CN116242734A - 一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固态储氢罐测试装置技术领域，公开了一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，由自动循环充放氢装置、充放氢性能测试装置、控制与信息采集装置组成。该装置利用储氢合金的吸放氢平衡压随温度的上升/降低呈指数函数增大/减小的原理，由控制与信息采集装置对自动循环充放氢装置和充放氢性能测试装置控制，从而使自动循环充放氢装置对测试金属氢化物储氢罐进行快速加热/冷却来实现充放氢循环；充放氢性能测试装置对测试金属氢化物储氢罐的充放氢性能进行测试，相关数据由控制与信息采集装置记录。本发明提供的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试装置，具有结构简单、经济实用、易于实现、便于推广等优点。
Description
技术领域
本发明属于固态储氢罐测试装置技术领域，更具体地，涉及一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统。
背景技术
氢能源是一种二次能源，作为一种高效、清洁、可持续的能源已得到世界各国的普遍关注，被誉为21世纪的新能源。中国作为世界第一大产氢国，氢能产业正在迅速发展，在氢能生产利用的产业链的上游，制氢、加氢端相对成熟，而储存、运输环节(简称“储运”)已成为氢能价格居高不下的主要制约因素。随着氢能大力发展，储氢装置逐渐被大家认可并得到了广泛应用。氢气储运方式主要可分为高压气态储氢、低温液态储氢、储氢材料固态储氢三种形式。金属氢化物储氢技术是利用储氢材料通过物理或者化学的作用形成金属氢化物从而实现氢气的存储。因其储氢密度高、储氢压力低、储氢纯度高、安全性高等优势，可作为理想的储氢技术。
储氢合金吸氢粉化，并在吸放氢过程中会发生体积膨胀和收缩的现象，从而对储氢罐壁产生应力作用。其原因是在吸放氢过程中，吸氢时氢原子进入储氢合金晶格间隙中，产生晶格膨胀；放氢时氢原子脱出储氢合金晶格间隙，产生晶格收缩。在反复循环吸放氢过程中，由于合金疲劳储氢合金将进行进一次粉化。如何改善储氢材料吸放氢过程中的应力作用影响，是提高金属氢化物储氢固态装置使用寿命的关键。另外，吸放氢过程中储氢合金的储放氢性能是否会发生衰减，如何降低其衰减效果，同样也是影响金属氢化物固态储氢装置使用寿命的重点研究之一。金属氢化物固态储氢装置按照外形和换热结构不同有多种结构类型，但其最基本单位多少外形为圆柱状的金属氢化物储氢罐，因此，在对金属氢化物固态储氢装置进行循环寿命测试评价时，可以其基本单位(圆柱状的金属氢化物储氢罐)为对象进行测试评价。
综上，储氢合金的循环吸放氢性能测试至关重要，循环使用寿命是金属氢化物固态储氢装置重要性能指标之一。现在还缺乏一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述问题，首先提供一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统。
本发明还提供利用上述系统进行自动循环充放氢性能测试的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，包括自动循环充放氢装置、充放氢性能测试装置、控制与信息采集装置、压力传感器、压力表、减压器、流量控制器、真空泵组、多条液体管路、多条氢气管路；
其中，自动循环充放氢装置包括高温液体介质箱、低温液体介质箱、储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2、泵H1、泵H2、泵C1、泵C2、阀H1-1、阀H1-2、阀H1-3、阀H2-1、阀H2-2、阀H2-3、阀C1-1、阀C1-2、阀C1-3、阀C2-1、阀C2-2、阀C2-3，水位开关液控H-1、液控H-2、液控C-1、液控C-2、手动调节阀H1-1、手动调节阀H2-2、手动调节阀C1-1、手动调节阀C2-2、手动调节阀1、手动调节阀2、气动阀1、气动阀2；
所述储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2分别用于放置金属氢化物储氢罐1和金属氢化物储氢罐2；储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2通过液体管路分别与高温液体介质箱和低温液体介质箱相连通，控制与信息采集装置控制阀H1-1、阀H1-2、阀H1-3、泵H1、泵H2、阀C2-1、阀C2-2、阀C2-3和泵C1、泵C2开关，使高温液体介质箱中的高温液体介质和低温液体介质箱中的低温液体介质分别交替进入储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2中，从而使金属氢化物储氢罐1、金属氢化物储氢罐2交替的浸泡在高温液体介质和低温液体介质中，由此实现金属氢化物1、2的循环充放氢；充放氢性能测试装置用于在线测试金属氢化物储氢罐1、金属氢化物储氢罐2的循环充放氢性能。
