车载储氢系统火灾模拟试验装置及试验安全距离确定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了车载储氢系统火灾模拟试验装置及试验安全距离确定方法，包括气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统和数据采集控制系统；所述气体燃料源通过管道与火灾模拟试验台的单向阀的输入端相连，所述单向阀的输出端与火灾模拟试验台相连；所述火灾模拟试验台上方设有用于放置车载储氢系统的支架；所述车载储氢系统的组合阀出气口与安全保护系统相连；所述数据采集控制系统通过数据传输线与气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统相连。本发明专利技术结构设计合理，能够在确保安全的情况下完成规范标准规定的火灾模拟试验。

【技术实现步骤摘要】
车载储氢系统火灾模拟试验装置及试验安全距离确定方法
本专利技术涉及新能源汽车载储能系统火灾模拟试验
，特别是涉及车载储氢系统火灾模拟试验装置及试验安全距离确定方法。
技术介绍
以氢为动力的燃料电池汽车已成为新能源汽车领域的重要组成。随着燃料电池汽车的快速推广，其关键部件车载储氢系统的安全性成为市场关注的焦点。为验证车载储氢系统在汽车意外起火等火灾情况下的安全性能，《燃料电池汽车全球技术法规》、ISO/TS15869以及各国相关标准均要求根据实际运行中可能发生的火灾事故场景，对车载储氢系统进行火灾模拟试验。规范标准要求，车载储氢系统进行火灾模拟试验时，应依据实际的火灾事故场景，使实际装车使用的车载储氢系统经历局部扩展至整体的火烧过程，并在火烧过程中控制试验温度和升温时间。在火灾模拟试验过程中，车载储氢系统内充装有高压氢气，并处于急剧燃烧的火源之中，若控制不当，极有可能发生爆炸，危及试验人员安全。既要满足规范标准规定的苛刻的试验要求，又必须确保试验安全，这对火灾模拟试验装置的设计开发提出了非常高的要求。目前，国内仅有公开的专利技术专利一种气瓶火烧试验测试系统(申请号：201410150729.7)，其主要用于车用压缩天然气钢瓶、车用液化石油气钢瓶和车用压缩天然气缠绕瓶的火烧试验。尚缺乏以系统为试验对象，模拟实际火灾事故场景的车载储能系统火灾模拟试验装置及方法，更未见车载储氢系统火灾模拟试验装置及方法的相关专利。因此，如何设计开发一种车载储氢系统火灾模拟试验装置及方法，特别是一种试验可控性更高的、以气体燃料为火源的车载储氢系统火灾模拟试验装置及方法，以满足规范标准规定的火灾模拟试验要求，从而验证车载储氢系统火灾事故中的安全性，就显得非常重要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供车载储氢系统火灾模拟试验装置及试验安全距离确定方法，能够在确保安全的情况下完成规范标准规定的火灾模拟试验。为解决上述技术问题，本专利技术至少采用如下技术方案之一实现。车载储氢系统火灾模拟试验装置，其包括气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统和数据采集控制系统；所述气体燃料源通过管道与火灾模拟试验台的单向阀的输入端相连，所述单向阀的输出端与火灾模拟试验台相连；所述火灾模拟试验台上方设有用于放置车载储氢系统的支架；所述车载储氢系统的组合阀出气口与安全保护系统相连；所述数据采集控制系统通过数据传输线与气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统相连。