低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统及其工艺流程的制作方法

本发明涉及一种低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统及其工艺流程，属于金属氢化物储氢瓶生产测试技术领域。

背景技术：

储氢瓶是一种氢气储存的容器。通过在瓶体中填装储氢材料的储氢瓶是目前正在发展的新型储氢技术。采用金属氢化物填充的储氢瓶被认为在燃料电池及燃料电池汽车，气体生产厂氢气提纯及储存运输，氢气增压(氢泵)及加氢站，测试仪器，集成电路和半导体生产，粉末冶金，热处理等供氢，氢医学健康应用产品等领域具有良好的应用前景。然而，金属氢化物储氢瓶在生产的过程必然会涉及到活化。我国专利号zl201710119306.2《多通道合金型贮氢罐活化、性能测试和封装一体化设备及其工艺流程》程宏辉，奚晨雨等人曾经公开一种贮氢罐活化设备，但是这种设备存在气路结构复杂，制造成本高昂，氢气消耗量大，运行耗能大，占用空间大，稳定性差，安全性差，适用范围窄，活化效率低等缺点。因此，为解决上述问题，急需对上述活化设备进行全新彻底的设计，以获得更佳使用性能。

技术实现要素：

为了克服现有金属氢化物储氢瓶活化设备存在的气路结构复杂、制造成本高昂、氢气消耗量大、运行耗能大、占用空间大、稳定性差、适用范围窄、活化效率低、安全性差等缺点，本发明的目的在于提供一种气路结构简单、制造成本低、氢气消耗量小、运行耗能低、结构紧凑、稳定性佳、适用范围宽、活化效率高、操作方便快捷的低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统及其工艺流程。

本发明的目的是这样实现的，低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统，其特征在于：包括氮气源、氢气源、第一减压阀、第二减压阀、第三减压阀、第一过滤器、第二过滤器、质量流量控制器、第一气动隔膜阀、第二气动隔膜阀、第三气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第五气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、第七气动隔膜阀、第八气动隔膜阀、第九气动隔膜阀、第十气动隔膜阀、真空泵、带有快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管、制冷加热型恒温浴槽、测温传感器、金属氢化物储氢瓶、第一压力变送器、第二压力变送器、第一压力表、第二压力表、调压阀、第一进气节流型调速阀、第二进气节流型调速阀、第三进气节流型调速阀、第四进气节流型调速阀、第一微孔限流器、第二微孔限流器、电磁阀组、直流电源模块、驱动板、数据采集模块、第一中间继电器、第二中间继电器、工控机以及基于python环境编制的测控软件；

其中：氢气源与第一减压阀、第一过滤器依次相连，然后通过三通接头分别与第四气动隔膜阀入口端和第九气动隔膜阀入口端相连；

氮气源与第二减压阀、第二过滤器依次相连，然后通过四通接头分别与第三气动隔膜阀入口端、第十气动隔膜阀入口端、调压阀入口端相连；调压阀出口端与电磁阀组的入口端相连；电磁阀组包含多个常闭型电磁阀，每个常闭型电磁阀用于控制每个电磁阀组出口端与调压阀出口端接通与否；电磁阀组上的每个电磁阀的通电状态受驱动板控制，其工作状态受数据采集模块控制；电磁阀组上的每个出口端最终都分别与第一气动隔膜阀、第二气动隔膜阀、第三气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第五气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、第七气动隔膜阀、第八气动隔膜阀、第九气动隔膜阀、第十气动隔膜阀的气缸入口端相连，连接方式为聚氨脂软管；电磁阀组出口端与第五气动隔膜阀气缸入口端之间的聚氨脂软管连接气路装有第一进气节流型调速阀，电磁阀组出口端与第六气动隔膜阀气缸入口端之间的聚氨脂软管连接气路装有第二进气节流型调速阀，电磁阀组出口端与第七气动隔膜阀之间的气路装有第三进气节流型调速阀，电磁阀组出口端与第八气动隔膜阀气缸入口端之间的聚氨脂软管连接气路装有第四进气节流型调速阀；其他电磁阀组的出口端与第一气动隔膜阀、第二气动隔膜阀、第三气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第九气动隔膜阀、第十气动隔膜阀气缸入口之间均为直接连接，没有其它部件；第六气动隔膜阀出口端和第七气动隔膜阀出口端通过三通连接在一起，三通的另一端与真空泵的入口端相连；第五气动隔膜阀的出口端和第八气动隔膜阀的出口端分别连第二微孔限流器和第一微孔限流器，然后通过三通连接在一起；第六气动隔膜阀入口端通过钢管与节点1相连，节点1通过钢管与节点2相连，节点2通过钢管与节点3相连，节点3通过钢管与节点4相连，节点4通过钢管与节点5相连，节点5通过钢管与节点6相连，节点6通过钢管与节点7相连，节点7通过钢管与节点8相连，节点8通过钢管与节点9相连，节点9通过钢管与第二气动隔膜阀的入口端相连，第二气动隔膜阀的出口端通过钢管与节点10相连，节点10通过钢管与第一压力变送器相连，节点10通过钢管与第一气动隔膜阀的入口端相连，第一气动隔膜阀的出口端与第三减压阀的入口端相连，第三减压阀的出口端与质量流量控制器的入口端相连，质量流量控制器的出口端直接通向大气；节点4通过钢管与第五气动隔膜阀的入口端相连，节点5通过钢管与第四气动隔膜阀的出口端相连，节点6通过钢管与第三气动隔膜阀的出口端相连，节点7通过钢管与第一压力表相连；通过第一压力表，操作者可以直接观察得到第一列金属氢化物储氢瓶活化气路的氢气压力；第七气动隔膜阀入口端通过钢管与节点20相连，节点20通过钢管与节点19相连，节点19通过钢管与节点18相连，节点18通过钢管与节点17相连，节点17通过钢管与节点16相连，节点16通过钢管与节点15相连，节点15通过钢管与节点14相连，节点14通过钢管与节点13相连，节点13通过钢管与节点12相连，节点12通过钢管与节点11相连，节点14通过钢管与第二压力变送器相连，节点17通过钢管与第八气动隔膜阀的入口端相连；节点17通过钢管与第八气动隔膜阀的入口端相连，节点16通过钢管与第九气动隔膜阀的出口端相连，节点15通过钢管与第十气动隔膜阀的出口端相连，节点18通过钢管与第二压力表相连；直流电源模块为质量流量控制器、第一压力变送器、第二压力变送器、测温传感器、电磁阀组、驱动板提供满足正常工作所需的24v直流电和正负15v直流电。