本发明通过计算机和计算机数据采集及控制系统控制两个金属氢化物储氢罐交替浸泡在高低温液体介质来实现其循环充放氢，与充放氢性能测试数据的采集记录。
本发明中，进行循环充放氢的金属氢化物储氢罐1和金属氢化物储氢罐2规格相同，装填的储氢合金类型和重量相同，并通过氢气管路相连通。
本发明中，进行循环充放氢的金属氢化物储氢罐1初始状态为充满氢状态，金属氢化物储氢罐2为未充氢状态。初始状态时所述的储氢罐容纳箱1、2为无液体状态；初始状态时，所述的高/低温液体介质箱内液体温度到达设计值，例如，高温液体介质箱液体介质温度65℃，低温液体介质箱液体介质温度5℃；高温液体介质箱中液体介质可为纯水，低温液体介质箱中液体介质可为防冻液。
本发明中，金属氢化物储氢罐循环充放氢时的充氢量和放氢量大于其最大充氢量的85％。
本发明提供的一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其工作原理为：储氢合金的吸放氢平衡压随温度的上升/降低呈指数函数增大/减小的原理。两个金属氢化物储氢罐通过气体管路相连接时，一个金属氢化物储氢罐浸泡在高温液体介质中，另一个金属氢化物储氢罐浸泡在低温液体介质中，温度升高的金属氢化物储氢罐释放氢气，对温度降低的金属氢化物储氢罐进行充氢。两个金属氢化物储氢罐交替浸泡在高/低温液体介质中，使两个金属氢化物储氢罐交替升/降温，从而实现两个金属氢化物储氢罐交替进行充/放氢，如此循环则可实现金属氢化物储氢罐的自动循环充放氢。
具体的，金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统中，与外源氢气供应装置相连的氢气管路上分别依次设有减压器1、流量控制器1，真空泵组；后该氢气管路通过一个三通1形成分支氢气管路，其中，第一分支氢气管路连接压力表和压力传感器，而后再次通过一个三通2分为储氢罐1氢气管路和储氢罐2氢气管路，所述储氢罐1氢气管路通向位于储氢罐容纳箱1的储氢罐1，储氢罐2氢气管路通向位于储氢罐容纳箱2里的储氢罐2；第二分支氢气管路依次连接减压器2、流量控制器2和充放氢性能测试装置；其中，储氢罐1氢气管路上分别设有气动阀1、手动调节阀1，储氢罐2氢气管路上分别设有气动阀2、手动调节阀2储氢罐容纳箱1储氢罐容纳箱2。
具体的，金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统中，高温液体介质箱通过泵H1与储氢罐容纳箱1的一侧相连，其中，泵H1通往储氢罐容纳箱1的液体管路上还设有阀H1-1，用于将高温液体介质箱中的高温液体介质泵入储氢罐容纳箱1(储氢罐容纳箱1中高温液体介质的水位由液控H-1控制)；储氢罐容纳箱1的另一侧底部设有液体管路并通过阀H1-2与高温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱1中的高温液体介质回流至高温液体介质箱中，阀H1-2还与手动调节阀H1-1相连，用于调节阀H1-2的液体流量大小；调节手动调节阀H1-1，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱1还通过液体管路以及阀H1-3与高温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱1中的高温液体介质全部回流至高温液体介质箱中。
具体的，金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统中，低温液体介质箱通过泵C1与储氢罐容纳箱2的一侧相连，其中，泵C1通往储氢罐容纳箱2的液体管路上还设有阀C1-1，用于将低温液体介质箱中的低温液体介质泵入储氢罐容纳箱2(储氢罐容纳箱2中低温液体介质的水位由液控C-1控制)；储氢罐容纳箱2的另一侧底部设有液体管路并通过阀C1-2与低温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱2中的低温液体介质回流至低温液体介质箱中，阀C1-2还与手动调节阀C1-1相连，用于调节阀C1-2的液体流量大小；调节手动调节阀C1-1，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱2还通过液体管路以及阀C1-3与低温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱2中的低温液体介质全部回流至低温液体介质箱中。
