一种c5-pfk快速充气系统及充气方法
阅读说明：本技术 一种c5-pfk快速充气系统及充气方法 (C5-PFK rapid inflation system and inflation method ) 是由 李龙 李柯 姚强 刘佳 张施令 邓保家 邱妮 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及绝缘气体设备技术领域,具体涉及一种C5-PFK快速充气系统及充气方法,该系统包括C5-PFK充气装置、缓冲气体储存装置和混合气体储存装置,所述C5-PFK充气装置外设置有加热装置,所述C5-PFK充气装置置于加热装置内部；所述C5-PFK充气装置包括充气瓶体,所述充气瓶体内部密封,所述充气瓶体上设置充气管,所述充气管通过开关阀门与混合气体储存装置连接。目的在于通过在C5-PFK充气装置外部设置加热装置,使得C5-PFK液体在汽化时,可以持续的提供汽化所需热量,从而保证C5-PFK气体在不断充入的过程中,不会由于周围温度的降低而导致汽化速度越来越慢,从而造成混合气体浓度误差大的问题。(The invention relates to the technical field of insulating gas equipment, in particular to a C5-PFK rapid inflation system and an inflation method, wherein the system comprises a C5-PFK inflation device, a buffer gas storage device and a mixed gas storage device, a heating device is arranged outside the C5-PFK inflation device, and the C5-PFK inflation device is arranged inside the heating device; the C5-PFK inflation device comprises an inflation bottle body, the interior of the inflation bottle body is sealed, an inflation tube is arranged on the inflation bottle body, and the inflation tube is connected with the mixed gas storage device through a switch valve. The heating device is arranged outside the C5-PFK inflation device, so that heat required by vaporization can be continuously provided when C5-PFK liquid is vaporized, and the problem that concentration error of mixed gas is large due to the fact that vaporization speed is slower and slower due to reduction of ambient temperature in the process of continuous charging of C5-PFK gas is solved.)
技术领域
本发明属于绝缘气体设备技术领域，具体涉及一种C5-PFK快速充气系统及充气方法。
背景技术
C5-PFK是一种绝缘流体，C5-PFK的GWP值仅为1，远低于SF6的23500，其绝缘性能达到了纯SF6的2倍以上，C5-PFK环保、绝缘、分解等综合特性优异，使其具备替代SF6气体应用于各类中低压气体绝缘设备的潜力。
但目前针对C5-PFK混合气体的研究尚浅，极大地限制了混合气体的应用。C5-PFK混合气体的配置常采用的方法为分压法，也即根据混合气体的混合比以及混合气体的压强计算出各气体成分所对应的分压，再通过压差充入到容器中。但是，由于C5-PFK通常是以液态形式存在，将其汽化成气体后充入，C5-PFK会不断的吸收周围的热量，从而导致随着C5-PFK不断的充入、周围温度的不断降低，汽化速度越来越慢，造成配置的混合气体的压强不准确、浓度误差大等问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，本发明提供了一种C5-PFK快速充气系统及充气方法，该方法通过在C5-PFK充气装置外部设置加热装置，使得C5-PFK液体在汽化时，可以持续的提供汽化所需热量，从而保证C5-PFK气体在不断充入的过程中，不会由于周围温度的降低而导致汽化速度越来越慢，从而造成混合气体浓度误差大的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种C5-PFK快速充气系统，包括C5-PFK充气装置、缓冲气体储存装置和混合气体储存装置，所述C5-PFK充气装置和缓冲气体储存装置分别通过管路与混合气体储存装置连接，所述C5-PFK充气装置外设置有加热装置，所述C5-PFK充气装置置于加热装置内部；所述C5-PFK充气装置包括充气瓶体，所述充气瓶体内部密封，所述充气瓶体上设置充气管，所述充气管通过开关阀门与混合气体储存装置连接。
