CN1318833C - 储氢罐使用性能测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种储氢罐使用性能测试装置，包括有一充氢控制单元、一放氢控制单元、一控制器、一充氢基准值设定单元、一放氢基准值设定单元、一放氢完成检测单元。于进行储氢罐的测试作业时，由该充氢控制单元将氢气源经由气体管线充填至储氢罐中，当充填的氢气量达到该充氢基准值设定单元所设定的参考基准值时，由该放氢控制单元经由该气体管线将储氢罐中的氢气予以释放出，直至该放氢基准值设定单元所设定的参考基准值，重复前述的充氢及放氢作业，以测知该储氢罐的使用性能。该待测储氢罐可浸置于一水槽中，且由一温水供应装置及冷水供应装置供应充氢及放氢作业中所需的温水或冷水。

Description

储氢罐使用性能测试装置
技术领域
本发明是关于一种储氢罐性能测试技术，特别是指一种储氢罐于充气及放氢作业时的使用性能测试装置。
背景技术
燃料电池(Fuel Cell)是一种借着电化学反应，直接利用含氢燃料和空气产生电能的装置。燃料电池工作所需的氢气可由储氢槽或重组器提供，以做为燃料电池组的反应物。当空气与氢气在电池组进行电化学反应时，会同时产生水、电力与热能。
目前氢气储存的技术主要可分为高压气体、液态氢与储氢合金三种，其中高压气体储氢方式的能量重量密度较高，但是体积较大，而且安全性较差。液态氢储氢方式的能量重量密度虽也较高，但是液化能量消耗大，同时须使用绝热储槽，比较适合用在大型储槽。在一般性的应用领域(例如电动车中所使用的较小型储氢装置)中，应以储氢合金较为实用。一般使用的储氢合金种类包括有例如镧镍系列、铁钛系列、镁合金系列等。
然而，以储氢罐来作为燃料电池的氢气供应源时，虽然具有简便、安全的优点，但是该储氢罐的各项使用性能(例如充氢性能、放氢能力、使用寿命...等)直接影响了燃料电池的操作特性。因此，在应用该储氢罐于各种不同应用领域时，应对该储氢罐的各项使用性能进行测试及验证，方能确保其产业上的实用价值。
在储氢罐的使用寿命测试中，需对该储氢罐进行充氢、放氢的循环作业，并在预定的测试条件及信号检测下进行，才能较精确测试出该储氢罐的使用寿命。再者，在充氢作业程序中，储氢罐的储氢合金在吸氢时会放热，使储氢罐的温度上升，导致储氢合金的吸氢速率降低，因此此时需要利用冷水或冰水加以冷郄，以提升吸氢速率。而在放氢作业程序中，储氢合金在放氢时会吸热，使储氢罐的温度下降，导致储氢合金的放氢速率降低，因此此时需要同时利用温水或热水予以加热，以提升放氢速率。如何设计出一适合的测试装置来符合上述的需求，对于储氢罐的使用性能的掌握当是极为重要课题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种储氢罐的使用性能测试装置，用以测试该储氢罐在实际使用时经过数次的充氢、放氢作业时的使用性能状况，以建立该储氢罐的性能数据、以及了解该储氢罐的使用性能。
本发明的另一目的是提供一种储氢罐的性能测试装置，经由各项控制单元的安排及信号的检测，以建立一可进行储氢罐的充氢及放氢作业的测试架构，以在可控制的各项设定条件下进行该储氢罐的性能测试。
本发明的另一目的是提供一种针对单一储氢罐进行性能测试的简易装置，该待测的储氢罐可浸置于一水槽中，且可由一温水供应装置及冷水供应装置供应放氢及充氢作业中所需的温水或冷水。
本发明的另一目的是提供一种针对整组多支储氢罐进行性能测试的简易装置，该待测的整组储氢罐可浸置于一水槽中，且可由一温水供应装置及冷水供应装置供应放氢及充氢作业中所需的温水或冷水。
为了达到上述的本发明目的，在本发明实施例中是包括有一充氢控制单元，经由气体管线连接于该待测储氢罐，用以将一氢气源所供应的氢气经由该气体管线充填至该储氢罐中；一放氢控制单元，经由气体管线连接于该待测储氢罐，用以控制该储氢罐中的氢气经由气体管线予以释放；一控制器，用以控制该充氢控制单元的充氢作业及放氢控制单元的放氢作业；一充氢基准值设定单元，连接于该控制器，用以设定充氢作业时的参考基准值；一放氢基准值设定单元，连接于该控制器，用以设定放氢作业时的参考基准值；一放氢完成检测单元，连接于该气体管线，用以检测该储氢罐内的氢气是否已完成放氢作业；于进行该储氢罐的测试作业时，由该充氢控制单元将氢气源经由气体管线充填至储氢罐中，当充填的氢气量达到该充氢基准值设定单元所设定的参考基准值时，由该放氢控制单元经由该气体管线将储氢罐中的氢气予以释放出，直至该放氢基准值设定单元所设定的参考基准值，重复前述的充氢及放氢作业，以测知该储氢罐的使用性能。