具体的，金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统中，高温液体介质箱通过泵H2与储氢罐容纳箱2的一侧相连，其中，泵H2通往储氢罐容纳箱2的液体管路上还设有阀H2-1，用于将高温液体介质箱中的高温液体介质泵入储氢罐容纳箱2(储氢罐容纳箱2中高温液体介质的水位由液控H-2控制)；储氢罐容纳箱2的另一侧底部设有液体管路并通过阀H2-2与高温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱2中的高温液体介质回流至高温液体介质箱中，阀H2-2还与手动调节阀H2-2相连，用于调节阀H2-2的液体流量大小；调节手动调节阀H2-2，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱2还通过液体管路以及阀H2-3与高温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱2中的高温液体介质全部回流至高温液体介质箱中。
具体的，金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统中，低温液体介质箱通过泵C2与储氢罐容纳箱1的一侧相连，其中，泵C2通往储氢罐容纳箱1的液体管路上还设有阀C2-1，用于将低温液体介质箱中的低温液体介质泵入储氢罐容纳箱1(储氢罐容纳箱1中低温液体介质的水位由液控C-2控制)；储氢罐容纳箱1的另一侧底部设有液体管路并通过阀C2-2与低温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱1中的低温液体介质回流至低温液体介质箱中，阀C2-2还与手动调节阀C2-2相连，用于调节阀C2-2的液体流量大小；调节手动调节阀C2-2，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱1还通过液体管路以及阀C2-3与低温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱1中的低温液体介质全部回流至低温液体介质箱中。
本发明还提供一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其运行过程说明如下：
(1)将两个同规格的金属氢化物储氢罐1和2(装填相同的储氢合金)分别浸泡在储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2中，其中一个金属氢化物储氢罐充氢至饱和(例如金属氢化物储氢罐1)，另一个金属氢化物储氢罐未充氢，用氢气管路将两个金属氢化物储氢罐连通，并将金属氢化物储氢罐1和2的阀门打开；
(2)通过控制与信息采集装置设定运行时间和循环次数，进行金属氢化物储氢罐自动循环充放氢过程；
(3)在金属氢化物储氢罐自动循环充放氢过程中，通过氢气管路与充放氢性能测试装置相连通进行性能测试，并通过控制与信息采集装置进行记录。
更具体的，本发明提供一种利用所述装置进行充放氢性能测试的方法，包括以下步骤：
S1、将金属氢化物储氢罐1在室温、4MPa条件下充氢至饱和，金属氢化物储氢罐2不充氢，控制与信息采集装置设定高温水槽的温度、低温水槽的温度、每个步骤的运行时间和循环次数。
S2、金属氢化物储氢罐1加热放氢，金属氢化物储氢罐2冷却吸氢：将金属氢化物储氢罐1、金属氢化物储氢罐2分别浸泡在储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2中，用氢气管路将两个金属氢化物储氢罐连通，并将金属氢化物储氢罐1和2的阀门打开；控制与信息采集装置设定运行时间为T1，启动泵H1、阀H1-1、高温液体介质从高温液体介质箱泵入储氢罐容纳箱1中，水位由液控H-1限制，同时启动阀H1-2，使储氢罐容纳箱1中的高温液体介质回流至高温液体介质箱中，调节阀H1-2下的手动调节阀H1-1，使下水的水流量为上水流量的1/2。与此同时，启动泵C1、阀C1-1、低温液体介质从低温液体介质箱泵入储氢罐容纳箱2中，水位由液控C-1限制，同时启动阀C1-2，使储氢罐容纳箱2中的低温液体介质回流至低温液体介质箱中，调节阀C1-2下的手动调节阀C1-1，使下水的水流量为上水流量的1/2。40min后，泵H1、阀H1-1、阀H1-2，以及泵C1、阀C1-1、阀C1-2关闭，停止运行。