所述第一中间继电器的开关状态由数据采集模块通过驱动板进行控制，其输入回路的正极与直流电源模块的+24v端子连接，其输入回路的负极与驱动板的输出端口连接，其输出回路的公共触点与质量流量控制器的阀控端相连，其输出回路的常闭触点处于悬空状态，其输出回路的常开触点与第二中间继电器输出回路的公共触点相连，第二中间继电器的输出回路的常闭触点与直流电源模块的+15v端子连接，第二中间继电器的输出回路的常开触点与直流电源模块的-15v端子连接，第二中间继电器的输入回路正极与直流电源模块的+24v端子连接，其输入回路的负极与驱动板的输出端口连接；

节点1、节点2、节点3、节点4、节点5、节点6、节点7、节点8、节点9、节点10、节点11、节点12、节点13、节点14、节点15、节点16、节点17、节点18、节点19、节点20分别通过带有快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管与一个金属氢化物储氢瓶相连接。

整个系统中，第一气动隔膜阀、第二气动隔膜阀、第三气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第五气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、第七气动隔膜阀、第八气动隔膜阀、第九气动隔膜阀、第十气动隔膜阀、第一过滤器、第二过滤器、第一进气节流型调速阀、第二进气节流型调速阀、第三进气节流型调速阀、第四进气节流型调速阀、第一微孔限流器、第二微孔限流器、调压阀、第一压力表、第二压力表、第一压力变送器、第二压力变送器、第三减压阀、质量流量控制器、电磁阀组、直流电源模块、驱动板、数据采集模块、第一中间继电器、第二中间继电器以及连接气路和导线所构成的整体被装在柜体中；柜体上装有第一排风扇、第二排风扇、第三排风扇，柜体整体放在带滚轮的铝型材框架上；铝型材框架上装有4个带有吊链的活动挂钩。

所述第一减压阀的入口端最大压力为15mpa，出口端的压力范围为5～10mpa；第二减压阀的入口端最大压力为15mpa，出口端的压力范围为0.9～1mpa；调压阀出口端的压力范围为0.5～0.6mpa；第三减压阀的入口压力范围为0.1～2mpa，出口压力范围为0.1～0.2mpa。

为了一批次对更多金属氢化物储氢瓶的活化，该系统还可以根据需要进一步扩展出多个节点以便连接更多的金属氢化物储氢瓶；如果需要扩展节点数量的话，一般在节点2和3之间，节点8和9之间，节点12和13之间，节点18和19之间进行对称等量扩展。

低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统进行操作的工艺流程为：通过往复进行一列金属氢化物储氢瓶充氢，一列金属氢化物储氢瓶放氢的活化方式，实现低成本多通道热耦合节能活化；因为金属氢化物储氢瓶吸氢的时候要放出大量的热，而放氢的时候要吸收大量的热；而两列金属氢化物储氢瓶数量相等，规格相同，一列金属氢化物储氢瓶在吸氢放热，一列金属氢化物储氢瓶在放氢吸热，吸放热量大致相当，这样就不会造成恒温浴槽温度的显著增加或者降低，也基本不会因此导致恒温浴槽为维持温度而额外启动电热管加热或者压缩机进行制冷，从而实现显著节能；

通过第一微孔限流器、第二微孔限流器、第一进气节流型调速阀、第二进气节流型调速阀、第三进气节流型调速阀、第四进气节流型调速阀以及第五气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、第七气动隔膜阀、第八气动隔膜阀组合实现对金属氢化物储氢瓶活化气路的高压氢气缓慢排空，避免快速氢气流裹挟大量粉末流窜造成阀门的损害，以及管道的污染；

通过铝合金隔水套筒、铜粉的方式将金属氢化物储氢瓶与恒温介质水隔离开，既可避免恒温介质水造成锈斑影响金属氢化物储氢瓶外观，又可以确保较低的传热热阻，改善活化效率；

制冷加热型恒温浴槽上面装有恒温浴槽盖子，以及与金属氢化物储氢瓶数量相同的滑盖；每个与金属氢化物储氢瓶相连的带快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管均可从每个滑盖中心圆孔穿过；恒温浴槽盖子上安装有四个把手；制冷加热型恒温浴槽内壁四周装有环绕的制冷换热盘管；冷却介质经压缩机制冷降温后再在制冷换热盘管中流动进而实现对恒温介质水的冷却；制冷加热型恒温浴槽底部装有电热管；制冷加热型恒温浴槽内部装有循环水泵，中心的底部开有循环水出口，四周的内壁上分别开有四个循环水入口；四个循环水入口呈现均匀分布；相邻循环水入口的连线与内壁呈30度或60度角；制冷加热型恒温浴槽底部装有定位板，可以避免金属氢化物储氢瓶的倾倒，方便使用者快速将多个金属氢化物储氢瓶放置到相应的位置；制冷加热型恒温浴槽的恒温范围为5～90℃；

