[发明专利]便携式自冷却高压氢气增压装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及承压设备试验技术领域，特别是指一种便携的且具有自冷却功能的高压氢气增压装置及方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭以及人们对环境问题的日益关注，作为新世纪重要二次能源的氢能正迅速发展。以氢为动力的氢能汽车已成为世界汽车工业未来发展的方向之一，由此也带动了其关键部件车载储氢气瓶的发展。为验证车载储氢气瓶在汽车意外起火、碰撞情况下的安全性能，世界各国相关标准均要求将车载储氢气瓶充装高压氢气至其公称工作压力（一般为35-70MPa）后进行火烧试验和枪击试验。因火烧与枪击试验危险性较高，所以试验必须在空旷野外进行，这也对为试验气瓶充装高压氢气的增压装置提出了便携与快速增压的双重要求。

目前，国内现有的高压氢气增压装置，较难在便携性和快速增压两方面都达到较高水平。通常便携的氢气增压装置，其输出流量较小、增压缓慢且输出压力不高；而能实现快速增压的氢气增压装置，往往设备较复杂、携带不便，甚至需热交换器，成本较高。中国专利200710011909.7提供了一种连续输氢设备，其通过使用储氢材料实现增压与氢气提纯的双重功能，但输出压力最高仅为35MPa，且需设有热交换器以致设备较为复杂。中国专利200520046789.0提供了一种小型氢气增压装置，其同样通过储氢材料的充放氢特性实现氢气增压，但仅适用于对增压比要求高，流量较小的氢气增压场合。中国专利201120075026.4提供了一种70MPa移动式氢气加注设备，其包括单元底撬上的驱动空气装置、储气瓶组和增压装置，可为氢能汽车上的高压储氢气瓶进行快速加氢。但该设备还需设有报警自停装置、冷却装置、控制柜及大量的控制元件等其他附件，更适用于公路或园区的氢能汽车加氢服务。中国专利201110119297.X提供了一种基于气驱增压技术的快速充氢成套装备及方法，其通过预增储氢罐、气驱增压泵等设备可实现高压储氢气瓶的快速充放氢，但其设备及控制系统较为复杂，不具便携性。

因此，如何设计开发一种既便携，又能为试验气瓶快速充氢的高压氢气增压装置，以满足车载储氢气瓶火烧与枪击试验的需要，从而验证气瓶在汽车起火、碰撞情况下的安全性能，就显得格外重要且意义重大。

发明内容

本发明要解决的技术方案是，克服现有技术的不足，提供一种便携式自冷却高压氢气增压装置及方法。特别是针对车载储氢气瓶火烧试验与枪击试验的需要，使其便于携带且具有自冷却功能，可有效控制高压氢气经增压后的温升，从而将试验气瓶快速充装氢气至其公称工作压力。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种便携式自冷却高压氢气增压装置，包括氢气增压单元；还包括空气驱动单元和氢气冷却单元；其中，氢气增压单元包括入口单向阀、气驱氢气增压器和出口单向阀；空气驱动单元包括压缩空气源、过滤器、减压阀和换向阀；氢气冷却单元包括冷却套管和消音器；

氢气增压单元中的气驱氢气增压器是活塞式增压器，其活塞的驱动侧通过管路接至空气驱动单元的换向阀；入口单向阀分别与氢气源单元和气驱氢气增压器的增压缸入口相连，出口单向阀分别与气驱氢气增压器的增压缸出口和氢气管路相连，氢气管路的另一端则用于连接车载储氢气瓶；所述冷却套管设于氢气管路的外侧，设于气驱氢气增压器上的空气出口连接至冷却套管的末端，位于冷却套管始端的排出口处设消音器；

所述气驱氢气增压器共有两个且为并联安装方式，是具有自冷却功能的双驱动双作用氢气增压器：内设双向双作用活塞，活塞两端均设增压缸；在增压缸外壁设有换热夹套，活塞缸的空气排出口与换热夹套相接；换热夹套的出口与气驱氢气增压器上的空气出口相连；与此相配合，所述换向阀是二位四通阀。

本发明中，所述氢气源单元包括氢气瓶、减压阀、压力表、截止阀和过滤器。

本发明中，所述设于氢气管路外侧的冷却套管是翅片式冷却套管。

本发明中，所述氢气管路上设有压力表和截止阀；安全泄压管路和气控泄压阀接于该氢气管路，安全泄压管路上设有截止阀。

本发明中，气控泄压阀的气控部件与所述空气驱动单元相接。

本发明还进一步提供了基于上述装置的自冷却高压氢气增压方法，是在充氢的时候，由气驱氢气增压器的氢气输出流量、试验气瓶的公称工作压力及其容积确定气驱氢气增压器的增压时间，进而根据应用氢气进行试验的时间安排决定选择两台或单台气驱氢气增压器工作，以在满足充氢速度要求的前提下降低能耗；

所述气驱氢气增压器的增压时间根据公式（1）确定：