70 MPa 储氢气瓶快速充氢温度效应的影响因素分析

时云卿

(北京航天试验技术研究所 北京 100074)

1 引 言

能源是人类社会存在的基石和发展的动力。随着社会经济的发展,氢能作为新能源之一成为研究和应用的热点。氢的安全储运是氢能利用的关键技术,高压储氢在复合材料高压气瓶方面取得很好的进展,是移动式车载储氢的主流[1],目前在用气瓶最大工作压力为70 MPa[2-3]。

对于车载高压氢气瓶有两种充气过程:慢速充气和快速充气。慢速充气是使用压缩机直接对气瓶进行充气,充气时间较长,以小时计。快速充气式采用高压大容量气罐对车载气瓶直接供气的形式[4-5],充气时间较短,以分钟计[6],充气平均质量流量可达到每分钟数公斤,可与现有的汽油车补给速度相比,能够为公众所接受。在快速充气方式下,充气过程相当于由大容积高压容器直接联接到车载储氢气瓶,打开阀门进行压力平衡,过程中气体温度会有显著升高[2,7-9],对复合材料容器基体强度、疲劳性能有影响。这主要是因为复合材料气瓶所用的环氧树酯工作温度要求低于100 ℃(考虑到安全余量,一般设定储氢气瓶工作温度上限为85 ℃[2-3,8-9,]),否则其固化性能、强度会受到严重影响,降低了气瓶使用的安全性。此外,这种充气温度上升使得气瓶内的气体密度减小,放气温度下降使氢气密度增大,这都减少了输送给汽车的氢气量,造成汽车行驶里程缩短5%—20%,使得汽车的运转费用大大增加。为此,需要研究储氢容器快速充放气过程中的温度效应及其影响因素,进而提出充放气的控制算法来控制充放气的温度变化幅度,降低充放气温度效应的影响。……