所述可伸缩高压不锈钢盘管的螺旋外径为30～40mm，螺旋间隙为10～20mm，管外径为1/8英寸；

所述质量流量控制器的流速控制范围为0～10-20slm，标定气体为氢气，累积放氢质量(g)的计算公式为，qm表示实测瞬时放氢流速(slm)；该设备对于金属氢化物储氢瓶放尽的判断是基于瞬时流速大小判断；当放氢流速降低到≤0.2～0.4slm(2％fs)即认为金属氢化物储氢瓶放氢已经放尽。

制冷加热型恒温浴槽底部装有定位板，每个金属氢化物储氢瓶放置在一个装有铜粉的隔水套筒里，然后分别放置在定位板上的20个圆孔里；通过定位板，一方面可以避免金属氢化物储氢瓶的倾倒，另一方面有利于使用者快速将多个带有隔水套筒的金属氢化物储氢瓶放置到相应的位置，起到良好的定位效果；为保证制冷加热型恒温浴槽内水温均匀恒定，制冷加热型恒温浴槽底部开有循环水出口，四壁开有第一循环水入口、第二循环水入口、第三循环水入口、第四循环水入口；制冷加热型恒温浴槽中的水流从四壁的第一循环水入口、第二循环水入口、第三循环水入口、第四循环水入口进，从底部的循环水出口出，循环流动；金属氢化物储氢瓶在充放氢过程会伴随着显著的放热和吸热现象，制冷加热型恒温浴槽的内部结构能很好的维持水温的均匀控制；制冷加热型恒温浴槽上面安装有恒温浴槽盖子，恒温浴槽盖子上装有把手和滑盖。

通过工控机上运行的测控软件实现人机交互；该测控软件基于python编程环境编制而成，可以实现连接金属氢化物储氢瓶、充氮检漏、循环活化、放氢测试、断开储氢瓶五种工艺流程的操作；

连接金属氢化物储氢瓶工艺流程包括以下步骤：将恒温浴槽盖子抬起，用铝型材框架上的活动挂钩分别将4个把手勾住，固定在半空，将金属氢化物储氢瓶放入定位板的各圆孔中心，然后通过快速接头与可伸缩高压不锈钢盘管进行连接；

充氮检漏工艺流程包括以下步骤：在测控软件上进行操作，关闭第一气动隔膜阀、第二气动隔膜阀、第三气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第五气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、第七气动隔膜阀、第八气动隔膜阀、第九气动隔膜阀、第十气动隔膜阀以及质量流量控制器内部电磁调节阀，打开第三气动隔膜阀，打开第十气动隔膜阀，向金属氢化物储氢瓶充入0.9～1mpa的氮气，然后向制冷加热型恒温浴槽中放入净化水，净化水的水位高于金属氢化物储氢瓶的螺纹和快速接头位置，放置10～20分钟后观察螺纹和快速接头位置以及金属氢化物储氢瓶瓶体看是否有气泡冒出，如有气泡冒出则进行针对性的维修以便再次进行充氮检漏操作，直到确认金属氢化物储氢瓶整体没有气泡冒出；确认所有金属氢化物储氢瓶无任何泄漏后，将所有金属氢化物储氢瓶都放到隔水套筒中，并倒入铜粉，使铜粉没过金属氢化物储氢瓶；然后，将4个把手与活动挂钩断开，将恒温浴槽盖子放下，每个滑盖放到合适的位置；

所述循环活化工艺流程包括以下步骤：打开真空泵，打开制冷加热型恒温浴槽，设定恒温温度和吸放氢循环次数，当水浴温度达到恒温温度，同时打开第八气动隔膜阀和第五气动隔膜阀，将两列金属氢化物储氢瓶内部压力降至≤0.12mpa，然后打开第六气动隔膜阀和第七气动隔膜阀，按操作者设置时间长度对两列金属氢化物储氢瓶进行抽真空，将钢瓶中存在的各种气体杂质抽净；然后进行充氢操作；两列金属氢化物储氢瓶的充氢是按顺序进行的，即打开第四气动隔膜阀和第二气动隔膜阀，对第一列金属氢化物储氢瓶充氢，确认压力不再下降，第一列金属氢化物储氢瓶均已吸氢饱和，然后关闭第四气动隔膜阀，打开第五气动隔膜阀和第九气动隔膜阀，对第二列金属氢化物储氢瓶充高压氢气，让第一列金属氢化物储氢瓶对大气放氢；关闭第五气动隔膜阀，打开第六气动隔膜阀，对第一列金属氢化物储氢瓶进行抽真空脱氢；确认压力不再下降，第二列金属氢化物储氢瓶均已吸氢饱和，达到抽真空时间，确认第一列金属氢化物储氢瓶彻底脱氢；关闭第六气动隔膜阀，打开第四气动隔膜阀，对第一列金属氢化物储氢瓶进行充氢，打开第八气动隔膜阀，使第二列金属氢化储氢瓶对大气放氢；确认第二列金属氢化物储氢瓶内部压力降至≤0.12mpa，打开第七气动隔膜阀，对第二列金属氢化物储氢瓶进行抽真空脱氢；确认压力不再下降，第一列金属氢化物储氢瓶均已吸氢饱和，达到抽真空时间，确认第二列金属氢化物储氢瓶已彻底脱氢；关闭第六气动隔膜阀和第九气动隔膜阀；判断吸放氢循环次数是否达到设定次数；如没有达到设定次数，则往复进行上述一列金属氢化物储氢瓶充氢，一列金属氢化物储氢瓶脱氢，直到吸放氢循环次数满足设定次数为止；如果吸放氢循环次数达到设定次数，打开第四气动隔膜阀确保第一列金属氢化物储氢瓶充氢饱和后关闭；

