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(jié)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(zhì)，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(zhì)， 其實驗結(jié)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(jié)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。總而言之，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(nèi)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(zhì)，由于氫氣的特殊性質(zhì)，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(nèi)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(nèi)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(nèi)，分別用于檢測儲氫氣瓶內(nèi)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(nèi)，用于調(diào)節(jié)容置腔內(nèi)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(nèi)壁還設有保溫內(nèi)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(nèi)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(diào)節(jié)容置腔內(nèi)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(nèi)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(diào)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(gòu)圖。主要元件符號說明
1計算機2抗爆殼體3保溫內(nèi)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(jié)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?？贡瑲んw2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(nèi)壁還設有保溫內(nèi)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(nèi)，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(nèi)，用于測試容置腔內(nèi)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(nèi)，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(jié)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(nèi)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(nèi)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(jié)合具體試驗，對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(nèi)充入惰性氣體，主要考慮到以氫氣為介質(zhì)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(nèi)氣體的溫度調(diào)至預先設定值，采用壓縮機制冷和電加熱相結(jié)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(cè)而不是在鏡頭內(nèi)，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(jié)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(zhì)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(nèi)。
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(nèi)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(nèi)，分別用于檢測儲氫氣瓶內(nèi)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(nèi)，用于調(diào)節(jié)容置腔內(nèi)的溫度；緩沖罐經(jīng)由導氣管與抗爆殼體內(nèi)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(nèi)壁還設有保溫內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)，分別用于測量儲氫氣瓶內(nèi)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(nèi)，用于調(diào)節(jié)容置腔內(nèi)的溫度；緩沖罐經(jīng)由導氣管與抗爆殼體內(nèi)的儲氫氣瓶連接，且所述導氣管上設有電磁閥。此結(jié)構(gòu)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