进一步地，所述气体燃料源包括液化石油气罐、局部火源燃料管道、整体火源燃料管道，局部火源燃料管道、整体火源燃料管道上均各自设有手动截止阀、压力表、减压阀和电控球阀；所述火灾模拟试验台包括第一单向阀、第二单向阀、气化箱、局部火源燃烧排、整体火源燃烧排、石英纤维布、固定框架、点火器、热电偶和第二压力传感器；局部火源燃烧排和整体火源燃烧排平放于气化箱内，气化箱上平铺编织型带有孔的所述石英纤维布，石英纤维布的四周由固定框架固定在气化箱上形成一体化结构；局部火源燃料管道与第二单向阀的输入端连接；整体火源燃料管道与第一单向阀的输入端连接；局部火源燃烧排的燃料输入端口与第二单向阀的输出端连接，接收燃料；整体火源燃烧排的燃料输入端口与第一单向阀的输出端连接，接收燃料；第二压力传感器用于远程实时监测车载储氢系统内部压力变化情况；所述热电偶设置于车载储氢系统表面。进一步地，所述安全保护系统包括第一压力表、第一压力传感器、手动卸荷阀和高压电磁阀；所述高压电磁阀通过管道与车载储氢系统的组合阀出气口相连，高压电磁阀与车载储氢系统之间的管道上设有第一压力表、第一压力传感器、手动卸荷阀；所述手动卸荷阀设置在第一压力表和高压电磁阀之间。进一步地，所述数据采集控制系统包括控制器、计算机、红外测温仪、高清摄像机和风速仪；红外测温仪、高清摄像机、风速仪分别通过数据传输线与计算机相连；所述控制器一端与所述热电偶、第一压力传感器、第二压力传感器相连，实时采集记录热电偶温度和车载储氢系统内的压力变化数据，此外，还与所述电控球阀、点火器、高压电磁阀相连，控制气体燃料源、火灾模拟试验台和安全保护系统；控制器另一端与计算机相连，所述计算机实时接收、显示、保存控制器传送的数据，以及向控制器发送指令，操控电控球阀、点火器、高压电磁阀；所述红外测温仪，用于实时监测火灾模拟试验过程的火场温度分布及变化情况；所述高清摄像机，用于实时记录火灾模拟试验过程，保证试验可追溯性和可重复性；所述风速仪，用于实时监测试验时的环境风速。上述车载储氢系统火灾模拟试验装置的安全距离确定方法，包括：车载储氢系统在试验中发生爆炸，其危险主要包括压力波、爆炸火球和碎片；对于压力波，首先由式(1)计算得到车载储氢系统的爆炸能量E：式中，Pb为车载储氢系统爆炸时的最高压力，P0为试验场地的大气压力，V1为车载储氢系统内部水容积，γ1为在爆炸条件下系统内高压氢气的定压比热容与定容比热容的比值；在获得车载储氢系统的爆炸能量E后，则可由式(2)计算得到相应的比例距离式中，r为以车载储氢系统为原点的半球体半径；在确定车载储氢系统爆炸的比例距离后，即可根据其与比例超压的关系曲线，确定对应的比例超压进而可由式(3)计算得到与车载储氢系统距离为r处的压力峰值Ps：当压力峰值Ps低于10.1kPa时，压力波对健康人体几乎没有损害，进而可确定压力波的安全距离；对于爆炸火球，由式(4)和式(5)分别计算确定火球直径Df和火球持续时间tf，进而确定爆炸火球的安全距离：式中，Wf为系统内氢气质量，可由式(6)计算得到：式中，P为车载储氢系统试验前的初始压力，T为系统内的氢气温度，R＝8.314J/(mol·K))，n＝1.9155×10-6K/Pa；在确定车载储氢系统爆炸产生的压力波、爆炸火球的安全距离后，综合取较大值，即为火灾模拟试验装置的安全距离。相对于现有技术，本专利技术的有益效果是：1.火灾模拟试验台的局部火源燃烧排和整体火源燃烧排，可先后通过点火和引燃，形成局部扩展至整体的火烧过程，准确模拟火灾情况下车载储氢系统的火烧环境，满足规范标准的要求；2.火灾模拟试验台采用了燃烧排、气化箱与石英纤维布结合的设计，克服了直接使用燃烧排导致的火焰不均匀问题，可实现局部火源燃烧排点火3分钟内，车载储氢系统局部火烧区域的温度均达到600℃；整体火源燃烧排引燃后2分钟内，车载储氢系统周围温度均达到800℃，满足规范标准的要求；3.气体燃料供给、点火、火焰大小调节、安全泄压等，均实现了完全远程控制，有效保障试验人员安全；4.