一种氢气加注模拟测试系统的制作方法

本发明涉及氢能技术领域，具体涉及一种氢气加注模拟测试系统。

背景技术：

氢能源作为一种高效、清洁、可持续发展的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注，以氢燃料电池汽车为主的交通领域是氢能利用的重要方向之一。现阶段制约氢能在交通领域利用发展的瓶颈主要是加氢站的建设，加氢基础设施不足，成为当前我国氢能产业发展面临的最大障碍。

加氢站氢的来源主要分为外供氢和站内制氢两类。站内制氢加氢站在国外已经较为成熟，而在国内正在运营的加氢站，因受到各种因素制约，均采用外供氢方式。但随着技术的不断成熟、我国相关法律法规的不断完善，站内制氢预计将成为我国加氢站未来的发展趋势。加氢站的氢气加注压力目前有35mpa和70mpa两种；其中，35mpa加注压力的加氢站较为常见，其终端用户包括燃料电池公交车、物流车等；70mpa加注压力的加氢站国内目前较少，其终端用户主要为小轿车等；因此，急需提供一种能够用于70mpa加注压力的氢气加注模拟测试系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种氢气加注模拟测试系统，能够模拟加氢站完整的加注管路，实现多种模式加注和完成多种测试项目，为70mpa加氢站的建设提供测试功能和多种可靠性测试数据。

本发明采用以下具体技术方案：

一种氢气加注模拟测试系统，包括箱体和安装于所述箱体的氢气传输控制组件；

所述箱体设置有高压进气接头、中压进气接头、低压进气接头、高压直充接头、中压直充接头、低压直充接头、流量计出口接头、减压阀出口接头以及供储设备连接接头；高压进气接头、中压进气接头以及低压进气接头用于连接不同压力的氢气源；高压直充接头、中压直充接头以及低压直充接头用于连接储氢设备；

所述氢气传输控制组件包括高压进气管路、中压进气管路、低压进气管路、流量计量管路、减压管路以及循环测试管路；

所述高压进气管路连接于所述高压进气接头和所述高压直充接头之间，并在所述高压进气管路中依次安装有高压进气针阀、高压进气管路压力传感器、高压进气压力表、高压进气管路气动球阀以及高压直充针阀；

所述中压进气管路连接于所述中压进气接头和所述中压直充接头之间，并在所述中压进气管路中依次安装有中压进气针阀、中压进气管路压力传感器、中压进气压力表、中压进气管路气动球阀以及中压直充针阀；

所述低压进气管路连接于所述低压进气接头和低压直充接头之间，并在所述低压进气管路中依次安装有低压进气针阀、低压进气管路压力传感器、低压进气压力表、低压进气管路气动球阀以及低压直充针阀；

所述流量计量管路和所述减压管路并联设置；所述流量计量管路的入口和所述减压管路的入口均与所述高压进气管路、所述中压进气管路以及所述低压进气管路连通；所述流量计量管路的出口与所述流量计出口接头连通；所述减压管路的出口与所述减压阀出口接头连通；

所述流量计量管路中安装有流量计、流量计管路压力传感器、流量计出口压力表、流量计管路气动球阀以及流量计出口针阀；

所述减压管路中安装有减压阀、减压阀出口针阀、减压阀管路压力传感器以及减压阀出口压力表；

所述循环测试管路连接所述供储设备连接接头与所述流量计量管路，在所述循环测试管路中安装有气源进口压力表和气源进口针阀，所述供储设备连接接头33用于连接氮气源或冷却系统或氢气转存设备。

更进一步地，所述箱体还设置有用于连接增压泵入口的增压泵进口接头和用于连接增压泵出口的增压泵出口接头；

所述氢气传输控制组件还包括增压进气管路和增压出气管路；

所述增压进气管路连接所述增压泵进口接头与所述流量计量管路，所述增压进气管路中安装有增压进气管路压力传感器、增压进气管路单向阀、增压进气管路过滤器以及增压进气管路安全阀；

所述增压出气管路连接所述增压泵出口接头与所述流量计量管路，所述增压出气管路中安装有增压出气管路过滤器、以及并联的低压安全阀和高压安全阀，并在安装有所述低压安全阀的低压安全阀支路中安装有低压安全阀进气针阀。