S3、高温液体介质和低温液体介质重新归位：控制与信息采集装置设定运行时间为T2，阀H1-3和阀C1-3启动，将储氢罐容纳箱1中的高温液体介质和储氢罐容纳箱2中的低温液体介质分别全部回流到高温液体介质箱和低温液体介质箱，20min后，阀H1-3和阀C1-3关闭。
S4、金属氢化物储氢罐2加热放氢，金属氢化物储氢罐1冷却吸氢：控制与信息采集装置设定运行时间为T3，启动泵H2、阀H2-1、高温液体介质从高温液体介质箱泵入储氢罐容纳箱2中，水位由液控H-2限制，同时启动阀H2-2，使储氢罐容纳箱2中的高温液体介质回至高温液体介质箱中，调节电磁阀H2-2下的手动调节阀H2-2，使下水的水流量为上水流量的1/2；与此同时，启动泵C2、阀C2-1、低温液体介质从冷温水箱泵入储氢罐容纳箱1中，水位由液控C-2限制，同时启动阀C2-2，使储氢罐容纳箱1中的低温液体介质回至低温液体介质箱中，调节阀C2-2下的手动调节阀C2-2，使下水的水流量为上水流量的1/2，40min后，泵H2、阀H2-1、阀H2-2，以及泵C2、阀C2-1、阀C2-2关闭，停止运行。
S5、高温液体介质和低温液体介质重新归位：控制与信息采集装置设定运行时间为T4，阀H2-3和阀C2-3启动，将储氢罐容纳箱1中的低温液体介质和储氢罐容纳箱2中的高温液体介质分别全部回流到低温液体介质箱和高温液体介质箱，20min后，阀H2-3和阀C2-3关闭。
具体的，上述方法中，T1为S2金属氢化物储氢罐1加热放氢，金属氢化物储氢罐2冷却吸氢的时间；T2为第一次高温液体介质和低温液体介质重新归位的时间，T3为金属氢化物储氢罐2加热放氢，金属氢化物储氢罐1冷却吸氢的时间，T4为第二次高温液体介质和低温液体介质重新归位的时间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，该自动循环充放氢与充放氢性能测试系统由自动循环充放氢装置、充放氢性能测试装置、控制与信息采集装置组成。该装置利用储氢合金的吸放氢平衡压随温度的上升/降低呈指数函数增大/减小的原理，由控制与信息采集装置对自动循环充放氢装置和充放氢性能测试装置控制，从而使自动循环充放氢装置对测试金属氢化物储氢罐进行快速加热/冷却来实现充放氢循环；充放氢性能测试装置对测试金属氢化物储氢罐的充放氢性能进行测试，相关数据由控制与信息采集装置记录。本发明提供的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试装置，具有结构简单、经济实用、易于实现、便于推广等优点。
附图说明
图1为金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统的连接示意图；
图2金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统控制线路图；
图3为钛锰系储氢合金5℃和65℃的PCT曲线，每个温度下两条曲线分别代表储氢罐1和储氢罐2。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例以及实验例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料；所用的设备，如无特殊说明，均为常规实验设备。
实施例1
本实施例提供一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，包括高温液体介质箱(下文均称为高温水箱)、低温液体介质箱(下文均称为低温水箱)、储氢罐容纳箱1(下文均称为上水箱1)、储氢罐容纳箱2(下文均称为上水箱2)、泵H1、泵H2、泵C1、泵C2、阀H1-1、阀H1-2、阀H1-3、阀H2-1、阀H2-2、阀H2-3、阀C1-1、阀C1-2、阀C1-3、阀C2-1、阀C2-2、阀C2-3，水位开关液控H-1、液控H-2、液控C-1、液控C-2、手动调节阀H1-1、手动调节阀H2-2、手动调节阀C1-1、手动调节阀C2-2、手动调节阀1、手动调节阀2、气动阀1、气动阀2、压力传感器、压力表、减压器、流量控制器、真空泵组、多条液体管路、多条氢气管路、计算机控制与信息采集装置和充放氢性能测试装置。
本实施例中，高温水箱中设有定时加热装置，从而保证高温水箱中的水温维持在65℃，低温水箱中设有定时冷却装置，从而保证低温水箱中的水温维持在5℃。首先，与外源氢气供应装置相连的氢气管路上分别依次设有减压器1、流量控制器1，真空泵组；后该氢气管路通过一个三通1形成分支氢气管路，其中，第一分支氢气管路连接压力表和压力传感器，而后再次通过一个三通2分为储氢罐1氢气管路和储氢罐2氢气管路，所述储氢罐1氢气管路和储氢罐2氢气管路分别通向位于上水箱1和上水箱2里的储氢罐1和储氢罐2；第二分支氢气管路依次连接减压器2、流量控制器2和充放氢性能测试装置；其中，储氢罐1氢气管路和储氢罐2氢气管路上分别设有气动阀1、手动调节阀1和气动阀2、手动调节阀2。