安全保护系统具有远程控制泄压和手动泄压的双重保护功能，可实时控制车载储氢系统泄放内部高压氢气，有效防止车载储氢系统发生爆炸；5.应用范围广，适用于不同几何尺寸的车载储氢系统进行火灾模拟试验，也可用于试验评估车载压缩天然气储存系统、车载液化天然气储存系统、车载液化石油气储存系统、动力电池等车载储能系统的火灾安全性。附图说明图1是本专利技术一种以气体燃料为火源的车载储氢系统火灾模拟试验装置的示意图。图2为实例中的气化箱结构示意图。图3为实例中的局部火源燃烧排和整体火源燃烧排结构示意图。图中：气化箱1、石英纤维布2、固定框架3、高压电磁阀4、手动卸荷阀5、第一压力传感器6、第一压力表7、第二压力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
车载储氢系统火灾模拟试验装置，其特征在于包括气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统和数据采集控制系统；所述气体燃料源通过管道与火灾模拟试验台的单向阀的输入端相连，所述单向阀的输出端与火灾模拟试验台相连；所述火灾模拟试验台上方设有用于放置车载储氢系统的支架；所述车载储氢系统的组合阀出气口与安全保护系统相连；所述数据采集控制系统通过数据传输线与气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统相连。

【技术特征摘要】
1.车载储氢系统火灾模拟试验装置，其特征在于包括气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统和数据采集控制系统；所述气体燃料源通过管道与火灾模拟试验台的单向阀的输入端相连，所述单向阀的输出端与火灾模拟试验台相连；所述火灾模拟试验台上方设有用于放置车载储氢系统的支架；所述车载储氢系统的组合阀出气口与安全保护系统相连；所述数据采集控制系统通过数据传输线与气体燃料源、火灾模拟试验台、安全保护系统相连；所述气体燃料源包括液化石油气罐、局部火源燃料管道、整体火源燃料管道，局部火源燃料管道、整体火源燃料管道上均各自设有手动截止阀、压力表、减压阀和电控球阀；所述火灾模拟试验台包括第一单向阀、第二单向阀、气化箱、局部火源燃烧排、整体火源燃烧排、石英纤维布、固定框架、点火器、热电偶和第二压力传感器；局部火源燃烧排和整体火源燃烧排平放于气化箱内，气化箱上平铺编织型带有孔的所述石英纤维布，石英纤维布的四周由固定框架固定在气化箱上形成一体化结构；局部火源燃料管道与第二单向阀的输入端连接；整体火源燃料管道与第一单向阀的输入端连接；局部火源燃烧排的燃料输入端口与第二单向阀的输出端连接，接收燃料；整体火源燃烧排的燃料输入端口与第一单向阀的输出端连接，接收燃料；第二压力传感器用于远程实时监测车载储氢系统内部压力变化情况；所述热电偶设置于车载储氢系统表面。2.根据权利要求1所述的车载储氢系统火灾模拟试验装置，其特征在于所述安全保护系统包括第一压力表、第一压力传感器、手动卸荷阀和高压电磁阀；所述高压电磁阀通过管道与车载储氢系统的组合阀出气口相连，高压电磁阀与车载储氢系统之间的管道上设有第一压力表、第一压力传感器、手动卸荷阀；所述手动卸荷阀设置在第一压力表和高压电磁阀之间。3.根据权利要求2所述的车载储氢系统火灾模拟试验装置，其特征在于所述数据采集控制系统包括控制器、计算机、红外测温仪、高清摄像机和风速仪；红外测温仪、高清摄像机、风速仪分别通过数据传输线与计算机相连；...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧可升，郑炯，罗伟坚，李绪丰，杨景标，胡华胜，
申请(专利权)人：广东省特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44