣管與抗爆殼體內的儲氫氣瓶連接，且所述導氣管上設有電磁閥。此結構集防爆、溫度控制、氫氣泄漏監(jiān)測于一體，使得利用氫氣對儲氫氣瓶進行測試成為可能，從而有效地保證試驗數(shù)據(jù)的準確性。
文檔編號G01D11/24GK102269674SQ201110123308
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權日2011年5月13日
發(fā)明者周劍秋, 李乾峰, 董淑宏, 蔡銳, 邢偉 申請人:南京工業(yè)大學