放氢测试工艺流程包括以下步骤：在测控软件设置放氢流速，关闭第一气动隔膜阀、第二气动隔膜阀、第三气动隔膜阀、第四气动隔膜阀、第五气动隔膜阀、第六气动隔膜阀、第七气动隔膜阀、第八气动隔膜阀、第九气动隔膜阀、第十气动隔膜阀，然后打开第一气动隔膜阀，确保质量流量控制器内部电磁调节阀处于默认的阀控状态，此时质量流量控制器开始工作，测控软件实时记录压力、温度、流速的变化，同时对流速进行积分获得累积流量，当放氢流速qm≤0.2～0.4slm时，与节点10连接的金属氢化物储氢瓶放氢测试结束；关闭第一气动隔膜阀，然后将质量流量控制器内部电磁调节阀控制到全关状态，维持2～3秒的时间，然后放氢测试流程结束；

所述断开储氢瓶工艺流程包括以下步骤：打开测控软件中手动程序，观测两列金属氢化物储氢瓶的压力，如果对应管路内部的氢气压力较高，则需要分别打开第八气动隔膜阀、第五气动隔膜阀，使对应气路的氢气压力降到≤0.12mpa；确认对应气路的氢气压力已经≤0.12mpa，则将滑盖移到上方合适的固定位置，将恒温浴槽盖子抬起，用铝型材框架上的活动挂钩将4个把手勾住，固定在半空；然后将带有快速接头的每个可伸缩高压不锈钢盘管在快速接头位置与每个金属氢化物储氢瓶脱开，然后将金属氢化物储氢瓶从隔水套筒中取出。待所有金属氢化物储氢瓶从隔水套筒中取出，将恒温浴槽盖子放下，断开金属氢化物储氢瓶，操作结束。

本发明科学合理，通过本发明提供的低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统及其工艺流程，解决了以往存在的金属氢化物储氢瓶活化装置制造成本高昂、运行耗能大、氢气消耗量大、结构复杂、占用空间大、稳定性差、适用范围窄等缺点。该热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统包括减压阀、压力表、气动隔膜阀、压力传感器、制冷加热型恒温水浴槽、传感器、数据采集模块、质量流量控制器、工控机、隔水套桶等部件。其工艺流程主要包括连接储氢瓶、充氮检漏、循环活化、放氢测试以及断开储氢瓶。本发明显著改善了金属氢化物储氢瓶的活化生产效率，采用同批次金属氢化物储氢瓶抽检的策略一方面可确保储氢瓶性能满住标准要求，另一方面大大降低检测评价的工作量，其自动化程度高，并且结构紧凑，占地面积小，制造和运行成本低。

附图说明

图1为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统柜体部分俯视结构示意图。

图2为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统制冷加热型恒温浴槽及金属氢化物储氢瓶俯视结构示意图。

图3为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统制冷加热型恒温浴槽及金属氢化物储氢瓶侧视结构示意图。

图4为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统数据采集模块，驱动板，电磁阀，中间继电器，质量流量控制器阀控端，直流电源模块之间的导线连接关系示意图。

图5为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统恒温浴槽盖子俯视结构示意图。

图6为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统的测控系统结构示意图。

图7为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统的连接储氢瓶流程图。

图8为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统的充氮检漏流程图。

图9为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统的循环活化流程图。

图10为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统的放氢测试流程图。

图11为本发明实施例中低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统的断开储氢瓶流程图。

图中：1真空泵、2氢气源、3氮气源、4第二减压阀、5第一减压阀、6第一过滤器、7第二过滤器、8调压阀、9电磁阀组、10直流电源模块、11驱动板、12质量流量控制器、13第三减压阀、14第一气动隔膜阀、15第一压力变送器、16第二气动隔膜阀、17第一压力表、18第三气动隔膜阀、19第四气动隔膜阀、20第五气动隔膜阀、21第六气动隔膜阀、22第七气动隔膜阀、23第八气动隔膜阀、24第九气动隔膜阀、25第十气动隔膜阀、26第二压力表、27第二压力变送器、28数据采集模块、29第一微孔限流器、30第二微孔限流器、31第一进气节流型调速阀、32第二进气节流型调速阀、33第三进气节流型调速阀、34第四进气节流型调速阀、35第一排风扇、36第二排风扇、37第三排风扇、38柜体、39制冷加热型恒温浴槽、40第一循环水出口、41第二循环水出口、42第三循环水出口、43第四循环水出口、44制冷换热盘管、45金属氢化物储氢瓶、46电热管、47循环水出口、48隔水套筒、49铜粉、50测温传感器、51可伸缩高压不锈钢盘管、52定位板、53阀控端、54第一中间继电器、55第二中间继电器、56恒温浴槽盖子、57把手、58滑盖、1-1节点1、1-2节点2、1-3节点3、1-4节点4、1-5节点5、1-6节点6、1-7节点7、1-8节点8、1-9节点9、1-10节点10、1-11节点11、1-12节点12、1-13节点13、1-14节点14、1-15节点15、1-16节点16、1-17节点17、1-18节点18、1-19节点19、1-20节点20。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统包括氮气源3、氢气源2、第一减压阀5、第二减压阀4、第三减压阀13、第一过滤器6、第二过滤器7、质量流量控制器12、第一气动隔膜阀14、第二气动隔膜阀16、第三气动隔膜阀18、第四气动隔膜阀19、第五气动隔膜阀20、第六气动隔膜阀21、第七气动隔膜阀22、第八气动隔膜阀23、第九气动隔膜阀24、第十气动隔膜阀25、真空泵1、带有快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管51、制冷加热型恒温浴槽39、测温传感器50、金属氢化物储氢瓶45、第一压力变送器15、第二压力变送器27、第一压力表17、第二压力表26、调压阀8、第一进气节流型调速阀31、第二进气节流型调速阀32、第三进气节流型调速阀33、第四进气节流型调速阀34、第一微孔限流器29、第二微孔限流器30、电磁阀组9、直流电源模块10、驱动板11、数据采集模块28、第一中间继电器54、第二中间继电器55、第一排风扇35、第二排风扇36、第三排风扇37、柜体38、带滚轮的铝型材框架、隔水套筒48、铜粉49、工控机以及基于python环境编制的测控软件。

