能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲(chǔ)氫氣瓶及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高壓氫氣快充溫升的控制技術(shù)，旨在提供一種能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲(chǔ)氫氣瓶及方法。該儲(chǔ)氫氣瓶的內(nèi)膽以金屬鋁制成，外側(cè)包裹碳纖維復(fù)合材料層；在內(nèi)膽中放置了螺旋狀的鋁帶作為填充物，該填充物具備彈性且其外緣與內(nèi)膽的內(nèi)壁保持接觸。本發(fā)明中通過(guò)在儲(chǔ)氫氣瓶?jī)?nèi)填充蓄熱材料，主動(dòng)控制溫度升高，可以滿足降溫要求；避免使用預(yù)冷系統(tǒng)，節(jié)省不必要的額外投資及能源消耗，經(jīng)濟(jì)性好；蓄熱材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，填充方便；根據(jù)不同地區(qū)的全年最高氣溫，可以填充不同的蓄熱材料，可調(diào)節(jié)性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲(chǔ)氫氣瓶及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓氫氣快充溫升的控制技術(shù)，更具體是說(shuō)，涉及基于強(qiáng)化換熱和增加熱容的能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲(chǔ)氫氣瓶及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫燃料電池汽車以其清潔、能量利用率高和無(wú)溫室氣體排放等優(yōu)點(diǎn)被廣泛視為解決能源、環(huán)境問(wèn)題的下一代機(jī)動(dòng)車。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高、充裝和排放速度快等突出優(yōu)點(diǎn)成為占主導(dǎo)地位的車載儲(chǔ)氫方式。為提高燃料電池車的續(xù)駛里程(500km)，采用70MPa的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫成為一種趨勢(shì)。此外，為了使氫燃料電池汽車商業(yè)可行，通常將燃料加注時(shí)間限定為3-5min。
[0003]然而，對(duì)于70MPa儲(chǔ)氫氣瓶，快速充裝過(guò)程中，由于氣體壓縮效應(yīng)等因素會(huì)使氣瓶各部位的溫度驟升，如溫度超過(guò)85°C便很可能造成儲(chǔ)氫氣瓶外層碳纖維復(fù)合材料剝離失效，進(jìn)而影響車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的安全。因此往往需要采用一些方法來(lái)控制氫氣高壓快充的溫度升高。
[0004]對(duì)氫氣進(jìn)行預(yù)冷，即在加注槍上游設(shè)置低溫預(yù)冷裝置，是最直接并且最常用的方法，但是預(yù)冷系統(tǒng)需要大量的固定設(shè)備及額外的能量消耗，這部分投資及能量消耗很大程度上降低了車載高壓儲(chǔ)氫的經(jīng)濟(jì)性。此外，環(huán)境溫度比較低時(shí)，例如冬天，快充結(jié)束后，儲(chǔ)氫氣瓶?jī)?nèi)的最高溫度甚至低于85°C，不需要控制溫升，此時(shí)預(yù)冷裝置的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性進(jìn)一步下降。
[0005]然而，目前國(guó)內(nèi)外已有的加氫站及氫氣高壓快充實(shí)驗(yàn)均使用預(yù)冷系統(tǒng)，尚無(wú)采用其他溫升控制方法，避免預(yù)冷系統(tǒng)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲(chǔ)氫氣瓶及方法。
[0007]為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是:
[0008]提供一種能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲(chǔ)氫氣瓶，其內(nèi)膽以金屬鋁制成，外側(cè)包裹碳纖維復(fù)合材料層；在內(nèi)膽中放置了螺旋狀的鋁帶作為填充物，該填充物具備彈性且其外緣與內(nèi)膽的內(nèi)壁保持接觸。
[0009]所述填充鋁的質(zhì)量mA1按如下公式計(jì)算獲得:
【權(quán)利要求】
1.能夠控制高壓氫氣快充溫升的儲(chǔ)氫氣瓶，其內(nèi)膽以金屬鋁制成，外側(cè)包裹碳纖維復(fù)合材料層；其特征在于，在內(nèi)膽中放置了螺旋狀的鋁帶作為填充物，該填充物具備彈性且其外緣與內(nèi)膽的內(nèi)壁保持接觸； 所述螺旋狀的鋁帶的質(zhì)量mA1按如下公式計(jì)算獲得:
2.一種能夠控制儲(chǔ)氫氣瓶高壓氫氣快充溫升的方法，其特征在于，使用內(nèi)膽以金屬鋁制成、外側(cè)包裹碳纖維復(fù)合材料層的儲(chǔ)氫氣瓶用于充入高壓氫氣；該方法具體包括以下步驟: (O獲取加注要求、儲(chǔ)氫 氣瓶中氫氣的初始狀態(tài)參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，包括:cH2:氫氣的熱容；cA1:招的熱容；mH2:儲(chǔ)氧氣瓶額定充裝質(zhì)量;mA1:填充招的質(zhì)量；PH2:儲(chǔ)氧氣瓶?jī)?nèi)初始?jí)毫Γ籔:儲(chǔ)氣氣瓶額定充裝壓力；tamb:環(huán)境溫度；tamb，M:當(dāng)?shù)厝曜盥劖h(huán)境溫度；tH2:儲(chǔ)氣氣瓶?jī)?nèi)氫氣的溫度；tH2,M:儲(chǔ)氫氣瓶?jī)?nèi)氫氣的最高溫度；tA1:填充鋁的平均溫度；At:氫氣溫升值；T:加注時(shí)間'N:儲(chǔ)氫氣瓶的容積；P Η2:氫氣的密度； (2)對(duì)于確定的加注時(shí)間Τ、儲(chǔ)氫氣瓶初始充裝壓力Ph2及額定充裝壓力P，快充時(shí)產(chǎn)生的熱量一定，氫氣溫升值A(chǔ)t不隨環(huán)境溫度tamb的變化而變化；則根據(jù)已知充裝過(guò)程，計(jì)算得氫氣溫升值A(chǔ)t: Δ t=tH2-tamb(I) (3)所需填充物的質(zhì)量按環(huán)境溫度達(dá)到最高計(jì)算，此時(shí)，快充結(jié)束后，儲(chǔ)氫氣瓶?jī)?nèi)氫氣的溫度最聞，為最危險(xiǎn)情況；對(duì)應(yīng)情況下，儲(chǔ)氫!氣瓶?jī)?nèi)能被接受:的氫!氣的最聞溫度tH2,M: tH2, M-A t+tamb, M(2) (4)根據(jù)能量守恒定律，計(jì)算填充鋁的質(zhì)量mA1:
cH2mH2 A t-cH2mH2 (tH2,M_85) -cA1mA1 (85-tamb, M)(3 ) (5)向儲(chǔ)氫氣瓶的內(nèi)膽中放入螺旋狀鋁帶作為填充物，該填充物具備彈性且其外緣與內(nèi)膽的內(nèi)壁保持接觸。
【文檔編號(hào)】G05D23/01GK103438349SQ201310360170
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月18日
【發(fā)明者】趙永志, 李靜媛, 花爭(zhēng)立, 劉驍, 周池樓, 鄭津洋 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)