[发明专利]快速充气预冷系统及其使用方法

说明书

本发明涉及一种快速充气预冷系统及其使用方法，该系统包括充气子系统、N个控温子系统，充气子系统的管路上设置有与N个控温子系统一一对应的换热装置，在管路上还设置有阀组、第一流量计、传感器，在管路的末端还连接有测试气瓶；每一个控温子系统包括与相应的换热装置形成环路的工作装置、设置在该环路上的工作控制阀和若干流量计，系统还包括分别与阀组、第一流量计、传感器、工作装置、工作控制阀、流量计的受控端连接的控制子系统，沿着气体流动方向，充气子系统管路上的多个换热装置对应的控温子系统制冷能力逐渐增强。该发明的优点在于：实现快速准确调节测试气瓶进口气体温度的分级预冷，通过充气子系统上的阀组来控制气体的流量大小。

技术领域

本发明涉及预冷测试领域，尤其是快速充气预冷系统及其使用方法。

背景技术

复合材料储气瓶具有承压高和重量轻的优点，在现有高压气体储存技术中运用越来越广泛，已经成为研发与应用主流。由于复合材料气瓶工作压力高，且易受温度影响，工作介质通常易燃易爆，当快速充气过程中气瓶出现损伤而安全性能下降时，极易发生泄漏和爆炸事故；因此其安全服役性能是重点关注的研究方向。以氢气为例，为了满足市场需求，储氢气瓶需要在约3～5分钟内将压力快速升至额定值。在气瓶快速充氢过程中，由温升效应导致的剧烈温度变化在复合材料层间产生较大温差应力，进而影响树脂基体的力学性能，降低气瓶的疲劳寿命；氢气温升最高可达130℃以上，而复合材料气瓶所用环氧树脂工作温度在超过100℃时，其安全性能会受到影响；因此，需要通过预冷系统对快充过程中的气瓶内氢气温升指标进行控制，限制最高温度在85℃以下。在车载气瓶氢气循环疲劳测试系统中的快速充氢过程处于变温、变流量的复杂工况，该工况下如何实现气瓶内温度的有效控制是充氢过程的关键步骤。

由于实际的储氢气瓶快充过程受到具体的加氢系统设置和气瓶结构尺寸的影响，已有的快充温升分析结果的普适性较差，并不具有很强的参考价值。在已公开专利中，目前大部分高压储氢气瓶的疲劳性能试验均是在液压试验机上进行，得到的试验数据与氢气介质真实工况的差别较大；而基于真实氢气介质的气瓶测试系统专利中，缺少针对变温、变流量工况的快速充氢过程中可以实现快速准确调节测试气瓶进口氢气温度的分级预冷系统。对于一些类似气体也存在这样的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供快速充气预冷系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

快速充气预冷系统，该系统包括充气子系统、N个控温子系统，所述充气子系统的管路上设置有与N个控温子系统一一对应的换热装置，在管路上还设置有阀组、第一流量计、传感器，在管路的末端还连接有测试气瓶；每一个控温子系统包括与相应的换热装置形成环路的工作装置、设置在该环路上的工作控制阀和若干流量计，系统还包括分别与阀组、第一流量计、传感器、工作装置、工作控制阀、流量计的受控端连接的控制子系统，沿着气体流动方向，所述充气子系统管路上的多个换热装置对应的控温子系统制冷能力逐渐增强。

优化的，系统还包括抽真空子系统，所述抽真空子系统设置在充气子系统的末端管路的一个分叉上，该分支上设置有使整个系统成真空状态的真空泵、真空控制阀，所述控制子系统还与真空泵、真空控制阀的受控端连接。

优化的，还包括安全放空子系统，所述安全放空子系统设置在充气子系统的末端管路的一个分叉上，该分支上包括串联在管路上的放空控制阀和只允许从充气子系统输出的第三单向阀、并联在放空控制阀两端的安全阀，第三单向阀输出端的管路密封连接有储气罐，所述控制子系统还与放空控制阀的受控端连接。

优化的，所述换热装置使用套管形式。

优化的，所述传感器包括温度传感器组和压力传感器，所述温度传感器组包括测量每个换热装置两端的温度传感器，相邻的两个换热装置之间的管路上共用一个温度传感器，所述压力传感器检测端设置在最后一个换热装置的输出端管内。