[发明专利]一种采用预压式气液置换的气瓶充气系统

说明书

技术领域

本发明涉及气瓶高压,超高压快速充装气体设备技术领域，具体涉及一种采用预压式气液置换的气瓶高压,超高压快速充气系统。

背景技术

预压式气液置换大流量气体匀速快充系统，是为了克服天然气、氢气加气站目前气瓶充装高压、超高压快速充装气体的过程中存在的气体大流速快速充装过程中产生的相向变化的气体快充温升，而影响气瓶气体快充温升的三个因素包括：[1]进入气瓶中的气体初始充装温度，[2]进入气瓶时气瓶气体原始状态的初始充装压力，[3]进入气瓶气中的气体初始充装速率，三个因素所产生的气瓶内气体快速充装过程中温度的升高，所导致的气瓶安全性隐患和充装量不足造成经济效益不高的问题。因此，提高气瓶安全性能，加气站安全生产和社会经济效益，以诚为本领域技术人员有待解决的技术问题。

目前由同济大学等单位主持开发的，国内最先进的第三代移动加氢产站，可执行35MPa压力以下的快速加注；对70MPa压力下的气体加注，则执行慢速加注。从以上两个压力指标看，国内的氢气加注技术还存在受气体快充加注产生的气体快充温升影响，不能解决温度对气瓶使用要求85℃以下的国家规范标准，达不到额定充装量，才采用传统的气体充装方法，用时间延长方式，降低充装速率，解决温度过高带来的问题，从而达到气体充装质量。

从日本成田机场加氢站照片中发现，加氢装备中有预冷装置，加注压力70MPa。

从空气产品公司转让加注技术设计的某加气站照片中可看到，加气站采用的是三线制充装技术。

从2009年12月4日，浙江大学王新华研究员主持的2006年探索导向课题“70MPa静态化学热压缩高压超纯氢压缩技术与装置”通过了国家科技部高技术中心组织专家的验收。2009年科技部又推出了863课题，研制70Mpa的车载气瓶，大力推动我国高压储氢技术的发展。

中国专利CN101315545公开了一种加氢站高效加氢的三级加注优化控制方法及其系统，从该专利公开资料看，它是加装了一套降温装置，来解决气体加气站在充装过程中，采用大流速充装工艺，造成气体在气瓶内产生的快充温升问题，并增加了一个由操作人员调节加注速率的针阀，以及对温度进行调节的控制系统。该方案尽管采取了多种优化方法来达到控制快充温升的措施，但是设备结构复杂，增加了一套降温装置及三路气体管路和储罐及配件，投资大，产出效果不佳，时间上满足需求，但不能否达到额定充装量指标。

从中国氢能源网2015-6-30报道，日经BP社消息，日本田公司为MIRAI燃料电池车配置的高压储氢罐上开发了温度传感器，通过配备温度传感器，可以检测罐内温度，从而可在确保安全性，同时在3分的超短时间内完成加注作业，在向高压储氢罐内充入高压氢气时，罐内气体受到压缩，温度上升，但需要控制在85℃以下，加氢站可以据车载储氢气瓶的温度进行加氢。通过这个报道，可以看出，目前最先进的充装技术还不尽完善，在经过充装前对气体降温处理后，虽然充装时间上达到了要求，气瓶充装温度达到了最基本的允许范围高限以内，气体充装量离额定充装有一定距离，根据氢气性质,温度每上升5℃,压力上升0.4Mpa,按20℃70Mpa额定充装量计算,

85℃70Mpa-20℃70Mpa＝65℃

65℃/5℃0.4Mpa＝5.2Mpa

70Mpa-5.2Mpa＝64.8Mpa

64.8Mpa/70Mpa＝92.6

因此，目前的充装工艺技术离气瓶理想使用温度,环境温度40℃以下，极端温度60℃,气瓶气体额定充装量20℃70Mpa,

精度±1.5％≈98.95％98.95-92.6＝6.35％

还有不尽人意的差距,还有提升空间。

综合以上简易资料可得出以下基本结论：

1、目前，国内外均采用三线制气体充装工艺设备；

2、35Mpa压力及以70Mpa的气体充装均采用了降温设备；