本实施例中，高温水箱中的定时加热装置为热水机，低温水箱中的定时冷却装置为冷水机。高温水箱通过液体管路与上水箱1、上水箱2相连通，低温水箱通过液体管路与上水箱1、上水箱2相连通。计算机控制与信息采集装置控制阀H1-1、H1-2、H1-3以及泵H1、H2和阀C2-1、C2-2、C2-3以及泵C1、C2开关，使高温水箱中的高温液体介质和低温水箱中的低温液体介质分别交替进入上水箱1、2中，从而使金属氢化物储氢罐1、2交替的浸泡在高温液体介质和低温液体介质中。
具体的，高温水箱通过泵H1与上水箱1的一侧相连，其中，泵H1通往上水箱1的液体管路上还设有阀H1-1，用于将高温水箱中的高温液体介质泵入上水箱1(上水箱1中高温液体介质的水位由液控H-1控制)；上水箱1的另一侧底部设有液体管路并通过阀H1-2与高温水箱连通，使得上水箱1中的高温液体介质回流至高温水箱中，阀H1-2还与手动调节阀H1-1相连，用于调节阀H1-2的液体流量大小；调节手动调节阀H1-1，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，上水箱1还通过液体管路以及阀H1-3与高温水箱相连，从而将上水箱1中的高温液体介质全部回流至高温水箱中。
类似的，低温水箱通过泵C1与上水箱2的一侧相连，其中，泵C1通往上水箱2的液体管路上还设有阀C1-1，用于将低温水箱中的低温液体介质泵入上水箱2(上水箱2中低温液体介质的水位由液控C-1控制)；上水箱2的另一侧底部设有液体管路并通过阀C1-2与低温水箱连通，使得上水箱2中的低温液体介质回流至低温水箱中，阀C1-2还与手动调节阀C1-1相连，用于调节阀C1-2的液体流量大小；调节手动调节阀C1-1，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，上水箱2还通过液体管路以及阀C1-3与低温水箱相连，从而将上水箱2中的低温液体介质全部回流至低温水箱中。
另外，高温水箱通过泵H2与上水箱2的一侧相连，其中，泵H2通往上水箱2的液体管路上还设有阀H2-1，用于将高温水箱中的高温液体介质泵入上水箱2(上水箱2中高温液体介质的水位由液控H-2控制)；上水箱2的另一侧底部设有液体管路并通过阀H2-2与高温水箱连通，使得上水箱2中的高温液体介质回流至高温水箱中，阀H2-2还与手动调节阀H2-2相连，用于调节阀H2-2的液体流量大小；调节手动调节阀H2-2，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，上水箱2还通过液体管路以及阀H2-3与高温水箱相连，从而将上水箱2中的高温液体介质全部回流至高温水箱中。
类似的，低温水箱通过泵C2与上水箱1的一侧相连，其中，泵C2通往上水箱1的液体管路上还设有阀C2-1，用于将低温水箱中的低温液体介质泵入上水箱1(上水箱1中低温液体介质的水位由液控C-2控制)；上水箱1的另一侧底部设有液体管路并通过阀C2-2与低温水箱连通，使得上水箱1中的低温液体介质回流至低温水箱中，阀C2-2还与手动调节阀C2-2相连，用于调节阀C2-2的液体流量大小；调节手动调节阀C2-2，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，上水箱1还通过液体管路以及阀C2-3与低温水箱相连，从而将上水箱1中的低温液体介质全部回流至低温水箱中。
本实施例中，控制与信息采集装置控制泵和阀的连接示意图如图2所示。其所用到的控制元件均为本领域常规电器元件，这里不再赘述。文中的充放氢性能测试装置可以是流量计(必要的话连接计算机)，从而可以通过软件计算输出放氢速度曲线等结果。
本实施例上述金属氢化物储氢罐自动循环充放氢性能测试系统的工作过程如下：
1、将金属氢化物储氢罐1充氢至饱和(室温、4MPa充氢)，金属氢化物储氢罐2不充氢，高温水箱的温度设置为65℃，低温水箱的温度设定为5℃；控制与信息采集装置设定运行时间T1、T3为40min，T2、T4为20min；循环次数设定为10次。
2、金属氢化物储氢罐1加热放氢，金属氢化物储氢罐2冷却吸氢：将金属氢化物储氢罐1、金属氢化物储氢罐2分别浸泡在上水箱1、上水箱2中，用氢气管路将两个金属氢化物储氢罐连通，并将金属氢化物储氢罐1和2的阀门打开；控制与信息采集装置设定运行时间T1为40min，启动泵H1、阀H1-1、高温液体介质从高温水箱泵入上水箱1中，水位由液控H-1限制，同时启动阀H1-2，使上水箱1中的高温液体介质回流至高温水箱中，调节阀H1-2下的手动调节阀H1-1，使下水的水流量为上水流量的1/2。与此同时，启动泵C1、阀C1-1、低温液体介质从低温水箱泵入上水箱2中，水位由液控C-1限制，同时启动阀C1-2，使上水箱2中的低温液体介质回流至低温水箱中，调节阀C1-2下的手动调节阀C1-1，使下水的水流量为上水流量的1/2。40min后，泵H1、阀H1-1、阀H1-2，以及泵C1、阀C1-1、阀C1-2关闭，停止运行。
