CN218914563U - 一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，耐压测试系统包括连接于氢气罐前端的减压阀Ⅰ和氮气瓶；真空测试系统包括连接于氢气罐前端的球阀和真空泵；氢气供给系统包括连接于氢气罐前端的氢气质量流量计、减压阀Ⅱ；氢气质量流量计可通过调节自身开度主动控制流量；上游管路、下游管路相继连接于氢气罐后端，两者之间设有一爆破片；上游管路上设置压力传感器Ⅱ、下游管路上设置压力传感器Ⅲ；数据采集仪与压力传感器Ⅲ及氢气质量流量计分别连接，并根据压力传感器Ⅲ的监测的允许上限值关闭氢气质量流量计；爆破片的耐压值大于耐压测试系统的氢气罐内的压力监测值。

Description

一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，属于车载氢系统泄漏测试技术领域。

背景技术

高压氢系统氢气泄漏自燃并进一步引发火灾爆炸是氢燃料电池电动汽车的主要灾害表现形式，如何科学精准评价高压氢气泄漏的致灾行为与危害特性成为世界各国在FCEV推广和发展过程中急需且必须解决的重大挑战和时代主题。国内外研究机构在耦合高压氢气热物性、车载储氢状态及泄漏工况下的氢气泄漏扩散着火演变机制、自燃临界条件与喷射火微观动力学等方面开展了系列研究，在演变机制方面形成了以扩散自燃理论为基础的多工况高压氢气泄漏着火动态识别模型，在研究手段方面形成了FLUENT为主线的氢气泄漏扩散、高压自燃着火、火焰形态衰减的数值模拟技术与以“高压储罐-爆破片-下游管道-特定空间”为典型结构的实体测试模拟技术，这些理论和技术为FCEV高压氢系统氢气泄漏致灾危害的科学评价奠定了很好了前端基础。

FCEV高压氢系统泄漏致灾危害评价主要包括失效行为分析与概率评估、灾害演变研判与严重程度评估两个方面，在失效概率层面，国内外主要通过宽时空分布的FCEV实载运行结果经大数据统计与事故树分析获取，现有技术已有基于多地区长时间的实车运行数据提出了FCEV不同失效场景发生概率的定量计算方法，但该方法的准确性受到测试地区、环境条件及样本量等多种因素的影响，缺乏适合的测试系统，尤其缺乏可模拟车载氢气高压泄漏时真实压力、流量等参数的测试系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，设置了一氢气罐，从而可模拟车载氢系统长管路中的氢气总量，同时通过主动控制氢气罐前的流量、并监测氢气罐后部的压力从而实现爆破压力的精准测试，以及后续泄漏后氢气是否发生自燃以及燃烧形态的监测。

本实用新型采取以下技术方案：

一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，包括氢气罐8，耐压测试系统、真空测试系统、氢气供给系统、数据采集仪16、上游管路10、下游管路13；所述耐压测试系统包括连接于氢气罐8前端的减压阀Ⅰ3和氮气瓶1；所述真空测试系统包括连接于氢气罐8前端的球阀7和真空泵6；所述氢气供给系统包括连接于氢气罐8前端的氢气质量流量计5、减压阀Ⅱ4；所述氢气质量流量计5可通过调节自身开度主动控制流量；所述上游管路10、下游管路13相继连接于所述氢气罐8后端，两者之间设有一爆破片12；所述上游管路10上设置压力传感器Ⅱ11、下游管路13上设置压力传感器Ⅲ14；所述数据采集仪16与压力传感器Ⅲ14及所述氢气质量流量计5分别连接，并根据压力传感器Ⅲ14的监测的允许上限值关闭所述氢气质量流量计5；所述爆破片12的耐压值大于所述耐压测试系统的氢气罐8内的压力监测值。

优选的，还包括自燃监测系统，所述自燃监测系统包括连接于所述下游管路13后的后端敞口的安全箱18，所述安全箱18为透明材质，侧旁设有一用于拍摄氢气自燃形态的红外摄像机19。

进一步的，所述下游管路13上位于压力传感器Ⅲ14后还设置压力传感器Ⅳ15，所述压力传感器Ⅳ15也与所述数据采集仪16连接，所述数据采集仪16同时根据压力传感器Ⅳ15的监测的允许上限值关闭所述氢气质量流量计5。