如图1和图4所示，节点1、节点2、节点3、节点4、节点5、节点6、节点7、节点8、节点9、节点10、节点11、节点12、节点13、节点14、节点15、节点16、节点17、节点18、节点19、节点20分别通过带有快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管51与金属氢化物储氢瓶45相连，每个节点连接一个金属氢化物储氢瓶45。其中，节点1、节点2、节点3、节点4、节点5、节点6、节点7、节点8、节点9、节点10、节点11、节点12、节点13、节点14、节点15、节点16、节点17、节点18、节点19、节点20在附图中的附图标记分别为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12、1-13、1-14、1-15、1-16、1-17、1-18、1-19、1-20；与节点1至节点10相连的金属氢化物储氢瓶称为第一列金属氢化物储氢瓶。与节点11至节点20相连的金属氢化物储氢瓶称为第二列金属氢化物储氢瓶。如图1所示，氢气源2与第一减压阀5，第一过滤器6依次相连，然后通过三通接头分别与第四气动隔膜阀19入口端和第九气动隔膜阀24入口端相连，实现分别对两列金属氢化物储氢瓶的快速充氢。第一减压阀5的入口端最大压力为15mpa，出口端的压力范围为5～10mpa。氮气源3与第二减压阀4，第二过滤器7依次相连，然后通过四通接头分别与第三气动隔膜阀18入口端，第十气动隔膜阀25入口端，调压阀8入口端相连，实现分别对两列金属氢化物储氢瓶的快速充氮保压检漏，以及为所有气动隔膜阀的开关提供驱动气体。第二减压阀4的入口端最大压力为15mpa，出口端的压力范围为0.9～1mpa。调压阀8出口端的压力范围为0.5～0.6mpa左右。调压阀8出口端与电磁阀组9的入口端相连。电磁阀组9包含10个常闭型电磁阀，并且有10个出口端，每个常闭型电磁阀用于控制每个出口端与调压阀8出口端接通与否。电磁阀的数量与气动隔膜阀的数量相同。当常闭型电磁阀通电时即电磁阀处于开状态，当常闭型电磁阀断电时即电磁阀处于关闭状态。电磁阀组9上的每个电磁阀的通电状态受驱动板11控制，其工作状态受数据采集模块28控制。电磁阀组9上的每个出口端最终都分别与第一气动隔膜阀14，第二气动隔膜阀16，第三气动隔膜阀18，第四气动隔膜阀19，第五气动隔膜阀20，第六气动隔膜阀21，第七气动隔膜阀22，第八气动隔膜阀23，第九气动隔膜阀24，第十气动隔膜阀25的气缸入口端相连，连接方式为聚氨脂软管。其中，电磁阀组9出口端与第五气动隔膜阀20气缸入口端之间的聚氨脂软管连接气路装有第一进气节流型调速阀31，电磁阀组9出口端与第六气动隔膜阀21气缸入口端之间的聚氨脂软管连接气路装有第二进气节流型调速阀32，电磁阀组9出口端与第七气动隔膜阀22之间的气路装有第三进气节流型调速阀33，电磁阀组9出口端与第八气动隔膜阀23气缸入口端之间的聚氨脂软管连接气路装有第四进气节流型调速阀34。其他电磁阀组9的出口端与气动隔膜阀气缸入口之间均为直接连接，没有其它部件。进气节流型调速阀可以实现驱动气流缓慢进入气动隔膜阀的气缸，缓慢推动活塞，使气动隔膜阀缓慢打开，同时进气节流型调速阀可以实现气动隔膜阀气缸中气体的快速卸除，实现气动隔膜阀的快速关闭，另外还可以有效降低氮气驱动气使用量，大大降低设备的使用成本。第六气动隔膜阀21为第一列金属氢化物储氢瓶活化气路的抽真空出口截止阀，第七气动隔膜阀22为第二列金属氢化物储氢瓶活化气路的抽真空出口截止阀。第六气动隔膜阀21出口端和第七气动隔膜阀22出口端通过三通连接在一起，三通的另一端与真空泵1的入口端相连。真空泵1分别对两列金属氢化物储氢瓶活化气路进行缓慢抽真空，以便实现对金属氢化物储氢瓶抽除杂质气体及金属氢化物的彻底脱氢。第五气动隔膜阀20为第一列金属氢化物储氢瓶活化气路的氢气排空截止阀，第八气动隔膜阀23为其中第二列金属氢化物储氢瓶活化气路的氢气排空截止阀。第五气动隔膜阀20的出口端和第八气动隔膜阀23的出口端分别连第二微孔限流器30和第一微孔限流器29，然后通过三通连接在一起实现排空。通过微孔限流器，进气节流型调速阀，以及气动隔膜阀三种部件组合可以实现对金属氢化物储氢瓶活化气路的高压氢气缓慢排空，避免快速氢气流裹挟大量粉末流窜造成阀门的损害，以及管道的污染。第六气动隔膜阀21入口端通过钢管与节点1相连，节点1通过钢管与节点2相连，节点2通过钢管与节点3相连，节点3通过钢管与节点4相连，节点4通过钢管与节点5相连，节点5通过钢管与节点6相连，节点6通过钢管与节点7相连，节点7通过钢管与节点8相连，节点8通过钢管与节点9相连，节点9通过钢管与第二气动隔膜阀16的入口端相连，第二气动隔膜阀16的出口端通过钢管与节点10相连，节点10通过钢管与第一压力变送器15相连，节点10通过钢管与第一气动隔膜阀14的入口端相连，第一气动隔膜阀14的出口端与第三减压阀13的入口端相连，第三减压阀13的出口端与质量流量控制器12的入口端相连，质量流量控制器12的出口端直接通向大气。第三减压阀13的入口压力范围为0.1～2mpa，出口压力范围为0.1～0.2mpa。通过第三减压阀13使得放氢压力满足质量流量控制器12的工作要求。质量流量控制器12采用氢气进行标定，用于控制氢气的流出速度，测试与节点10相连的金属氢化物储氢瓶45的储氢容量。节点4通过钢管与第五气动隔膜阀20的入口端相连，节点5通过钢管与第四气动隔膜阀19的出口端相连，节点6通过钢管与第三气动隔膜阀18的出口端相连，节点7通过钢管与第一压力表17相连。通过第一压力表17，操作者可以直接观察得到第一列金属氢化物储氢瓶活化气路的氢气压力。第七气动隔膜阀22入口端通过钢管与节点20相连，节点20通过钢管与节点19相连，节点19通过钢管与节点18相连，节点18通过钢管与节点17相连，节点17通过钢管与节点16相连，节点16通过钢管与节点15相连，节点15通过钢管与节点14相连，节点14通过钢管与节点13相连，节点13通过钢管与节点12相连，节点12通过钢管与节点11相连，节点14通过钢管与第二压力变送器27相连，节点17通过钢管与第八气动隔膜阀23的入口端相连。节点17通过钢管与第八气动隔膜阀23的入口端相连，节点16通过钢管与第九气动隔膜阀24的出口端相连，节点15通过钢管与第十气动隔膜阀25的出口端相连，节点18通过钢管与第二压力表26相连。通过第二压力表26，操作者可以直接观察得到第二列金属氢化物储氢瓶活化气路的氢气压力。采用带有快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管的连接方式，可以确保管路能够承受足够压力，同时方便金属氢化物储氢瓶的连接与拆卸。为了一批次对更多金属氢化物储氢瓶的活化，该系统还可以根据需要进一步扩展出多个节点以便连接更多的金属氢化物储氢瓶。如果需要扩展节点数量的话，一般在节点2和3之间，节点8和9之间，节点12和13之间，节点18和19之间进行对称等量扩展以便获得更好的热匹配和降低气体流阻效应。直流电源模块10为质量流量控制器12，第一压力变送器15，第二压力变送器27，测温传感器50，电磁阀组9，驱动板11提供满足正常工作所需的24v直流电，和正负15v直流电。