3、冷热水归位：控制与信息采集装置设定运行时间T2为20min，阀H1-3和阀C1-3启动，将上水箱1中的高温液体介质和上水箱2中的低温液体介质分别全部回流到高温水箱和低温水箱，20min后，阀H1-3和阀C1-3关闭。
4、金属氢化物储氢罐2加热放氢，金属氢化物储氢罐1冷却吸氢：控制与信息采集装置设定运行时间T3为40min，启动泵H2、阀H2-1、高温液体介质从高温水箱泵入上水箱2中，水位由液控H-2限制，同时启动阀H2-2，使上水箱2中的高温液体介质回至高温水箱中，调节电磁阀H2-2下的手动调节阀H2-2，使下水的水流量为上水流量的1/2；与此同时，启动泵C2、阀C2-1、低温液体介质从冷温水箱泵入上水箱1中，水位由液控C-2限制，同时启动阀C2-2，使上水箱1中的低温液体介质回至低温水箱中，调节阀C2-2下的手动调节阀C2-2，使下水的水流量为上水流量的1/2，40min后，泵H2、阀H2-1、阀H2-2，以及泵C2、阀C2-1、阀C2-2关闭，停止运行。
5、冷热水归位：控制与信息采集装置设定运行时间T4为20min，阀H2-3和阀C2-3启动，将上水箱1中的低温液体介质和上水箱2中的高温液体介质分别全部回流到低温水箱和高温水箱，20min后，阀H2-3和阀C2-3关闭。
需要说明的是，上述高温水箱中的液体介质温度、低温水箱中的液体介质温度，以及每个步骤的运行时间可以根据实际情况调整。
T1为S2金属氢化物储氢罐1加热放氢，金属氢化物储氢罐2冷却吸氢的时间；T2为第一次高温液体介质和低温液体介质重新归位的时间，T3为金属氢化物储氢罐2加热放氢，金属氢化物储氢罐1冷却吸氢的时间，T4为第二次高温液体介质和低温液体介质重新归位的时间。
上述步骤2维持时间T1需要根据各个水泵的水流量以及所使测试储氢罐的尺寸确定。通过阀H1-2，使上水箱1中的高温液体介质回至高温水箱中，从而使上水箱1中的液体温度能保证与高温水箱中的高温液体接近；通过阀C1-2，使上水箱2中的低温液体介质回至低温水箱中，从而使上水箱2中的液体温度能保证与低温水箱中的低温液体接近，起到温度控制的作用。
步骤4维持时间T3需要根据各个水泵的水流量以及所使测试储氢罐的尺寸确定。通过阀H2-2，使上水箱2中的高温液体介质回至高温水箱中，从而使上水箱2中的液体温度能保证与高温水箱中高温液体接近；通过阀C2-2，使上水箱1中的低温液体介质回至低温水箱中，从而使上水箱1中的液体温度与低温水箱中的低温液体接近，起到温度控制的作用。
上述步骤2到步骤5为一次完成的循环充放氢过程，循环步骤2到步骤5共10次，即实现为金属氢化物储氢罐循环充放氢10次。
按照上述步骤，本发明所采用的金属氢化物储氢罐1和2进行循环充放氢过程中，储氢罐内的氢气压力为1Mpa左右，图3为钛锰系AB2储氢合金5℃和65℃的PCT曲线，从曲线中可知，钛锰系AB2储氢合金的最大充氢量为1.9％，在5℃、1MPa条件下，钛锰系AB2储氢合金的吸氢量为1.78wt％，而在65℃、1MPa条件下钛锰系AB2储氢合金的残余氢量为0.08wt％，由此可知，金属氢化物储氢罐1和2在充放氢过程中的充氢量和放氢量为1.7wt％，为其最大充氢量的89.4％。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，包括自动循环充放氢装置、充放氢性能测试装置、控制与信息采集装置、压力传感器、压力表、减压器、流量控制器、真空泵组、多条液体管路、多条氢气管路；
其中，自动循环充放氢装置包括高温液体介质箱、低温液体介质箱、储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2、泵H1、泵H2、泵C1、泵C2、阀H1-1、阀H1-2、阀H1-3、阀H2-1、阀H2-2、阀H2-3、阀C1-1、阀C1-2、阀C1-3、阀C2-1、阀C2-2、阀C2-3，水位开关液控H-1、液控H-2、液控C-1、液控C-2、手动调节阀H1-1、手动调节阀H2-2、手动调节阀C1-1、手动调节阀C2-2、手动调节阀1、手动调节阀2、气动阀1、气动阀2；