较佳地，该充氢基准值设定单元所设定的参考基准值是一充氢压力上限值，用以设定充氢作业时的氢气上限压力。该放氢基准值设定单元所设定的参考基准值是一放氢压力下限值，用以设定放氢作业时的氢气下限压力，该放氢基准值设定单元所设定的参考基准值亦可为一放氢流量下限值，用以设定放氢作业时的氢气下限流量。
本发明的其它目的及其功效，将借由以下的实施例及附呈图式作进一步的说明如后。
附图说明
图1是显示本发明较佳实施例中相关构件配置的示意图；
图2是显示本发明在进行储氢罐的使用性能量测时的单次实测结果曲线图。
图号说明：
1、待测储氢罐             11、气体管线
2、水槽                   21、水
30、充氢控制单元          301、氢气源
31、过滤器                32、降压阀
33、氢气流量侦测与控制计  34、电磁控制阀
35、氢气压力计            36、排气控制单元
4、控制器                 51、充氢基准值设定单元
52、放氢基准值设定单元    53、充氢及放氢计数单元
6、温度感测组件           7、温水供应装置
71、泵浦                  72、温水槽
73、加热装置              8、冷水供应装置
81、泵浦                  82、冷水槽
83、冷却装置              S1、氢气压力值
S2、氢气流量值            S3、输出控制信号
S4、输出控制信号          S5、水温信号
S6、输出控制信号          S7、输出控制信号
C1、氢气流量曲线          C2、氢气压力曲线
具体实施方式
请参阅图1所示，是显示本发明储氢罐性能测试装置的相关构件配置示意图，用以对一待测储氢罐1进行使用性能的测试。借由本发明的使用性能测试，可以对储氢罐的例如充氢状况、放氢能力、使用寿命...等各项性能进行了解及验证。
如图所示，该待测储氢罐1是承置在一水槽2中，且该水槽2中容置有适量的水21。该待测储氢罐1的氢气出口是连结于气体管线11，且在该气体管线11上配置有一充氢控制单元30、过滤器31、一降压阀32、一氢气流量侦测与控制计33、一电磁控制阀34、一氢气压力计35。
在充氢作业中，该充氢控制单元30可将氢气源301所供应的氢气充填入待测储氢罐1中。而在放氢作业中，该待测储氢罐1的氢气可经由气体管线11、过滤器31、降压阀32、氢气流量侦测与控制计33、电磁控制阀34的路径而予以释放。气体管线11中的过滤器31，主要是可用以过滤氢气成份中的微细粉状物，避免氢气管线统统及管线中相关构件的污染。
该氢气压力计35是可用以量测该待测储氢罐1的氢气压力，而氢气流量侦测与控制计33是可用来量测及控制该待测储氢罐1经由气体管线11、过滤器31、降压阀32、及电磁控制阀34的氢气流量。该氢气压力计35与氢气流量侦测与控制计33乃构成了本发明中的放氢完成检测单元，可依据该氢气压力计35或氢气流量侦测与控制计33的量测数值而据以判断该待测储氢罐1中的氢气是否已完成放氢作业。而该降压阀32、氢气流量侦测与控制计33、及电磁控制阀34则构成了本发明的放氢控制单元，用以控制该储氢罐的放氢作业。
该氢气压力计31与氢气流量侦测与控制计33所分别量测到的待测储氢罐1的氢气压力值S1及氢气流量值S2信号，可被一控制器4所接收。控制器4则可透过输出控制信号S3控制通过该氢气流量侦测与控制计33的氢气流量、以及可透过输出控制信号S4控制电磁控制阀34的开启或闭合。该控制器4可直接采用一个人计算机或笔记型计算机来作为信号接收及信号处理的控制装置，而该氢气压力值S1及氢气流量值S2可经由习用的信号转换及传输界面送至该控制器4中。
一充氢基准值设定单元51连接于该控制器4，可用以设定充氢作业时的参考基准值，该参考基准值是一充氢压力上限值，用以设定该储氢罐于充氢作业时的氢气上限压力。当该储氢罐1的氢气压力被充至该充氢压力上限值(例如300PSIA)时，即在充氢控制单元30的控制之下，将氢气源301所供应的氢气予以切断。
一放氢基准值设定单元52亦连接于该控制器4，用以设定放氢作业时的参考基准值，该参考基准值是一放氢压力下限值，用以设定该储氢罐于放氢作业时的氢气下限压力。当该储氢罐1的氢气被释放至该放氢压力下限值(例如25PSIA)时，即在电磁控制阀34的控制之下，停止该储氢罐的放氢作业。