更进一步地，还包括与所述氢气传输控制组件连接的氮气吹扫组件；所述氮气吹扫组件用于排空所述氢气传输控制组件中的氢气。

更进一步地，所述氮气吹扫组件包括氮气源接头、放空管路接头、氮气进口压力表、氮气进气针阀、增压管路放空压力表、增压管路放空针阀、加注管路放空压力表、加注管路放空针阀、低压放空管路单向阀、吹扫管路单向阀以及氮气吹扫管路；

所述氮气源接头和所述放空管路接头安装于所述箱体；所述氮气源接头用于连接所述氮气源；

所述氮气吹扫管路连接在氮气源接头与放空管路接头之间，用于连通所述高压进气管路、所述中压进气管路、所述低压进气管路、所述流量计量管路、所述减压管路以及所述循环测试管路；在氮气源接头与所述氮气吹扫管路之间安装有氮气进口压力表、氮气进气针阀以及吹扫管路单向阀；在所述氮气吹扫管路与所述放空管路接头之间安装有低压放空管路单向阀；

所述增压管路放空压力表以及所述增压管路放空针阀安装于所述增压出气管路中；

在所述高压进气管路、所述中压进气管路以及所述低压进气管路中均设置有所述加注管路放空压力表和所述加注管路放空针阀。

更进一步地，所述箱体包括顶部的控制面板；

所述高压直充针阀、所述高压进气针阀、所述高压进气压力表、所述中压直充针阀、所述中压进气针阀、中压进气压力表、所述低压直充针阀、所述低压进气针阀、所述低压进气压力表、所述减压阀出口针阀、所述减压阀、所述减压阀出口压力表、所述流量计出口针阀、所述流量计出口压力表、所述氮气进口压力表、所述氮气进气针阀、所述气源进口压力表、所述气源进口针阀、所述增压管路放空压力表、所述增压管路放空针阀、所述加注管路放空压力表、所述加注管路放空针阀以及所述低压安全阀进气针阀均安装于所述控制面板。

更进一步地，所述箱体还包括固定支架和固定安装于所述固定支架外周侧的蒙皮；

所述控制面板安装于所述固定支架的顶部。

更进一步地，所述高压进气接头、所述中压进气接头、所述低压进气接头、所述高压直充接头、所述中压直充接头、所述低压直充接头、所述供储设备连接接头、所述增压泵进口接头、所述增压泵出口接头、所述氮气源接头以及所述放空管路接头均为自密封穿板接头，并穿过所述蒙皮。

更进一步地，还包括控制器；所述控制器与所述高压进气管路压力传感器、所述中压进气管路压力传感器、所述低压进气管路压力传感器、所述流量计、所述流量计管路压力传感器、所述流量计管路气动球阀、所述减压阀、所述减压阀管路压力传感器以及所述增压进气管路压力传感器连接。

更进一步地，所述箱体采用铝合金材料制成。

更进一步地，所述箱体采用不锈钢材料制成。

有益效果：

上述氢气加注模拟测试系统包括箱体和氢气传输控制组件，氢气传输控制组件通过低、中、高压进气管路可实现三级快速加注，通过流量计量管路、减压管路以及循环测试管路能够进行氢气循环测试和多模式流量控制；采用上述结构的氢气加注模拟测试系统，具有多功能、高集成化、高可靠性等特点，能够模拟加氢站完整的加注管路，可实现多种模式加注和完成多种测试项目，便于为70mpa加氢站的建设提供测试功能和多种可靠性测试数据。

另外，上述氢气加注模拟测试系统还可以通过增设的氮气吹扫组件排空管路中的气体，并对管路中的气体进行惰化，保证管路处于非承压状态或低承压状态，排空管路中的氢气能够保证整个氢气加注模拟测试系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的氢气加注模拟测试系统的立体结构示意图；

