今天我们来一起学习下：3型和4型复合气瓶充装过程中内部温度变化的研究
THE STUDY ON THE INTERNAL TEMPERATURE CHANGE OF TYPE 3 AND TYPE 4 COMPOSITE CYLINDER DURING FILLING这篇文章主要对比了三型气瓶和四型气瓶的充气温度变化，其实呢，温度的变化主要在于气瓶内胆的热导率，塑料和金属的热导率存在差异。我看到过有些研究是在IV气瓶的瓶口安装散热器（简单理解就是把金属阀座做成散热片，深入到气瓶内部，是有些效果的）复合气瓶评估标准与规定国际法规：欧盟、美国等国家和地区制定了复合气瓶安全评估标准，如欧盟的 UN EC No.406、美国的 ANSI/NGV2 2007 等，不同类型气瓶的测试项目存在差异，氢气储存用复合气瓶需通过 15 项安全测试 。 气体循环试验：是检测复合气瓶安全性的重要测试之一。只有通过液压压力测试、环境液压循环测试和渗透测试的样品才能进行该试验。试验时，样品需承受高于标称工作压力 1.0 倍的实际气体压力，在 2MPa 下重复加压和减压 1000 次，填充时间不得超过 5 分钟。试验过程中需测量温度，并在试验后检查气瓶是否泄漏、有无裂缝等 。 (a)气体循环试验安全室结构(b)天然气压缩和回收设备（最大压力：38 MPa)图2.气体循环测试设备实验过程实验概述：以天然气循环试验为测试项目，对比 3 型和 4 型复合气瓶在填充高压气体时的内部温度变化。测试对象为 1 个 3 型 70 升 CNG 气瓶和 1 个 4 型 71 升 CNG 气瓶，测试时间为 2013 年 3 月 7 日至 9 日，测试压力范围为小于 2MPa 至 20.7MPa、22MPa（峰值压力保持 60 秒）。 实验气瓶规格：3 型复合气瓶采用 Al6061 - T6 材料，无缝铝衬里，T700 碳纤维 / 环氧树脂全缠绕，衬里厚度 4.3mm，复合层厚度 8.3mm，外径 395mm；4 型复合气瓶采用 HDPE 材料，衬里厚度 7.5mm，复合层厚度 11mm，外径 396mm 。 实验方法：使用可加压至 38MPa 的天然气循环试验设备，对两种气瓶分别进行两次 20.7MPa 和一次 22MPa 的加压测试，每次达到目标压力后保持 60 秒再排气。通过靠近测试气瓶的压力传感器数据控制加压和排气过程。在每个气瓶中安装 12 个 t 型热电偶温度传感器，每秒采集一次数据，并将测试和监测场景录制为视频文件 。 图3.复合材料气瓶的设置测试结果与讨论温度变化：对比分析发现，在 20.7MPa 压力下，4 型气瓶平均温度比 3 型气瓶高 3 - 7°C；在 22MPa 压力下，4 型气瓶平均温度比 3 型气瓶高约 3°C。 压力保持时间：在 20.7MPa 压力下，4 型气瓶平均保持压力 8 秒，3 型气瓶平均保持 4 秒；在 22MPa 压力下，4 型气瓶平均保持 7 秒，3 型气瓶平均保持 3 秒 。 温度数据分析：通过详细的温度数据表格可知，在目标压力持续期间，4 型气瓶的平均温度高于 3 型气瓶，且保持最大压力的时间更长 。 (a)实际温度传感器(b)传感器在气缸内的位置图4.温度传感器的结构和设置研究结论温度变化差异：4 型气瓶内部温度变化比 3 型气瓶更大，热交换时间更长，这表明 3 型气瓶的内部铝衬里比 4 型气瓶的内部 HDPE 衬里散热更快。 温度合规性问题：实验中所有气瓶在排气时温度均低于 - 40°C，不符合 UN EC No.406 (2010) 的规定，后续实验需控制气体泄漏速度。 后续研究方向：基于该研究结果，后续将对使用氢气时的内部温度变化展开进一步研究。 项目 详情 测试气瓶类型 3 型 70 升 CNG 气瓶、4 型 71 升 CNG 气瓶 测试压力 20.7MPa（两次）、22MPa（一次） 压力保持时间 20.7MPa 和 22MPa 时均保持 60 秒 温度传感器数量 每个气瓶 12 个 测试结果（20.7MPa） 4 型气瓶平均温度比 3 型高 3 - 7°C，4 型保持压力 8 秒，3 型保持 4 秒 测试结果（22MPa） 4 型气瓶平均温度比 3 型高约 3°C，4 型保持压力 7 秒，3 型保持 3 秒 排气温度问题 所有气瓶排气温度低于 - 40°C 关键问题3 型和 4 型复合气瓶在结构和材料上有何不同，对其性能有什么影响？3 型复合气瓶采用 Al6061 - T6 材料的无缝铝衬里，T700 碳纤维 / 环氧树脂全缠绕，衬里较薄（4.3mm）；4 型复合气瓶采用 HDPE 材料的衬里，衬里较厚（7.5mm），同样由碳纤维 / 环氧树脂全缠绕。这种结构和材料的差异使得 3 型气瓶的热传导性能更好，内部温度变化相对较小；而 4 型气瓶因衬里材料导热性较差，内部温度变化更大，且保持目标压力的时间更长。气体循环试验中对温度的监测和控制有哪些要求，实验结果与规定有何差异？气体循环试验要求在试验过程中使用热电偶在金属端盖处测量温度（若只有一个端盖，则在对面插入温度传感器），且排气温度不得超过 - 40°C 至 +85°C 。在本次实验中，所有气瓶在排气时温度均低于 - 40°C，不符合 UN EC No.406 (2010) 的规定，后续实验需要按照规定控制气体泄漏速度。研究 3 型和 4 型复合气瓶内部温度变化对车辆使用高压气体燃料有什么实际意义？了解复合气瓶内部温度变化有助于评估气瓶在车辆运行过程中的安全性和稳定性。例如，温度变化可能影响气瓶材料的性能，过高或过低的温度都可能引发安全隐患。通过掌握这些变化规律，可以优化气瓶的设计和使用，制定更合理的安全措施，保障车辆使用高压气体燃料的安全，同时也为后续使用氢气等燃料时的相关研究提供参考 。来源：气瓶设计的小工程师
