[发明专利]全自动超高压氢环境材料试验机吹洗置换及充氢系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域，涉及超高压气体环境下材料耐久性测试所需的吹洗置换、充气系统，特别是适合于为材料在超高压氢气条件下力学性能测试提供超高压高纯氢气试验环境。

背景技术

氢能具有高效、清洁及用途多样化等优点，是新世纪重要的二次能源，已被发达国家列为优先发展的能源。经济、高效、安全、可靠的储氢技术是氢能利用走向产业化的关键。高压储氢由于设备结构简单、压缩能耗低、充放速度快，是目前占绝对主导地位的氢能储存方式。然而，在高压高纯氢气环境下长期工作，材料的耐久性会因氢脆而下降，可能导致结构突然失效，甚至引发爆炸事故。且随着储氢压力的升高，这一问题更加突出。为确保高压氢系统安全、稳定、可靠地运行，必须对材料在超高压氢气环境下的使用耐久性进行测试和评估。

超高压氢气环境下材料力学性能测试设备主要采用在现有试验机主机上对接超高压氢环境箱的形式，例如中国专利ZL201120328932.0测试高压氢气环境下材料耐久性的试验机和中国专利ZL201120407095.0自平衡的高压气体环境材料试验机加载装置。然而进行材料在超高压氢气环境下的耐久性测试，首先要提供一个跟实际工况相似的超高压高纯氢气环境，即需要对高压氢环境箱填充高压高纯氢气。但由于氢气属于易燃易爆气体，因此在充氢前须对环境箱里的空气进行吹洗置换以把空气（特别是氧气）排出，确保系统内的含氧量低于氢的爆炸极限。同时，为真实获取材料在高纯氢气下的性能，须保证氢环境箱内填充氢气的纯度（一般试验要求纯度是≥99.999%）。

目前超高压氢气环境下材料力学性能测试设备在国内处于开发的起步阶段，尚未见述与其对应的吹洗置换及充氢系统；国外现有的氢环境材料试验机吹洗置换及充氢系统主要通过单独使用氮气进行吹洗置换系统里空气，然后再单独使用氢气把系统里杂质气体吹洗置换出来，其缺点是系统里氢气纯度较低，置换气体使用量大，如要实现环境箱里氢气高纯度要求时需使用大量的氢气进行多次置换，氢气损耗量大，效率低，降低系统的安全性，另外不能分别对氢气增压管路和氢环境箱单独吹洗置换或泄压，降低操作的灵活性，增加了试验的危险性，同时为避免电磁阀与高压氢气直接接触易诱发事故而使用手动阀，系统缺乏自动化，降低了操作的方便性和安全性。

因此，设计一套既能满足安全要求，又能高效地满足试验气体高纯度要求的全自动超高压氢环境材料试验机吹洗置换及充氢系统具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种全自动超高压氢环境材料试验机吹洗置换及充氢系统，安全高效地自动实现高压氢环境材料力学性能测试所需氢气试验环境的压力和纯度。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种全自动超高压氢环境材料试验机吹洗置换充氢的系统，包括通过氢气工艺管路连接的气动氢增压泵和氢环境箱，氢环境箱与排空管路相接；该系统还包括抽真空模块、惰性气体吹洗置换模块、超高压充氢模块、压缩空气供气模块和工控机；

所述抽真空模块包括通过抽真空管路依次连接的真空泵、真空度传感器和电磁阀Ⅳ，抽真空管路分别通过自动阀接至：氢气瓶与气动氢增压泵之间的氢气工艺管路、气动氢增压泵与氢环境箱之间的氢气工艺管路、氢环境箱之后的排空管路；还有一个电磁阀Ⅲ接在抽真空管路上用于对外放空气体；气动氢增压泵与氢环境箱之间的氢气工艺管路上设单向阀和过滤器；

所述惰性气体吹洗置换模块包括通过气源管路依次连接的氮气瓶、手动阀、减压阀、电磁阀V和电磁阀II，气源管路与吹洗管路相接，吹洗管路分别通过自动阀接至：氢气瓶与气动氢增压泵之间的氢气工艺管路、气动氢增压泵与氢环境箱之间的氢气工艺管路、氢环境箱之后的排空管路；还有一个电磁阀I接在电磁阀V和电磁阀II之间的吹洗管路上，用于对外放空气体；

所述超高压充氢模块包括通过氢气工艺管路依次连接的氢气瓶、手动阀、安全阀、减压阀、两个自动阀、安全阀、过滤器和单向阀，单向阀通过氢气工艺管路接于气动氢增压泵；另有一个自动阀接于所述两个自动阀之间的氢气工艺管路上，用于对外放空气体；所述过滤器设旁路管线，过滤器之前及旁路管线上分别设有自动阀；

所述压缩空气供气模块包括通过压缩空气管路依次连接的空气压缩机、空气过滤器、空气流量调节阀、空气电磁阀；空气电磁阀通过压缩空气管路与气动氢增压泵的压缩缸相接；还有一个接至空气压缩机出口的减压阀，该减压阀与压缩空气输出接口相接；