图2为图1中氢气加注模拟测试系统的俯视图；

图3为图1中氢气加注模拟测试系统的左视图；

图4为图1中氢气加注模拟测试系统的右视图；

图5和图6为图1中氢气加注模拟测试系统的内部结构示意图。

其中，1-高压进气接头；2-中压进气接头；3-低压进气接头；4-高压直充针阀；5-高压进气针阀；6-高压进气压力表；7-中压直充针阀；8-中压进气针阀；9-中压进气压力表；10-低压直充针阀；11-低压进气针阀；12-低压进气压力表；13-减压阀出口针阀；14-减压阀；15-减压阀出口压力表；16-流量计出口针阀；17-流量计出口压力表；18-氮气进口压力表；19-氮气进气针阀；20-气源进口压力表；21-气源进口针阀；22-增压管路放空压力表；23-增压管路放空针阀；24-加注管路放空压力表；25-加注管路放空针阀；26-低压安全阀进气针阀；27-流量计出口接头；28-减压阀出口接头；29-低压直充接头；30-中压直充接头；31-高压直充接头；32-氮气源接头；33-供储设备连接接头；34-放空管路接头；35-增压泵进口接头；36-增压泵出口接头；37-蒙皮；38-控制面板；39-固定支架；40-高压进气管路气动球阀；41-高压进气管路压力传感器；42-流量计管路压力传感器；43-流量计管路气动球阀；44-流量计；45-减压阀管路压力传感器；46-低压进气管路压力传感器；47-低压进气管路气动球阀；48-中压进气管路压力传感器；49-中压进气管路气动球阀；50-主加注管路压力传感器；51-高压安全阀；52-低压安全阀；53-低压放空管路单向阀；54-增压进气管路压力传感器；55-增压进气管路单向阀；56-增压进气管路过滤器；57-增压出气管路过滤器；58-增压进气管路安全阀；59-吹扫管路单向阀

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种氢气加注模拟测试系统，图1示出了氢气加注模拟测试系统的立体结构示意图，图2主要示意了控制面板38的结构示意图，图3为氢气加注模拟测试系统的左视图，图4为氢气加注模拟测试系统的右视图，图5和图6分别从前侧和后侧示意了氢气加注模拟测试系统的内部结构示意图；氢气加注模拟测试系统包括箱体和安装于箱体的氢气传输控制组件；

箱体包括控制面板38、固定支架39和固定安装于固定支架39外周侧的蒙皮37；控制面板38安装于固定支架39的顶部；固定支架39可以采用多个杆、板通过螺栓或焊接连接而成，蒙皮37通过螺栓固定在固定支架39的外周侧，通过蒙皮37和固定支架39形成箱体结构；箱体采用铝合金材料或不锈钢材料制成；

箱体设置有高压进气接头1、中压进气接头2、低压进气接头3、高压直充接头31、中压直充接头30、低压直充接头29、流量计出口接头27、减压阀出口接头28以及供储设备连接接头33；高压进气接头1、中压进气接头2以及低压进气接头3用于连接不同压力的氢气源；高压直充接头31、中压直充接头30以及低压直充接头29用于连接储氢设备；如图4结构所示，在箱体的右侧设置有高压进气接头1、中压进气接头2以及低压进气接头3；如图3结构所示，在箱体的左侧设置有高压直充接头31、中压直充接头30、低压直充接头29、流量计出口接头27、减压阀出口接头28以及供储设备连接接头33；

氢气传输控制组件包括高压进气管路、中压进气管路、低压进气管路、流量计量管路、减压管路以及循环测试管路；

高压进气管路连接于高压进气接头1和高压直充接头31之间，并在高压进气管路中依次安装有高压进气针阀5、高压进气管路压力传感器41、高压进气压力表6、高压进气管路气动球阀40以及高压直充针阀4；

中压进气管路连接于中压进气接头2和中压直充接头30之间，并在中压进气管路中依次安装有中压进气针阀8、中压进气管路压力传感器48、中压进气压力表9、中压进气管路气动球阀49以及中压直充针阀7；

低压进气管路连接于低压进气接头3和低压直充接头29之间，并在低压进气管路中依次安装有低压进气针阀11、低压进气管路压力传感器46、低压进气压力表12、低压进气管路气动球阀47以及低压直充针阀10；

流量计量管路和减压管路并联设置；流量计量管路的入口和减压管路的入口均与高压进气管路、中压进气管路以及低压进气管路连通；流量计量管路的出口与流量计出口接头27连通；减压管路的出口与减压阀出口接头28连通；

