本发明属于压力容器，具体涉及一种氢气快速加注系统、惰化系统及其控制方法。
背景技术：
1、安全、经济、高效的储氢技术是氢能应用和产业化的重要保障。目前将压缩氢气储存于气瓶内，可以获得高密度储存、低重量、低成本优势。但高压储氢气瓶在快速加注过程中会伴随着温升效应，剧烈的压力和温度变化会影响环氧树脂的机械性能，威胁高压储氢气瓶的疲劳寿命同时还影响其加注率(state of charge，soc)。因此，为了防止氢气最高温度超过温度阈值，研究气体的温升特性以及加氢策略非常重要。
2、已有不少学者从多个角度关注高压储氢气瓶注氢过程中的温升和压力等问题，并得到了一些有意义的结论。例如，sung chan kim等人研究不同的瓶内初始压力对高压储氢气瓶注氢过程的温升变化影响，结果表明加注过程中瓶内最高温升随初始压力的增大而减小。m.heitsch、m.cristina galassi等人在研究初始压力的基础上，进一步研究储氢气瓶加注期间绝热填充、压力上升率和预冷的影响。zheng等人研究了环境温度条件对气体最终温升的影响，结果表明随环境温度升高，最终气体温度呈线性上升。ramasamy等人对气瓶的入射口配置进行研究，结果表明通过在不同的喷嘴之间分配氢气喷射，可以增强氢气与气瓶内壁之间的传热，降低峰值气体温度。
3、何广利、r.ortiz cebolla、n.de miguel等人研究了ⅲ型、ⅳ型储氢气瓶的初始温度、质量流率对气瓶加注率(soc)的影响，结果表明质量流率、初始温度对于soc的影响在ⅳ型气瓶中要大于ⅲ型气瓶。kim等人研究揭示了气瓶内部最高温升与soc的关系。seung等人研究了加注过程中的雷诺数和努塞尔数，并系统的分析了这些数据和soc的关系，结果表明通过设定氢气温度，可以实现对储氢装置温升的控制。wu等人在控制质量流率的基础上，提出了不同条件下的各种延时加氢策略，以满足在不超过最高温度限制的情况下尽可能缩短加注时间的要求。
4、综上所述，以往研究大多集中于加注过程中，气瓶的加注参数以及结构参数对温升、压力以及加注率(soc)的影响，而对于加注策略方面的研究相当有限。因此开展高压储氢气瓶的加注策略研究，进一步开发高效的加氢技术，对提高高压氢气加注安全性和经济性具有重要意义。本技术采用数值模拟方法建立二维轴对称高压储氢气瓶模型，对高压储氢气瓶加注过程进行分析，进一步针对排气过程中温升陡降情况，从对流传热的角度进行了分析，提出了两种加注策略即通过静置或排气的方法，实现了提升加注率同时控制温度和压力，为储氢、用氢安全奠定了基础。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在上述问题，本发明的目的是提供一种氢气快速加注系统、惰化系统及其控制方法，通过设置不同的加注策略来提升高压储氢气瓶加注效率。
2、本发明在第一方面提供了一种氢气快速加注系统，包括多个相互并联的高压氢气瓶，多个相互并联高压氢气瓶的一端设有输送管道与接收气瓶连接，多个相互并联高压氢气瓶的另一端设有输入管道与压缩机的一端连接，所述压缩机另一端通过管道三与集气瓶连接，所述集气瓶与接收气瓶之间连接有管道四；所述高压氢气瓶的输入端设有电磁阀一、输出端设有电磁阀二、输送管道上设有电磁阀三，管道四上设有电磁阀四、输入管道上设有电磁阀五。
3、本发明在第二方面提供了氢气快速加注方法，包括如下步骤，
4、1)根据各高压气瓶中的氢气存储情况打开其中一个高压氢气瓶中的电磁阀二和输送管道电磁阀三对接收气瓶进行充气，此时电磁阀一、电磁阀四和电磁阀五关闭；