整个系统中，第一气动隔膜阀14，第二气动隔膜阀16，第三气动隔膜阀18，第四气动隔膜阀19，第五气动隔膜阀20，第六气动隔膜阀21，第七气动隔膜阀22，第八气动隔膜阀23，第九气动隔膜阀24，第十气动隔膜阀25，第一过滤器6，第二过滤器7，第一进气节流型调速阀31，第二进气节流型调速阀32，第三进气节流型调速阀33，第四进气节流型调速阀34，第一微孔限流器29，第二微孔限流器30，调压阀8，第一压力表17，第二压力表26，第一压力变送器15，第二压力变送器27，第三减压阀13，质量流量控制器12，电磁阀组9，直流电源模块10，驱动板11，数据采集模块28，第一中间继电器54，第二中间继电器55以及相关连接气路和导线所构成的整体被装在柜体38中。柜体38实现对系统中关键部分进行保护。柜体38上装有第一排风扇35，第二排风扇36，第三排风扇37。这三个排风扇可以很好的促进热交换和质量交换，因为管路系统中主要是高压氢气，高压氢气在充放的时候会存在焦耳汤姆逊效应，进而造成管路中氢气的显著升温和降温，排风扇可以较快地促进管路内部氢气与外部空气间的热交换，使内部氢气的温度尽快稳定下来，从而使测试获得的压力数据更加稳定。另外，这三个排风扇可以对有关工作电路降温，使各类电气部件工作更加稳定可靠。另外，氢气是一种很容易泄漏和爆炸的气体。对于高压氢气管路而言，如果存在微量的长期泄漏，并在柜体38内部封闭空间中形成累积则是非常危险。这三个排风扇可以及时地将内部可能存在的微量氢气导出到柜体38外面，不会造成局部累积进而爆炸，使整个系统的工作安全性大大提升。柜体38整体放在带滚轮的铝型材框架上，方便移动。铝型材框架上装有4个带有吊链的活动挂钩，用于将恒温浴槽盖子56挂在较高的位置，方便操作者将金属氢化物储氢瓶放入浴槽或者取出，以及连接和拆卸快速接头。

如图2所示，制冷加热型恒温浴槽39内壁四周装有环绕的制冷换热盘管44。冷却介质经压缩机制冷降温后再在制冷换热盘管44中流动进而实现对制冷加热型恒温浴槽39中的恒温介质水进行冷却。所有金属氢化物储氢瓶45在制冷加热型恒温浴槽39中按两列对称分布。两列金属氢化物储氢瓶45之间的区域，制冷加热型恒温浴槽39底部装有电热管46。电热管46用于对制冷加热型恒温浴槽39中的恒温介质水进行加热。制冷加热型恒温浴槽39内部装有循环水泵。为促进恒温介质水与金属氢化储氢瓶45的换热效果，制冷加热型恒温浴槽39中心的底部开有循环水出口47，制冷加热型恒温浴槽39四周的内壁上分别开有第一循环水入口40，第二循环水入口41，第三循环水入口42，第四循环水入口43。四个循环水入口呈现均匀分布。各循环水入口的所在位置如图3所示，相邻循环水入口的连线与制冷加热型恒温浴槽39的内壁刚好呈30度或60度角。这种循环水出入口结构可以获得很好的换热效果。