流量计量管路中安装有流量计44、流量计管路压力传感器42、流量计出口压力表17、流量计管路气动球阀43以及流量计出口针阀16；

减压管路中安装有减压阀14、减压阀出口针阀13、减压阀管路压力传感器45以及减压阀出口压力表15；

循环测试管路连接供储设备连接接头33与流量计量管路，在循环测试管路中安装有气源进口压力表20和气源进口针阀21，供储设备连接接头33用于连接氮气源或冷却系统或氢气转存设备，并在供储设备连接接头33之后的循环测试管路上安装有用于检测管路内氢气压力的主加注管路压力传感器50。

上述氢气加注模拟测试系统包括箱体和氢气传输控制组件，氢气传输控制组件通过低、中、高压进气接头分别连接不同压力等级的氢气源，提供充足的氢气；通过低、中、高压直充接头31连接需要加注氢气的储氢设备，并通过低、中、高压进气管路连通对应的进气接头和直充接头，在氮气源和用氢设备之间提供氢气加注通路，从而实现三级快速加注；通过流量计量管路、减压管路以及循环测试管路能够进行氢气循环测试和多模式流量控制；采用上述结构的氢气加注模拟测试系统，具有多功能、高集成化、高可靠性等特点，能够模拟加氢站完整的加注管路，可实现多种模式加注和完成多种测试项目，便于为70mpa加氢站的建设提供测试功能和多种可靠性测试数据。

一种具体的实施方式中，如图3结构所示，箱体还设置有用于连接增压泵入口的增压泵进口接头35和用于连接增压泵出口的增压泵出口接头36；

氢气传输控制组件还包括增压进气管路和增压出气管路；

增压进气管路连接增压泵进口接头35与流量计量管路，增压进气管路中安装有增压进气管路压力传感器54、增压进气管路单向阀55、增压进气管路过滤器56以及增压进气管路安全阀58；

增压出气管路连接增压泵出口接头36与流量计量管路，增压出气管路中安装有增压出气管路过滤器57、以及并联的低压安全阀52和高压安全阀51，并在安装有低压安全阀52的低压安全阀52支路中安装有低压安全阀进气针阀26。

通过设置的增压泵进口接头35和增压泵出口接头36能够外接增压泵，通过增压泵对输入到箱体内管路中的氢气进行增压。

具体地，上述氢气加注模拟测试系统还包括与氢气传输控制组件连接的氮气吹扫组件；氮气吹扫组件用于排空氢气传输控制组件中的氢气。氮气吹扫组件包括氮气源接头32、放空管路接头34、氮气进口压力表18、氮气进气针阀19、增压管路放空压力表22、增压管路放空针阀23、加注管路放空压力表24、加注管路放空针阀25、低压放空管路单向阀53、吹扫管路单向阀59以及氮气吹扫管路；

氮气源接头32和放空管路接头34安装于箱体；氮气源接头32用于连接氮气源，氮气源提供管路吹扫用的氮气；

氮气吹扫管路连接在氮气源接头32与放空管路接头34之间，用于连通高压进气管路、中压进气管路、低压进气管路、流量计量管路、减压管路以及循环测试管路；在氮气源接头32与氮气吹扫管路之间安装有氮气进口压力表18、氮气进气针阀19以及吹扫管路单向阀59；在氮气吹扫管路与放空管路接头34之间安装有低压放空管路单向阀53；

增压管路放空压力表22以及增压管路放空针阀23安装于增压出气管路中；

在高压进气管路、中压进气管路以及低压进气管路中均设置有加注管路放空压力表24和加注管路放空针阀25。

通过设置的氮气吹扫组件能够排空管路中的气体，保证管路处于非承压状态或处于低承压状态，并对管路中的气体进行惰化，通过氮气排空管路中的气体有利于保证整个氢气加注模拟测试系统的安全性。

如图1结构所示，如图1和图2结构所示，箱体包括顶部的控制面板38；高压直充针阀4、高压进气针阀5、高压进气压力表6、中压直充针阀7、中压进气针阀8、中压进气压力表9、低压直充针阀10、低压进气针阀11、低压进气压力表12、减压阀出口针阀13、减压阀14、减压阀出口压力表15、流量计出口针阀16、流量计出口压力表17、氮气进口压力表18、氮气进气针阀19、气源进口压力表20、气源进口针阀21、增压管路放空压力表22、增压管路放空针阀23、加注管路放空压力表24、加注管路放空针阀25以及低压安全阀进气针阀26均安装于控制面板38。

