本發(fā)明屬于壓力容器，具體涉及一種氫氣快速加注系統(tǒng)、惰化系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、安全、經(jīng)濟(jì)、高效的儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的重要保障。目前將壓縮氫氣儲(chǔ)存于氣瓶?jī)?nèi)，可以獲得高密度儲(chǔ)存、低重量、低成本優(yōu)勢(shì)。但高壓儲(chǔ)氫氣瓶在快速加注過(guò)程中會(huì)伴隨著溫升效應(yīng)，劇烈的壓力和溫度變化會(huì)影響環(huán)氧樹(shù)脂的機(jī)械性能，威脅高壓儲(chǔ)氫氣瓶的疲勞壽命同時(shí)還影響其加注率(state?of?charge，soc)。因此，為了防止氫氣最高溫度超過(guò)溫度閾值，研究氣體的溫升特性以及加氫策略非常重要。

2、已有不少學(xué)者從多個(gè)角度關(guān)注高壓儲(chǔ)氫氣瓶注氫過(guò)程中的溫升和壓力等問(wèn)題，并得到了一些有意義的結(jié)論。例如，sung?chan?kim等人研究不同的瓶?jī)?nèi)初始?jí)毫?duì)高壓儲(chǔ)氫氣瓶注氫過(guò)程的溫升變化影響，結(jié)果表明加注過(guò)程中瓶?jī)?nèi)最高溫升隨初始?jí)毫Φ脑龃蠖鴾p小。m.heitsch、m.cristina?galassi等人在研究初始?jí)毫Φ幕A(chǔ)上，進(jìn)一步研究?jī)?chǔ)氫氣瓶加注期間絕熱填充、壓力上升率和預(yù)冷的影響。zheng等人研究了環(huán)境溫度條件對(duì)氣體最終溫升的影響，結(jié)果表明隨環(huán)境溫度升高，最終氣體溫度呈線性上升。ramasamy等人對(duì)氣瓶的入射口配置進(jìn)行研究，結(jié)果表明通過(guò)在不同的噴嘴之間分配氫氣噴射，可以增強(qiáng)氫氣與氣瓶?jī)?nèi)壁之間的傳熱，降低峰值氣體溫度。

3、何廣利、r.ortiz?cebolla、n.de?miguel等人研究了ⅲ型、ⅳ型儲(chǔ)氫氣瓶的初始溫度、質(zhì)量流率對(duì)氣瓶加注率(soc)的影響，結(jié)果表明質(zhì)量流率、初始溫度對(duì)于soc的影響在ⅳ型氣瓶中要大于ⅲ型氣瓶。kim等人研究揭示了氣瓶?jī)?nèi)部最高溫升與soc的關(guān)系。seung等人研究了加注過(guò)程中的雷諾數(shù)和努塞爾數(shù)，并系統(tǒng)的分析了這些數(shù)據(jù)和soc的關(guān)系，結(jié)果表明通過(guò)設(shè)定氫氣溫度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)氫裝置溫升的控制。wu等人在控制質(zhì)量流率的基礎(chǔ)上，提出了不同條件下的各種延時(shí)加氫策略，以滿足在不超過(guò)最高溫度限制的情況下盡可能縮短加注時(shí)間的要求。

4、綜上所述，以往研究大多集中于加注過(guò)程中，氣瓶的加注參數(shù)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)溫升、壓力以及加注率(soc)的影響，而對(duì)于加注策略方面的研究相當(dāng)有限。因此開(kāi)展高壓儲(chǔ)氫氣瓶的加注策略研究，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效的加氫技術(shù)，對(duì)提高高壓氫氣加注安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。本技術(shù)采用數(shù)值模擬方法建立二維軸對(duì)稱高壓儲(chǔ)氫氣瓶模型，對(duì)高壓儲(chǔ)氫氣瓶加注過(guò)程進(jìn)行分析，進(jìn)一步針對(duì)排氣過(guò)程中溫升陡降情況，從對(duì)流傳熱的角度進(jìn)行了分析，提出了兩種加注策略即通過(guò)靜置或排氣的方法，實(shí)現(xiàn)了提升加注率同時(shí)控制溫度和壓力，為儲(chǔ)氫、用氫安全奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種氫氣快速加注系統(tǒng)、惰化系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)設(shè)置不同的加注策略來(lái)提升高壓儲(chǔ)氫氣瓶加注效率。