优选的，减压阀4的压力控制量程至少为0-10MPa，氢气质量流量计5的流量控制量程至少为0-200ml/min，并可通过数据采集仪实现自动启停，当压力传感器Ⅲ14检测到超压信号并实时传输至数据采集仪时，数据采集仪输出电流信号并经数据传输线17至氢气质量流量计5，使氢气质量流量计5关闭。

优选的，所述氢气罐8为不锈钢材质，耐压至少为35MPa，氢气罐8的容积为50-2000mL，用于模拟车载氢系统整体或部分容量，上、下游管路的管径为4-12mm，与车载氢系统管径相同。

优选的，所述真空测试系统还包括监测氢气罐8内部压力的压力传感器Ⅰ9，真空泵6的真空度至少为0.1kPa，压力传感器Ⅰ9的量程为-0.05kPa-10MPa。

优选的，所述爆破片12为定压爆破片，爆破压力为0.1-10MPa。

进一步的，所述压力传感器Ⅲ14,压力传感器Ⅳ15用于测试实验过程中下游管路中氢气压力的变化，压力传感器Ⅱ11用于测试氢气的泄漏压力，压力传感器Ⅱ11的量程为-0.05kPa-10MPa。

进一步的，所述安全箱11采用不锈钢制成，并带有可视观察窗，用于限制氢气的泄漏路径或火焰喷射路径；红外摄像机19用于录制氢气扩散形态、火焰形态与温度。

优选的，开始实验时，用氮气将氢气罐8打压至2.0MPa，保持10分钟，以保证装置具备良好的耐压性能；然后通过真空泵将装置抽真空至小于0.1kPa，保持10分钟，以保证装置具备良好的密封性能；然后调节减压阀Ⅱ4至需要的泄漏压力、调节氢气质量流量计5至需要的泄漏流量，直至爆破片12自动爆破，氢气质量流量计5自动关闭，实验过程中各压力传感器、及红外摄像机19实时采集和录制。

本实用新型的有益效果在于：提供了一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验方法与装置，设置了一氢气罐，从而可模拟车载氢系统长管路中的氢气总量，同时通过主动控制氢气罐前的流量、并监测氢气罐后部的压力从而实现爆破压力的精准测试，以及后续泄漏后氢气是否发生自燃以及燃烧形态的监测。

附图说明

图1是本实用新型车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置的示意图。

图中，1氮气瓶，2氢气瓶，3减压阀Ⅰ，4减压阀Ⅱ，5氢气质量流量计，6真空泵，7球阀，8氢气罐，9压力传感器Ⅰ，10上游管路，11压力传感器Ⅱ。12爆破片，13下游管路，14压力传感器Ⅲ，15压力传感器Ⅳ，16数据采集仪，17传输线，18安全箱，19红外摄像机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。

参见图1，一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，包括氢气供给系统、真空测试系统、氢气储罐、上下游管路、爆破片12、各个压力传感器、安全箱18等。

所述供气系统气源为氮气、氢气，氮气主要用于测试前装置的耐压检验与测试后排净装置内的残留氢气，氢气经减压阀Ⅱ4、氢气质量流量计5向储罐内加入氢气。

减压阀Ⅱ4的压力控制量程至少为0-10MPa，氢气质量流量计的流量控制量程至少为0-200ml/min，并可通过数据采集仪实现自动启停，当压力传感器Ⅲ14检测到超压信号并实时传输至数据采集仪时，数据采集仪输出电流信号并经数据传输线17至氢气质量流量计5，氢气质量流量计5然后关闭。

氢气储罐、管路及其连接件均为不锈钢材质，耐压至少为35MPa，氢气储罐的容积为50-2000mL，与上游管路连接，用于模拟车载氢系统整体或部分容量，所述上下游管路的管径为4-12mm，与车载氢系统管径相同；

真空系统由真空泵6、压力传感器Ⅰ9,压力传感器Ⅱ11、球阀7及其管路管件组成，真空泵的真空度至少为0.1kPa，压力传感器的量程为-0.05kPa-10MPa。

爆破片12为定压爆破片，与上下游管路连接，爆破压力为0.1-10MPa，准确度至少为99.5％。

继续参见图1，压力传感器Ⅲ14,压力传感器Ⅳ15用于测试实验过程中下游管路中氢气压力的变化，压力传感器11用于测试氢气的泄漏压力，传感器的量程为-0.05kPa-10MPa，精度至少为99.5％。