高压进气接头1、中压进气接头2、低压进气接头3、高压直充接头31、中压直充接头30、低压直充接头29、供储设备连接接头33、增压泵进口接头35、增压泵出口接头36、氮气源接头32以及放空管路接头34均为自密封穿板接头，并穿过蒙皮37。

上述氢气加注模拟测试系统还包括控制器(图中未示出)，控制器可以为plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)控制器，并且设置于箱体的外侧；控制器与高压进气管路压力传感器41、中压进气管路压力传感器48、低压进气管路压力传感器46、流量计44、流量计管路压力传感器42、流量计管路气动球阀43、减压阀14、减压阀管路压力传感器45以及增压进气管路压力传感器54连接。

上述氢气加注模拟测试系统既可以用作氢气加注装置，实现分级直充加注，也可用于70mpa模拟测试系统；当为用氢设备等储氢系统进行加注时，确保氢气加注模拟测试系统的管阀件全部处于关闭状态，所有接口处于封闭状态，将各放空口与放空管路接口连接并设置合理高度，将三种不同压力等级的氢气源与三级加注接口进行连接，将储氢系统与低压直充接头29、中压直充接头30和高压直充接头31连接；打开低压进气针阀11及低压直充针阀10对储氢系统进行加注，待储氢系统达到一定压力时关闭低压进气针阀11及低压直充针阀10，打开中压进气针阀8及中压直充针阀7，待储氢系统达到一定压力时关闭中压进气针阀8及中压直充针阀7，打开高压进气针阀5及高压直充针阀4，待储氢系统达到使用压力后关闭高压进气针阀5及高压直充针阀4；三级进气针阀分别设置压力表和压力传感器，分别为低压进气压力表12、中压进气压力表9、高压进气压力表6、低压进气管路压力传感器46、中压进气管路压力传感器48以及高压进气管路压力传感器41，通过压力表和压力传感器可实时监控气源进口压力；加注速率及加注压力取决于气源压力等级；测试完成后，将三级进气针阀和三级直充针阀关闭；开启低压进气管路气动球阀47、中压进气管路气动球阀49、高压进气管路气动球阀40、增压管路放空针阀23、加注管路放空针阀25，将管路中的氢气排空；开启氮气进气针阀19，将模拟测试系统中氢气吹扫干净，保证模拟测试系统管路及阀件处于微正压状态，延长管路及阀件的使用寿命，保护模拟测试系统储存的安全性。

上述氢气加注模拟测试系统可实现快速增压加注，通过设置的供储设备连接接头33、增压泵进口接头35和增压泵出口接头36可外接冷却系统以及增压泵，可实现对氢气的冷却、增压的快速加注，此外，加注管路中设置流量计44，可计量氢气加注量；具体实施方式为：保证所有阀件处于关闭的状态，所有接口处于封闭状态，将放空口与放空管路接口连接并设置合理高度，将气源、冷却系统、加注等设备依次连接，将最终出气口与模拟测试系统供储设备连接接头33连接，增压设备的进出气口分别与模拟测试系统的增压泵进口接头35和增压泵出口接头36连接；打开气源进口针阀21，根据压力等级选择增压管路安全阀开启或者关闭，当增压气体压力小于35mpa时，开启低压安全阀进气针阀26，当增压气体压力大于35mpa时关闭低压安全阀进气针阀26；打开流量计管路气动球阀43、流量计出口针阀16，增压气体流经流量计44后进入储氢设备；增压进气管路设置压力表、压力传感器、单向阀及过滤器，实时监控进气管路压力；增压管路设置过滤器、压力传感器、高低压安全阀52，实时监控增压管路压力，高低压安全阀52可保护增压管路及阀件，防止压力超过额定耐压值；加注管路设置流量计44、压力传感器、压力表，实时监控加注系统压力及加注气体总量；测试完成后，开启增压管路放空针阀23、加注管路放空针阀25，将管路中的氢气排空，开启氮气进气针阀19将模拟测试系统中氢气吹扫干净，保证模拟测试系统管路及阀件处于微正压状态，延长管路及发件的使用寿命，使管路中的气体惰化，保护模拟测试系统储存的安全性。