5、2)充气过程中控制电磁阀三开启和关闭控制时间流程如下：起始38-40秒之后，关闭23-25秒，开启38-40秒，关闭23-25秒，开启38-40秒，关闭23-25秒，再次开启电磁阀三直至系统显示加注完成为止。
6、本发明在第三方面还提供了另外一种氢气快速加注方法，包括如下步骤，
7、1)根据各高压气瓶中的氢气存储情况打开其中一个高压氢气瓶中的电磁阀二和输送管道上电磁阀三对接收气瓶进行充气，此时电磁阀一、电磁阀四和电磁阀五关闭；
8、2)充气过程中控制电磁阀三、电磁阀四开启和关闭控制时间流程如下：
9、电磁阀三开启38-40秒之后关闭；
10、电磁阀四开启4-5秒之后关闭使接收气瓶部分气体通过管道四进入集气瓶；
11、静置7-8秒；
12、3)重复2次步骤2)操作之后；控制电磁阀三打开加注45秒；之后关闭7-8秒后再次开启直到加注完成为止；
13、4)打开电磁阀五和其中一个高压氢气瓶的输入端设有电磁阀一，集气瓶内的氢气通过压缩机压缩之后进入对应的高压氢气瓶，回收完成。
14、本发明的系统是多功能的，除了可以对氢气瓶进行加注之外，还可以对生产出来充满空气的氢气瓶进行惰化。
15、本发明在第四方面还提供了一种氢气瓶快速惰化系统，包括多个相互并联的高压氮气瓶，其特征在于，多个相互并联高压氮气瓶的一端设有输送管道与接收气瓶连接，所述接收气瓶还连接有排出管道四；所述高压氮气瓶的输入端设有电磁阀一、输出端设有电磁阀二、输送管道上设有电磁阀三，排出管道四上设有电磁阀四。
16、本发明在第五方面还提供了一种氢气瓶快速惰化的方法，其特征在于，包括如下步骤，
17、1)根据各高压气瓶中的氮气存储情况打开其中一个高压氢气瓶中的电磁阀二和输送管道上电磁阀三对接收气瓶进行充气，此时电磁阀一、电磁阀四关闭；
18、2)充气过程中控制电磁阀三、电磁阀四开启和关闭控制时间流程如下：
19、电磁阀三开启38-40秒之后关闭；
20、电磁阀四开启4-5秒之后关闭使接收气瓶部分气体通过管道四排入到空气；
21、静置7-8秒；
22、3)重复2次步骤2)操作之后；控制电磁阀三打开加注45秒；之后关闭7-8秒后再次开启直到加注完成为止。
23、本发明的通过对35mpa储氢气瓶加注过程进行数值模拟研究，探究了高压储氢气瓶加注策略中的排气阶段温升发生陡降的原因，并对速度、协同角的作用机制进行分析；进一步揭示了两种延时加注策略对高压储氢气瓶中的温升、压力、加注率的影响。主要结论总结如下：
24、1)在高压储氢气瓶在加注过程中，运用静置或排气的方法，可以有效的控制气瓶内部最高温升。在排气开始阶段，气瓶内部最高温度出现陡降现象；
25、2)温升陡降现象是由瓶内速度场与温度梯度场综合影响导致的结果。速度在排气开始阶段，由于排气带来的反向冲量作用，瓶底区域x向速度呈现先上升后下降的趋势。本发明第三方面的实施中，在40-40.2s的时间段内，其中瓶底环流速度场及场协同度增加，对流传热效果增强；从40.2-41.0s的时间段内，瓶底区域x向速度逐渐降低但是仍然较大，对流传热效果逐渐减弱，瓶底区域最高温升快速下降最终形成陡降现象。
26、(3)运用温升陡降这一机制，设计了延迟加注的策略，即在加注过程中的某个时间节点进行静置或排气等措施，使储氢气瓶进行自然冷却，然后再进行加注，以此循环多次直到气瓶加注完成。本发明的2种加注方法在加注完成时的温升分别为54.8℃，61.2℃，本发明的2种加注方法的温升相比于现有加注方案分别下降了15.7％，5.8％；本发明的2种加注方法的平均压力的上升速率相比于现有加注方案有明显下降；本发明的2种加注方法的加注率(soc)分别达到87.33％，87.36％，本发明的2种加注方法的加注率相比于现有加注方案分别提升了21.83％，21.84％。
当前第1页1 2