所述储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2分别用于放置金属氢化物储氢罐1和金属氢化物储氢罐2；储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2通过液体管路分别与高温液体介质箱和低温液体介质箱相连通，控制与信息采集装置控制阀H1-1、阀H1-2、阀H1-3、泵H1、泵H2、阀C2-1、阀C2-2、阀C2-3和泵C1、泵C2开关，使高温液体介质箱中的高温液体介质和低温液体介质箱中的低温液体介质分别交替进入储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2中，从而使金属氢化物储氢罐1、金属氢化物储氢罐2交替的浸泡在高温液体介质和低温液体介质中，由此实现金属氢化物1、2的循环充放氢；充放氢性能测试装置用于在线测试金属氢化物储氢罐1、金属氢化物储氢罐2的循环充放氢性能。
2.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，进行循环充放氢的金属氢化物储氢罐1初始状态为充满氢状态，金属氢化物储氢罐2为未充氢状态。
3.根据权利要求2所述的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，初始状态时储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2为无液体状态；高低温液体介质箱和低温液体介质箱内液体温度到达设定值。
4.根据权利要求3所述的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，与外源氢气供应装置相连的氢气管路上分别依次设有减压器1、流量控制器1，真空泵组；后该氢气管路通过一个三通1形成分支氢气管路，其中，第一分支氢气管路连接压力表和压力传感器，而后再次通过一个三通2分为储氢罐1氢气管路和储氢罐2氢气管路，所述储氢罐1氢气管路通向位于储氢罐容纳箱1的储氢罐1，储氢罐2氢气管路通向位于储氢罐容纳箱1储氢罐容纳箱2里的储氢罐2；第二分支氢气管路依次连接减压器2、流量控制器2和充放氢性能测试装置；其中，储氢罐1氢气管路上分别设有气动阀1、手动调节阀1，储氢罐2氢气管路上分别设有气动阀2、手动调节阀2。
5.根据权利要求4所述的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，高温液体介质箱通过泵H1与储氢罐容纳箱1的一侧相连，其中，泵H1通往储氢罐容纳箱1的液体管路上还设有阀H1-1，用于将高温液体介质箱中的高温液体介质泵入储氢罐容纳箱1(储氢罐容纳箱1中高温液体介质的水位由液控H-1控制)；储氢罐容纳箱1的另一侧底部设有液体管路并通过阀H1-2与高温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱1中的高温液体介质回流至高温液体介质箱中，阀H1-2还与手动调节阀H1-1相连，用于调节阀H1-2的液体流量大小；调节手动调节阀H1-1，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱1还通过液体管路以及阀H1-3与高温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱1中的高温液体介质全部回流至高温液体介质箱中。
6.根据权利要求5所述的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，低温液体介质箱通过泵C1与储氢罐容纳箱2的一侧相连，其中，泵C1通往储氢罐容纳箱2的液体管路上还设有阀C1-1，用于将低温液体介质箱中的低温液体介质泵入储氢罐容纳箱2(储氢罐容纳箱2中低温液体介质的水位由液控C-1控制)；储氢罐容纳箱2的另一侧底部设有液体管路并通过阀C1-2与低温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱2中的低温液体介质回流至低温液体介质箱中，阀C1-2还与手动调节阀C1-1相连，用于调节阀C1-2的液体流量大小；调节手动调节阀C1-1，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱2还通过液体管路以及阀C1-3与低温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱2中的低温液体介质全部回流至低温液体介质箱中。