该放氢基准值设定单元52所设定的放氢参考基准值亦可为一放氢流量下限值，用以设定该储氢罐于放氢作业时的氢气下限流量。当该储氢罐1的氢气被释放至该放氢流量下限值(例如6SLPM)时，即在氢气流量侦测与控制计33的侦测及电磁控制阀34的控制之下，停止该储氢罐的放氢作业。
一充氢及放氢计数单元53是连接于该控制器4，可用以记录待测储氢罐1的充氢及放氢的循环测试次数。
在温度控制方面，水槽2中的水21的水温可由一温度感测组件6(例如可采用习用的热电耦组件或白金感温组件)，用以检知该水槽2中的水21的温度，该温度感测组件6所检测到的水温信号S5可送至控制器4中。
该水槽1连结有一温水供应装置7，其包括有一泵浦71、一温水槽72、一加热装置73，温水槽72中的温水可以借由泵浦71抽送至水槽2中，并使水槽2中的水21进行循环。该温水槽72的水温可在控制器4的一输出控制信号S6的控制下，借由加热装置73予以加热。
此外，一冷水供应装置8亦连结于该水槽1，该冷水供应装置8包括有一泵浦81、一冷水槽82、一冷却装置83，冷水槽82中的冷水可以借由泵浦81抽送至水槽2中，并使水槽2中的水进行循环。该冷水槽82的水温可在控制器4的一输出控制信号S7的控制下，借由冷却装置83予以冷却。
借由该温水供应装置7或冷水供应装置8供应温水或冷水至水槽2，而可使待测的储氢罐1于放氢作业及充氢作业时，浸置于适当操作温度的水中。
于进行该储氢罐2的使用性能测试作业时，首先进行充氢作业，由该充氢控制单元30将氢气源301的氢气经由气体管线11充填至储氢罐1中，当充填的氢气量达到该充氢基准值设定单元51所设定的参考基准值时，即接着进行后续的放氢作业。
在放氢作业中，由降压阀32、氢气流量侦测与控制计33、及电磁控制阀34所组成的放氢控制单元经由该气体管线11将储氢罐1中的氢气予以释放出。在该储氢罐的放氢过程中，可先由氢气流量侦测与控制计33设定所需的流量，并且测知其氢气的实际流量，且该检测到的氢气流量值S2送至控制器4中。同时，该储氢罐1的放氢过程中，其储氢罐1的氢气压力亦可由氢气压力计35予以量测，且该量测到的氢气压力值S1送至控制器4中。
该控制器4可在接收到该氢气压力计35所送出的氢气压力值S1或是氢气流量侦测与控制计33所送出的氢气流量值S2后，与放氢基准值设定单元52所设定的放氢参考基准值(可为放氢压力下限值或放氢流量下限值)比较之后，以判知该储氢罐1的放氢能力。
该放氢基准值设定单元52所设定的放氢参考基准值依不同的应用(例如该储氢罐应用在电动机车、电动脚踏车…)、以及选用的储氢合金材料而有不同，故该放氢性能基准值可依据不同的应用领域而设定一适当的基准值。
由于储氢罐1的储氢合金在放氢过程中会有吸热的效应，使储氢罐1的温度下降，导致储氢合金的放氢速率降低，因此，本发明的较佳实施例设计中，于储氢罐的放氢作业时，可由温水供应装置7供应水槽2中所需的温水，且借由该温水供应装置7的泵浦71可使水槽2中的水21进行循环。而在充氢作业时，可由冷水供应装置8供应水槽2中所需的冷水，且借由该冷水供应装置8的泵浦81可使水槽2中的水21进行循环。
图2是显示本发明在进行储氢罐的使用性能量测时的单次实测结果曲线图，其是在摄氏30度的测试温度条件下对该待测储氢罐进行充氢及放氢作业。曲线中的左侧纵轴是代表氢气压力值(PSIA，Pounds Per SquareInch Absolute)、右侧纵轴是代表氢气流量值(SLPM，Standard LitterPer Minute)，而横轴则代表时间(分钟)。氢气流量曲线C1显示该储氢罐在完成充氢后，于放氢过程中，在经过约43分钟的时间后，其流量由约8.2SLPM降至载止点(约6.5SLPM)。而氢气压力曲线C2显示该储氢罐于充氢作业时所充填入的氢气压力是约为300PSIA，而于放氢过程中，在经过约43分钟的时间后，其压力值由约300PSIA降至截止点(约25PSIA)。
重复前述的充氢及放氢作业，并记录该储氢罐于充氢、放氢作业时的各项量测数据(例如氢气压力、氢气流量、操作温度...等)，并且整个测试作业中，借由充氢及放氢计数单元53记录待测储氢罐1的充氢及放氢的循环测试次数。
在本发明的较佳施例中，在气体管线11上另连结有一排气控制单元36(例如可为排气阀或排气孔)，以在进行前述的充氢作业前，可借由排气控制单元36将气体管线11中或储氢罐1中的杂气予以排放，使充入储氢罐1的气体为纯净的氢气，以使本发明所得到的各项性能测试数据较为精确。