上述氢气加注模拟测试系统可实现定压测试，为用储氢设备提供低压气源：保证所有阀件处于关闭的状态，所有接口处于封闭状态，将放空口与放空管路接口连接并设置合理高度，将三种不同压力等级的气源与三级加注接口进行连接，将储氢系统或用氢设备(如电堆)与减压阀出口接头28连接；根据需求依次打开低压进气针阀11、低压进气管路气动球阀47、中压进气针阀8、中压进气管路气动球阀49、高压进气针阀5、高压进气管路气动球阀40、流量计管路气动球阀43、减压阀出口针阀13，将氢气传输至储用氢设备，可根据需求调整减压阀14以控制后续管路压力；另外，在保证三级进气针阀关闭情况下，气源可连接至增压泵，为模拟测试系统提供气源；测试完成后根据以上步骤对管路进行放空及吹扫。

70mpa模拟测试系统可实现恒流测试，为用储氢设备提供低压气源：保证所有阀件处于关闭的状态，所有接口处于封闭状态，将放空口与放空管路接口连接并设置合理高度，将三种不同压力等级的气源与三级加注接口进行连接，将储氢系统或用氢设备(如电堆)与减压阀出口接头28连接；根据需求依次打开低压进气针阀11、低压进气管路气动球阀47、中压进气针阀8、中压进气管路气动球阀49、高压进气针阀5、高压进气管路气动球阀40、流量计管路气动球阀43、减压阀出口针阀13，将氢气传输至储用氢设备，流量计44根据实时流量以的电信号的形式反馈至控制器，控制器控制减压阀14开度以控制后续管路输出流量及输出压力；另外，在保证三级进气针阀关闭情况下，气源可连接至增压泵，为模拟测试系统提供气源；测试完成后根据以上步骤对管路进行放空及吹扫。

70mpa模拟测试系统可实现定量氢气循环测试，保证所有阀件处于关闭的状态，所有接口处于封闭状态，将放空口与放空管路接口连接并设置合理高度，将三种不同压力等级的气源与三级加注接口进行连接，将储氢系统与低压直充接头29、中压直充接头30、高压直充接头31连接；打开低压进气针阀11及低压直充针阀10对储氢系统进行加注，待储氢系统达到一定压力时关闭低压进气针阀11及低压直充针阀10，打开中压进气针阀8及中压直充针阀7，待储氢系统达到一定压力时关闭中压进气针阀8及中压直充针阀7，打开高压进气针阀5及高压直充针阀4，待储氢系统达到使用压力后关闭高压进气针阀5及高压直充针阀4；三级进气针阀分别设置压力表和压力传感器，可实时监控气源进口压力；加注完成后，将三级进气针阀、三级直充针阀关闭；将储氢系统出口连接至供储设备连接接头33连接，增压设备的进出气口分别与模拟测试系统的增压泵进口接头35和增压泵出口接头36连接；打开气源进口针阀21，根据压力等级选择增压管路安全阀开启或者关闭，当增压气体压力小于35mpa时，开启低压安全阀进气针阀26，当增压气体压力大于35mpa时关闭低压安全阀进气针阀26；打开低压进气针阀11、低压进气管路气动球阀47，低压储氢系统进行加注，待低压储氢系统达到初始压力时关闭低压进气管路针阀、低压进进气管路气动球阀；打开中压进气管路针阀、中压进气管路气动球阀49待中压储氢系统达到初始压力时关闭中压进气针阀8、中压进气管路气动球阀49；打开高压进气管路针阀、高压进气管路气动球阀40待高压储氢系统达到初始压力时关闭高压进气管路针阀、高压进进气管路气动球阀；往复循环以上操作即可实现定量气体循环，再循环过程中测试所需要的参数即可；增压进气管路设置压力表、压力传感器、单向阀及过滤器，实时监控进气管路压力；增压管路设置过滤器、压力传感器、高低压安全阀52，实时监控增压管路压力，高低压安全阀52可保护增压管路及阀件，防止压力超过额定耐压值。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。