安全箱18采用不锈钢制成，并带有可视观察窗，用于限制氢气的泄漏路径或火焰喷射路径；红外摄像机19用于录制氢气扩散形态、火焰形态与温度。

开始实验时，首先将氢气罐8、管路、爆破片12等组件安装连接，用氮气将测试装置打压至2.0MPa，保持10分钟，以保证装置具备良好的耐压性能；然后通过真空泵6将装置抽真空至小于0.1kPa，保持10分钟，以保证装置具备良好的密封性能；然后调节减压阀Ⅱ4至需要的泄漏压力、调节氢气质量流量计5至需要的泄漏流量，直至爆破片12自动爆破，质量流量计5自动关闭(受到数据采集仪16的控制，数据采集仪16监测信号来自压力传感器Ⅲ14)，实验过程中压力传感器、红外摄像机19等采集设备实时采集录制。

需要说明的是，本实施例中的氢气质量流量计5位可主动控制并监测流量的器件，并非单纯监测仪器。

以上是本实用新型的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本实用新型总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：

包括氢气罐(8)，耐压测试系统、真空测试系统、氢气供给系统、数据采集仪(16)、上游管路(10)、下游管路(13)；

所述耐压测试系统包括连接于氢气罐(8)前端的减压阀Ⅰ(3)和氮气瓶(1)；

所述真空测试系统包括连接于氢气罐(8)前端的球阀(7)和真空泵(6)；

所述氢气供给系统包括连接于氢气罐(8)前端的氢气质量流量计(5)、减压阀Ⅱ(4)；所述氢气质量流量计(5)可通过调节自身开度主动控制流量；

所述上游管路(10)、下游管路(13)相继连接于所述氢气罐(8)后端，两者之间设有一爆破片(12)；所述上游管路(10)上设置压力传感器Ⅱ(11)、下游管路(13)上设置压力传感器Ⅲ(14)；

所述数据采集仪(16)与压力传感器Ⅲ(14)及所述氢气质量流量计(5)分别连接，并根据压力传感器Ⅲ(14)的监测的允许上限值关闭所述氢气质量流量计(5)；

所述爆破片(12)的耐压值大于所述耐压测试系统的氢气罐(8)内的压力监测值。

2.如权利要求1所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：还包括自燃监测系统，所述自燃监测系统包括连接于所述下游管路(13)后的后端敞口的安全箱(18)，所述安全箱(18)为透明材质，侧旁设有一用于拍摄氢气自燃形态的红外摄像机(19)。

3.如权利要求2所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：所述下游管路(13)上位于压力传感器Ⅲ(14)后还设置压力传感器Ⅳ(15)，所述压力传感器Ⅳ(15)也与所述数据采集仪(16)连接，所述数据采集仪(16)同时根据压力传感器Ⅳ(15)的监测的允许上限值关闭所述氢气质量流量计(5)。

4.如权利要求1所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：减压阀Ⅱ(4)的压力控制量程至少为0-10MPa，氢气质量流量计(5)的流量控制量程至少为0-200ml/min，并可通过数据采集仪实现自动启停，当压力传感器Ⅲ(14)检测到超压信号并实时传输至数据采集仪时，数据采集仪输出电流信号并经数据传输线(17)至氢气质量流量计(5)，使氢气质量流量计(5)关闭。

5.如权利要求1所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：所述氢气罐(8)为不锈钢材质，耐压至少为35MPa，氢气罐(8)的容积为50-2000mL，用于模拟车载氢系统整体或部分容量，上、下游管路的管径为4-12mm，与车载氢系统管径相同。

6.如权利要求1所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：所述真空测试系统还包括监测氢气罐(8)内部压力的压力传感器Ⅰ(9)，真空泵(6)的真空度至少为0.1kPa，压力传感器Ⅰ(9)的量程为-0.05kPa-10MPa。

7.如权利要求1所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：所述爆破片(12)为定压爆破片，爆破压力为0.1-10MPa。

8.如权利要求3所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：所述压力传感器Ⅲ(14),压力传感器Ⅳ(15)用于测试实验过程中下游管路中氢气压力的变化，压力传感器Ⅱ(11)用于测试氢气的泄漏压力，压力传感器Ⅱ(11)的量程为-0.05kPa-10MPa。

9.如权利要求3所述的车载氢系统高压泄漏致灾危害实验装置，其特征在于：所述安全箱(18)采用不锈钢制成，并带有可视观察窗，用于限制氢气的泄漏路径或火焰喷射路径；红外摄像机(19)用于录制氢气扩散形态、火焰形态与温度。

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