金属氢化物储氢瓶45在吸放氢的时候会放出或吸收大量的热。如图3所示，为促进热交换，同时避免与制冷加热型恒温浴槽39中的恒温介质水直接接触而造成水垢铁锈之类斑点，影响金属氢化物储氢瓶45的外观，每个金属氢化物储氢瓶45都放置在铝合金材质的隔水套筒48中。同时，隔水套筒48与金属氢化物储氢瓶45之间的间隙都填满了铜粉49。所有的隔水套筒48都放置在制冷加热型恒温浴槽39底部定位板52的圆孔中。通过定位板52，一方面可以避免金属氢化物储氢瓶45的倾倒，另一方面有利于使用者快速将多个金属氢化物储氢瓶45放置到相应的位置。

如图4所示，数据采集模块28的模拟量输入端口分别通过导线与第一压力变送器15，第二压力变送器27，测温传感器50，质量流量控制器12信号输出端口相连。通过导线的相连将有关气路的压力信号，温度信号，流量信号导入到数据采集模块28中。数据采集模块28的模拟量输出端口与质量流量控制器12的信号输入端口相连。通过导线的相连，将数据采集模块28的流量控制信号导入质量流量控制器12中，进而控制其氢气流速。数据采集模块28的数字输出端口(do1-do12)通过导线与驱动板11的对应端口(1-12)相连，实现对电磁阀组9中有关电磁阀的开关状态进行控制。数据采集模块28通过电磁屏蔽通讯线与工控机相连。驱动板11采用场效应管，输入端信号为npn，信号输入电压为3.3v，输入端每路采用光电隔离模块，有效保护控制端安全，同时配有10路双极性状态指示灯。输出端具有二极管防浪涌保护，具有二极管防反接保护。vcc与gnd端口为驱动板11的供电端口，按提示电压接线。com端口接信号控制端公共极；被控电器输出端为开漏极输出，标号为o1-o12。驱动板11的安装方式为din35mm导轨安装。通过数据采集模块28控制驱动板11的o12端口，使第一中间继电器54通电，通电后第一中间继电器54动作，流量控制器阀控端53与直流电源模块的+15v端口相连，这种状态维持20～30秒，然后使第一中间继电器54断电。此时，流量控制器内部电磁调节阀处于全关状态。当数据采集模块28控制驱动板11的o12，o11端口，使第一中间继电器54和第二中间继电器55同时通电时，流量控制器阀控端53与直流电源模块-15v端口相连，这种状态维持20～30秒，然后使第一中间继电器54和第二中间继电器55断电。此时，流量控制器内部电磁阀调节阀处于全开状态。当第一中间继电器54不做任何动作时，质量流量控制器12内部电磁调节阀处于自身调控状态，此时电磁调节阀按设定流量调节通径大小。

如图5所示，制冷加热型恒温浴槽39上面装有恒温浴槽盖子56，以及与金属氢化物储氢瓶45数量相同的滑盖58。每个与金属氢化物储氢瓶45相连的带快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管51均可从每个滑盖58中心圆孔穿过。滑盖58能够显著加快带快速接头的可伸缩高压不锈钢盘管51与金属氢化物储氢瓶45之间快速连接和拆卸操作，同时确保制冷加热型恒温浴槽39内的温度稳定，能量损失小，恒温介质水的挥发小。由于恒温浴槽盖子56较大，因此其上安装有四个把手57，方便操作者同时在四个方向抬起并固定恒温浴槽盖子56。可伸缩高压不锈钢盘管的螺旋外径为30～40mm，螺旋间隙为10～20mm，管外径为1/8英寸。制冷加热型恒温浴槽的恒温范围为5～90℃。

如图6所示，低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统，通过工控机上运行测控软件实现人机交互。该测控软件基于python编程环境编制而成。控制软件通过数据采集模块驱动程序与数据采集模块28进行通讯，完成对测温传感器50，压力变送器15、27，质量流量控制器12实测流量输出端的数据采集，对质量流量控制器12的流量信号输入端进行设定，并对驱动板11，中间继电器54和55的状态进行控制，进而实现对气动隔膜阀的开关状态以及质量流量控制器12内部电磁调节阀的开关状态进行控制。另外，测控软件还对温度，压力和流量数据进行长期监控，在连接储氢瓶，充氮检漏，循环活化，断开储氢瓶时，主要监控过程的压力和温度变化。在放氢测试时，通过质量流量控制器12对单个金属氢化物储氢瓶放氢性能进行测试，主要包括放氢过程的流速变化，累积放出量，放尽时间，不同流速设定条件下维持稳定放氢流速的时间。该设备对于金属氢化物储氢瓶放尽的判断是基于瞬时流速大小判断的。当放氢流速≤0.2～0.4slm(2％fs)即认为储氢瓶放氢测试结束。基于该结果所测得的储氢瓶放氢容量对于工程应用来说更有意义。而发明专利zl201710119306.2《多通道合金型贮氢罐活化、性能测试和封装一体化设备及其工艺流程》中放尽压力的设定则需要根据贮氢罐中具体储氢材料的放氢pct曲线进行确定，这增加了测试工作的复杂度和工作量。另外，由于同批次制造的金属氢化物储氢瓶，其储氢材料的成分，填充材料的成分，以及配比都是一样的，因此采用同批次中随机抽检一个金属氢化物储氢瓶进行放氢性能测试是低成本高效率金属氢化物储氢瓶质量控制的最佳策略。

低成本多通道热耦合节能型金属氢化物储氢瓶活化系统的工艺流程包括连接储氢瓶，充氮检漏，循环活化，放氢测试，断开储氢瓶。其中，如图7所示，连接储氢瓶主要流程为：将恒温浴槽盖子56抬起，用铝型材框架上的活动挂钩分别将4个把手57勾住，固定在半空，将金属氢化物储氢瓶45放入定位板52的各圆孔中心，然后通过快速接头与可伸缩高压不锈钢盘管51进行连接。