2、本發(fā)明在第一方面提供了一種氫氣快速加注系統(tǒng)，包括多個(gè)相互并聯(lián)的高壓氫氣瓶，多個(gè)相互并聯(lián)高壓氫氣瓶的一端設(shè)有輸送管道與接收氣瓶連接，多個(gè)相互并聯(lián)高壓氫氣瓶的另一端設(shè)有輸入管道與壓縮機(jī)的一端連接，所述壓縮機(jī)另一端通過(guò)管道三與集氣瓶連接，所述集氣瓶與接收氣瓶之間連接有管道四；所述高壓氫氣瓶的輸入端設(shè)有電磁閥一、輸出端設(shè)有電磁閥二、輸送管道上設(shè)有電磁閥三，管道四上設(shè)有電磁閥四、輸入管道上設(shè)有電磁閥五。

3、本發(fā)明在第二方面提供了氫氣快速加注方法，包括如下步驟，

4、1)根據(jù)各高壓氣瓶中的氫氣存儲(chǔ)情況打開(kāi)其中一個(gè)高壓氫氣瓶中的電磁閥二和輸送管道電磁閥三對(duì)接收氣瓶進(jìn)行充氣，此時(shí)電磁閥一、電磁閥四和電磁閥五關(guān)閉；

5、2)充氣過(guò)程中控制電磁閥三開(kāi)啟和關(guān)閉控制時(shí)間流程如下：起始38-40秒之后，關(guān)閉23-25秒，開(kāi)啟38-40秒，關(guān)閉23-25秒，開(kāi)啟38-40秒，關(guān)閉23-25秒，再次開(kāi)啟電磁閥三直至系統(tǒng)顯示加注完成為止。

6、本發(fā)明在第三方面還提供了另外一種氫氣快速加注方法，包括如下步驟，

7、1)根據(jù)各高壓氣瓶中的氫氣存儲(chǔ)情況打開(kāi)其中一個(gè)高壓氫氣瓶中的電磁閥二和輸送管道上電磁閥三對(duì)接收氣瓶進(jìn)行充氣，此時(shí)電磁閥一、電磁閥四和電磁閥五關(guān)閉；

8、2)充氣過(guò)程中控制電磁閥三、電磁閥四開(kāi)啟和關(guān)閉控制時(shí)間流程如下：

9、電磁閥三開(kāi)啟38-40秒之后關(guān)閉；

10、電磁閥四開(kāi)啟4-5秒之后關(guān)閉使接收氣瓶部分氣體通過(guò)管道四進(jìn)入集氣瓶；

11、靜置7-8秒；

12、3)重復(fù)2次步驟2)操作之后；控制電磁閥三打開(kāi)加注45秒；之后關(guān)閉7-8秒后再次開(kāi)啟直到加注完成為止；

13、4)打開(kāi)電磁閥五和其中一個(gè)高壓氫氣瓶的輸入端設(shè)有電磁閥一，集氣瓶?jī)?nèi)的氫氣通過(guò)壓縮機(jī)壓縮之后進(jìn)入對(duì)應(yīng)的高壓氫氣瓶，回收完成。

14、本發(fā)明的系統(tǒng)是多功能的，除了可以對(duì)氫氣瓶進(jìn)行加注之外，還可以對(duì)生產(chǎn)出來(lái)充滿空氣的氫氣瓶進(jìn)行惰化。

15、本發(fā)明在第四方面還提供了一種氫氣瓶快速惰化系統(tǒng)，包括多個(gè)相互并聯(lián)的高壓氮?dú)馄浚涮卣髟谟?，多個(gè)相互并聯(lián)高壓氮?dú)馄康囊欢嗽O(shè)有輸送管道與接收氣瓶連接，所述接收氣瓶還連接有排出管道四；所述高壓氮?dú)馄康妮斎攵嗽O(shè)有電磁閥一、輸出端設(shè)有電磁閥二、輸送管道上設(shè)有電磁閥三，排出管道四上設(shè)有電磁閥四。