前述实施例是以提供单一支储氢罐进行性能测试作为实施例说明，本发明亦可提供作为整组多支储氢罐进行性能测试的简易装置，该待测的整组储氢罐可浸置于水槽中，且可由一温水供应装置及冷水供应装置供应放氢及充氢作业中所需的温水或冷水。
借由上述的本发明实施例说明可知，本发明所提供的储氢罐使用性能测试装置，确可对储氢罐的充氢、放氢性能进行简易操作的测试，对于产业利用性方面确有其实用价值。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求保护范围所界定为准。

Claims (10)

1.一种储氢罐使用性能测试装置，用以测试至少一待测储氢罐的使用性能，该测试装置包括有：
一充氢控制单元，经由气体管线连接于该待测储氢罐，用以将一氢气源所供应的氢气经由该气体管线充填至该储氢罐中；
一放氢控制单元，经由气体管线连接于该待测储氢罐，用以控制该储氢罐中的氢气经由气体管线予以释放；
一控制器，用以控制该充氢控制单元的充氢作业及放氢控制单元的放氢作业；
一充氢基准值设定单元，连接于该控制器，用以设定充氢作业时的参考基准值；
一放氢基准值设定单元，连接于该控制器，用以设定放氢作业时的参考基准值；
一放氢完成检测单元，连接于该气体管线，用以检测该储氢罐内的氢气是否已完成放氢作业；
于进行该储氢罐的测试作业时，由该充氢控制单元将氢气源经由气体管线充填至储氢罐中，当充填的氢气量达到该充氢基准值设定单元所设定的参考基准值时，由该放氢控制单元经由该气体管线将储氢罐中的氢气予以释放出，直至该放氢基准值设定单元所设定的参考基准值，重复前述的充氢及放氢作业，以测知该储氢罐的使用性能，其中该待测储氢罐是浸置于一水槽中，水槽中具有适量的水，且该水槽还连结有：
一温水供应装置，以在该放氢作业中，供应该水槽中所需的温水；
一冷水供应装置，以在该充氢作业中，供应该水槽中所需的冷水。
2.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其特征在于：该温水供应装置包括有一泵浦、一温水槽、及一冷却装置，借由该泵浦将温水槽中的温水抽送及循环于该承置待测储氢罐的水槽中；而该冷水供应装置包括有一泵浦、一冷水槽、及一冷却装置，借由该泵浦将冷水槽中的冷水抽送及循环于该承置待测储氢罐的水槽中。
3.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其特征在于：该充氢基准值设定单元所设定的参考基准值是一充氢压力上限值，用以设定充氢作业时的氢气上限压力。
4.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其特征在于：该放氢基准值设定单元所设定的参考基准值是一放氢压力下限值，用以设定放氢作业时的氢气下限压力。
5.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其特征在于：该放氢基准值设定单元所设定的参考基准值是一放氢流量下限值，用以设定放氢作业时的氢气下限流量。
6.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其特征在于：该放氢完成检测单元是包括有一氢气压力计，用以量测该储氢罐的氢气压力值，并将量测到的氢气压力值传送至控制器中，当该氢气压力值低于放氢基准值设定单元所设定的压力参考基准值时，即表示该储氢罐已完成放氢作业。
7.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其特征在于：该放氢完成检测单元是包括有一氢气流量计，用以量测该储氢罐的氢气流量值，并将量测到的氢气流量值传送至控制器中，当该氢气流量值低于放氢基准值设定单元所设定的流量参考基准值时，即表示该储氢罐已完成放氢作业。
8.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其特征在于：该气体管线中还配置有一过滤器。
9.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其还包括有一排气控制单元，连接于该气体管线，以在进行充气作业前先进行气体管线的排气作业。
10.根据权利要求1所述的储氢罐使用性能测试装置，其还包括有一充氢及放氢计数装置，用以记录该储氢罐的充氢及放氢的循环测试次数。
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