如图8所示，充氮检漏的主要流程为：在测控软件上进行操作关闭所有气动隔膜阀以及质量流量控制器12内部电磁调节阀，打开第三气动隔膜阀18，打开第十气动隔膜阀25，向金属氢化物储氢瓶45充入0.9～1mpa的氮气，然后向制冷加热型恒温浴槽39中放入净化水，净化水的水位高于金属氢化物储氢瓶45的螺纹和快速接头位置，放置10～20分钟后观察螺纹和快速接头位置以及储氢瓶瓶体看是否有气泡冒出，如有气泡冒出则进行针对性的维修以便再次进行充氮检漏操作，直到确认金属氢化物储氢瓶45整体没有气泡冒出，表明密封良好。通过该气泡检漏方法可以迅速地定位储氢瓶漏点的位置，方便快速制定维修措施。另外，氮气是惰性气体，用于检漏的安全性比较高。确认所有储氢瓶无任何泄漏后，将所有金属氢化物储氢瓶45都放到隔水套筒48中，并倒入铜粉49，使铜粉没过金属氢化物储氢瓶45，以便显著改善传热效果。然后，将4个把手57与活动挂钩断开，将恒温浴槽盖子56放下，每个滑盖58放到合适的位置。

如图9所示，循环活化的主要流程为：打开真空泵1，打开制冷加热型恒温浴槽39，设定恒温温度和吸放氢循环次数，当水浴温度达到恒温温度，同时打开第八气动隔膜阀23和第五气动隔膜阀20，将两列金属氢化物储氢瓶内部压力降至≤0.12mpa，然后打开第六气动隔膜阀21和第七气动隔膜阀22，按操作者设置时间长度对两列金属氢化物储氢瓶45进行抽真空，将钢瓶中存在的各种气体杂质抽净。然后进入下一步操作，即充氢操作。两列金属氢化物储氢瓶的充氢是按顺序进行的，即打开第四气动隔膜阀19和第二气动隔膜阀16，对第一列金属氢化物储氢瓶45充氢。确认压力不再下降，第一列储氢瓶均已吸氢饱和。然后关闭第四气动隔膜阀19，打开第五气动隔膜阀20和第九气动隔膜阀24，对第二列金属氢化物储氢瓶45充高压氢气，让第一列金属氢化物储氢瓶45对大气放氢。关闭第五气动隔膜阀20，打开第六气动隔膜阀21，对第一列金属氢化物储氢瓶45进行抽真空脱氢。确认压力不再下降，第二列金属氢化物储氢瓶45均已吸氢饱和，达到抽真空时间，确认第一列金属氢化物储氢瓶45彻底脱氢。关闭第六气动隔膜阀21，打开第四气动隔膜阀19，对第一列金属氢化物储氢瓶45进行充氢，打开第八气动隔膜阀23，使第二列金属氢化物储氢瓶对大气放氢。确认第二列金属氢化物储氢瓶45内部压力≤0.12mpa，打开第七气动隔膜阀22，对第二列金属氢化物储氢瓶45进行抽真空脱氢。确认压力不再下降，第一列金属氢化物储氢瓶均已吸氢饱和，达到抽真空时间，确认第二列金属氢化物储氢瓶已彻底脱氢。关闭第六气动隔膜阀21和第九气动隔膜阀24。判断吸放氢循环次数是否达到设定次数。如没有达到设定次数，则往复进行上述一列储氢瓶充氢，一列储氢瓶脱氢，直到吸放氢循环次数满足设定次数为止。如果吸放氢循环次数达到设定次数，打开第四气动隔膜阀19确保第一列金属氢化物储氢瓶充氢饱和后关闭。上述通过往复进行一列储氢瓶充氢，一列储氢瓶放氢的活化方式，即为低成本多通道热耦合节能活化。因为金属氢化物储氢瓶吸氢的时候要放出大量的热，而放氢的时候要吸收大量的热。而两列储氢瓶数量相等，规格相同，一列储氢瓶在吸氢放热，一列储氢瓶在放氢吸热，吸放热量大致相当，这样就不会造成制冷加热型恒温浴槽39中温度显著增加或者降低，也基本不会因此导致制冷加热型恒温浴槽39为维持温度而额外启动电热管加热或者压缩机进行制冷，从而实现显著节能。

如图10所示，放氢测试的主要流程为：在测控软件设置放氢流速，关闭所有气动隔膜阀，然后打开第一气动隔膜阀14，确保质量流量控制器12内部电磁调节阀处于默认的阀控状态，此时质量流量控制器12开始工作，测控软件实时记录压力，温度，流速的变化，同时对流速进行积分获得累积流量，累积放氢质量的计算公式为qm表示实测瞬时放氢流速。质量流量控制器12采用氢气标定，其累积放氢质量的计算无需加转换因子，更加简单和准确。当放氢流速qm≤0.2～0.4slm时即认为与节点10连接的金属氢化物储氢瓶45放氢测试结束。关闭第一气动隔膜阀14，然后将质量流量控制器12内部电磁调节阀控制到全关状态，维持2～3秒的时间，然后放氢测试流程结束。

如图11所示，断开储氢瓶主要流程为：打开测控软件中手动程序，观测两列金属氢化物储氢瓶的压力。如果对应管路内部的氢气压力较高，则需要对分别打开第八气动隔膜阀23，第五气动隔膜阀20，使对应气路的氢气压力≤0.12mpa。如果对应气路的氢气压力已经≤0.12mpa，则将滑盖58移到上方合适的固定位置，将恒温浴槽盖子56抬起，用铝型材框架上的活动挂钩将4个把手57勾住，固定在半空。然后将带有快速接头的每个可伸缩高压不锈钢盘管51在快速接头位置与每个金属氢化物储氢瓶45脱开，然后将金属氢化物储氢瓶45从隔水套筒48中取出。待所有金属氢化物储氢瓶45从隔水套筒48中取出，将恒温浴槽盖子56放下，断开储氢瓶的操作结束。