7.根据权利要求6所述的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，高温液体介质箱通过泵H2与储氢罐容纳箱2的一侧相连，其中，泵H2通往储氢罐容纳箱2的液体管路上还设有阀H2-1，用于将高温液体介质箱中的高温液体介质泵入储氢罐容纳箱2(储氢罐容纳箱2中高温液体介质的水位由液控H-2控制)；储氢罐容纳箱2的另一侧底部设有液体管路并通过阀H2-2与高温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱2中的高温液体介质回流至高温液体介质箱中，阀H2-2还与手动调节阀H2-2相连，用于调节阀H2-2的液体流量大小；调节手动调节阀H2-2，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱2还通过液体管路以及阀H2-3与高温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱2中的高温液体介质全部回流至高温液体介质箱中。
8.根据权利要求7所述的金属氢化物储氢罐自动循环充放氢与充放氢性能测试系统，其特征在于，低温液体介质箱通过泵C2与储氢罐容纳箱1的一侧相连，其中，泵C2通往储氢罐容纳箱1的液体管路上还设有阀C2-1，用于将低温液体介质箱中的低温液体介质泵入储氢罐容纳箱1(储氢罐容纳箱1中低温液体介质的水位由液控C-2控制)；储氢罐容纳箱1的另一侧底部设有液体管路并通过阀C2-2与低温液体介质箱连通，使得储氢罐容纳箱1中的低温液体介质回流至低温液体介质箱中，阀C2-2还与手动调节阀C2-2相连，用于调节阀C2-2的液体流量大小；调节手动调节阀C2-2，使得下水的水流量为上水流量的1/2；同时，储氢罐容纳箱1还通过液体管路以及阀C2-3与低温液体介质箱相连，从而将储氢罐容纳箱1中的低温液体介质全部回流至低温液体介质箱中。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述系统进行充放氢性能测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将金属氢化物储氢罐1在室温、4MPa条件下充氢至饱和，金属氢化物储氢罐2不充氢，控制与信息采集装置设定高温液体介质箱的温度、低温液体介质箱的温度、每个步骤的运行时间和循环次数；
S2、金属氢化物储氢罐1加热放氢，金属氢化物储氢罐2冷却吸氢：将金属氢化物储氢罐1、金属氢化物储氢罐2分别浸泡在储氢罐容纳箱1、储氢罐容纳箱2中，用氢气管路将两个金属氢化物储氢罐连通，并将金属氢化物储氢罐1和2的阀门打开；控制与信息采集装置设定运行时间为T1，启动泵H1、阀H1-1、高温液体介质从高温液体介质箱泵入储氢罐容纳箱1中，水位由液控H-1限制，同时启动阀H1-2，使储氢罐容纳箱1中的高温液体介质回流至高温液体介质箱中，调节阀H1-2下的手动调节阀H1-1，使下水的水流量为上水流量的1/2；与此同时，启动泵C1、阀C1-1、低温液体介质从低温液体介质箱泵入储氢罐容纳箱2中，水位由液控C-1限制，同时启动阀C1-2，使储氢罐容纳箱2中的低温液体介质回流至低温液体介质箱中，调节阀C1-2下的手动调节阀C1-1，使下水的水流量为上水流量的1/2；40min后，泵H1、阀H1-1、阀H1-2，以及泵C1、阀C1-1、阀C1-2关闭，停止运行；
S3、第一次高温液体介质和低温液体介质重新归位：控制与信息采集装置设定运行时间为T2，阀H1-3和阀C1-3启动，将储氢罐容纳箱1中的高温液体介质和储氢罐容纳箱2中的低温液体介质分别全部回流到高温液体介质箱和低温液体介质箱，20min后，阀H1-3和阀C1-3关闭；
S4、金属氢化物储氢罐2加热放氢，金属氢化物储氢罐1冷却吸氢：控制与信息采集装置设定运行时间为T3，启动泵H2、阀H2-1、高温液体介质从高温液体介质箱泵入储氢罐容纳箱2中，水位由液控H-2限制，同时启动阀H2-2，使储氢罐容纳箱2中的高温液体介质回至高温液体介质箱中，调节电磁阀H2-2下的手动调节阀H2-2，使下水的水流量为上水流量的1/2；与此同时，启动泵C2、阀C2-1、低温液体介质从冷温水箱泵入储氢罐容纳箱1中，水位由液控C-2限制，同时启动阀C2-2，使储氢罐容纳箱1中的低温液体介质回至低温液体介质箱中，调节阀C2-2下的手动调节阀C2-2，使下水的水流量为上水流量的1/2，40min后，泵H2、阀H2-1、阀H2-2，以及泵C2、阀C2-1、阀C2-2关闭，停止运行；
S5、第二次高温液体介质和低温液体介质重新归位：控制与信息采集装置设定运行时间为T4，阀H2-3和阀C2-3启动，将储氢罐容纳箱1中的低温液体介质和储氢罐容纳箱2中的高温液体介质分别全部回流到低温液体介质箱和高温液体介质箱，20min后，阀H2-3和阀C2-3关闭。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，金属氢化物储氢罐循环充放氢时的充氢量和放氢量大于其最大充氢量的85％。
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