16、本發(fā)明在第五方面還提供了一種氫氣瓶快速惰化的方法，其特征在于，包括如下步驟，

17、1)根據(jù)各高壓氣瓶中的氮?dú)獯鎯?chǔ)情況打開(kāi)其中一個(gè)高壓氫氣瓶中的電磁閥二和輸送管道上電磁閥三對(duì)接收氣瓶進(jìn)行充氣，此時(shí)電磁閥一、電磁閥四關(guān)閉；

18、2)充氣過(guò)程中控制電磁閥三、電磁閥四開(kāi)啟和關(guān)閉控制時(shí)間流程如下：

19、電磁閥三開(kāi)啟38-40秒之后關(guān)閉；

20、電磁閥四開(kāi)啟4-5秒之后關(guān)閉使接收氣瓶部分氣體通過(guò)管道四排入到空氣；

21、靜置7-8秒；

22、3)重復(fù)2次步驟2)操作之后；控制電磁閥三打開(kāi)加注45秒；之后關(guān)閉7-8秒后再次開(kāi)啟直到加注完成為止。

23、本發(fā)明的通過(guò)對(duì)35mpa儲(chǔ)氫氣瓶加注過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，探究了高壓儲(chǔ)氫氣瓶加注策略中的排氣階段溫升發(fā)生陡降的原因，并對(duì)速度、協(xié)同角的作用機(jī)制進(jìn)行分析；進(jìn)一步揭示了兩種延時(shí)加注策略對(duì)高壓儲(chǔ)氫氣瓶中的溫升、壓力、加注率的影響。主要結(jié)論總結(jié)如下：

24、1)在高壓儲(chǔ)氫氣瓶在加注過(guò)程中，運(yùn)用靜置或排氣的方法，可以有效的控制氣瓶?jī)?nèi)部最高溫升。在排氣開(kāi)始階段，氣瓶?jī)?nèi)部最高溫度出現(xiàn)陡降現(xiàn)象；

25、2)溫升陡降現(xiàn)象是由瓶?jī)?nèi)速度場(chǎng)與溫度梯度場(chǎng)綜合影響導(dǎo)致的結(jié)果。速度在排氣開(kāi)始階段，由于排氣帶來(lái)的反向沖量作用，瓶底區(qū)域x向速度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。本發(fā)明第三方面的實(shí)施中，在40-40.2s的時(shí)間段內(nèi)，其中瓶底環(huán)流速度場(chǎng)及場(chǎng)協(xié)同度增加，對(duì)流傳熱效果增強(qiáng)；從40.2-41.0s的時(shí)間段內(nèi)，瓶底區(qū)域x向速度逐漸降低但是仍然較大，對(duì)流傳熱效果逐漸減弱，瓶底區(qū)域最高溫升快速下降最終形成陡降現(xiàn)象。

26、(3)運(yùn)用溫升陡降這一機(jī)制，設(shè)計(jì)了延遲加注的策略，即在加注過(guò)程中的某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行靜置或排氣等措施，使儲(chǔ)氫氣瓶進(jìn)行自然冷卻，然后再進(jìn)行加注，以此循環(huán)多次直到氣瓶加注完成。本發(fā)明的2種加注方法在加注完成時(shí)的溫升分別為54.8℃，61.2℃，本發(fā)明的2種加注方法的溫升相比于現(xiàn)有加注方案分別下降了15.7％，5.8％；本發(fā)明的2種加注方法的平均壓力的上升速率相比于現(xiàn)有加注方案有明顯下降；本發(fā)明的2種加注方法的加注率(soc)分別達(dá)到87.33％，87.36％，本發(fā)明的2種加注方法的加注率相比于現(xiàn)有加注方案分別提升了21.83％，21.84％。