由于上述技术方案，在C5-PFK充气装置外设置了加热装置，可以保证C5-PFK充气装置内的C5-PFK液体汽化时，提供足够的热量，保证C5-PFK液体汽化的速度；充气瓶体内部密封，可以在充气瓶体内部具有压力的情况下提供保障，充气瓶体通过与混合气体储存装置之间的压力差，能够将充气瓶体内部已经汽化的C5-PFK气体快速的充入到混合气体储存装置中，达到快速充入的目的。
优选的，所述充气瓶体上设置试压管，所述试压管与真空泵连接；所述真空泵通过洗气管路与混合气体储存装置连接。
由于上述技术方案，真空泵为充气瓶体以及混合气体储存装置提供压力，从而保证充气瓶体的试压以及混合气体储存装置在充气前的洗气操作。
优选的，所述加热装置包括水域箱，所述水域箱内盛放有热水，所述C5-PFK充气装置置于水域箱中的热水内。
优选的，所述水域箱内的热水温度为50℃。
由于上述技术方案，通过水域箱内的热水为C5-PFK汽化提供热量，由于水的比热容较大，可以保证C5-PFK汽化的稳定性。
一种C5-PFK快速充气方法，利用上述C5-PFK快速充气系统，包括以下步骤：
1)组装并进行气密性检查；组装C5-PFK充气装置，打开真空泵对C5-PFK充气装置内部抽真空，检查C5-PFK充气装置气密性是否良好；
2)洗气；向混合气体储存装置中充入缓冲气体至一定压力后，打开真空泵对混合气体储存装置内部抽真空，反复多次；
3)充气；向步骤1)中已检查气密性的C5-PFK充气装置中倒入C5-PFK液体后密封连接，并将C5-PFK充气装置放置在加热装置中，打开开关阀门，根据分压原理先后分别向混合气体储存装置内充入C5-PFK气体和缓冲气体；待充入的混合气体达到所需压力后，静置2小时，待其混合均匀。
由于上述技术方案，利用C5-PFK沸点较低的特性，在C5-PFK充气装置外部设置加热装置，使得C5-PFK液体汽化后再充入混合气体储存装置内部，并通过加热装置持续的提供C5-PFK液体汽化时所需热量；通过反复的洗气操作以及分压原理，可以保证混合气体储存装置内部混合气体后，混合气体的浓度误差低于0.01％。
优选的，步骤1)中的具体操作为，打开真空泵对C5-PFK充气装置中的充气瓶体内部抽真空，直至与充气瓶体连接的压力表示数为-0.1Mpa之后关闭开关阀和真空泵，静置60min后再次读取压力表示数，若两次读取的压力表示数无差异，则表示充气瓶体的气密性良好。
优选的，若两次读取的压力表示数有差异，则需在高压环境下进行检漏；高压环境为压力在0.4MPa的密封条件下。
优选的，步骤2)中的具体操作为，打开缓冲气体储存装置上的阀门后，向混合气体储存装置中充入缓冲气体至0.2Mpa，再打开真空泵对混合气体储存装置内部抽真空；如此反复3-5次。
优选的，步骤3)中的具体操作为，充气前需对混合气体储存装置抽真空，根据分压原理先向混合气体储存装置中充入C5-PFK气体，充入前及充入的过程中，用温度传感器监控混合气体储存装置的温度，先缓慢充入C5-PFK气体后再快速充入，充完C5-PFK气体后静置15-20min；待达到规定压力后，再向混合气体储存装置中充入缓冲气体，待混合后的气体压力达到所需压力后停止。
优选的，所述缓冲气体为CO2、N2、Air中的任意一种或几种的组合。
本发明的有益之处在于：
1)方法利用C5-PFK沸点较低的特性，在C5-PFK充气装置外部设置加热装置，使得C5-PFK液体汽化后再充入混合气体储存装置内部，并通过加热装置持续的提供C5-PFK液体汽化时所需热量，从而保证C5-PFK气体在不断充入的过程中，不会由于周围温度的降低导致汽化速度变慢，从而影响混合气体的性能；
2)本发明通过采用分压原理先后分别向混合气体储存装置内充入C5-PFK气体和缓冲气体，并在充入气体后，静置使得其充分的混合均匀，保证混合气体的稳定性，本发明通过分压原理能够精确控制混合气体的浓度，并使得混合后气体的浓度偏差小于0.01％。；
3)本发明装置带有精密数字式气压表，能够有效控制混合气体储存装置以及C5-PFK充气瓶体内部气压，使得气压控制范围为不低于-0.1～0.8MPa，在气压控制范围内，装置气密性满足24h内气压下降小于0.5％，具有良好的气密性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为C5-PFK充气装置的结构示意图。
图中：1-C5-PFK充气装置；2-缓冲气体储存装置；3-混合气体储存装置；4-水域箱；5-充气管；6-开关阀门；7-试压管；8-真空泵；9-洗气管路；10-充气嘴壳体；11-盖体；12-充气瓶体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有的C5-PFK充气方式采用液态C5-PFK与真空气室直接相连，通过气压差将液态C5-PFK气瓶中的少量C5-PFK蒸汽吸入气室中，耗时长，且这些少量的C5-PFK蒸汽接近气态与液态间的临界状态，容易液化，造成混合气体混合比误差大。此外，这种传统方法配置出来的混合气体适合即配即用，不适合储存，若需要配置大量可储存的混合气体，C5-PFK从液态渐渐转为气态然后被吸入储存装置的过程需耗费大量时间。本发明提供了一种C5-PFK快速充气系统及方法，可以将气态的C5-PFK直接冲到到容器中与缓冲气体混合，能够保证在C5-PFK气体不液化的时候快速的与混合气体混合在一起，精确控制混合比。
实施例一
如图1所示，为一种C5-PFK快速充气系统，包括C5-PFK充气装置1、缓冲气体储存装置2和混合气体储存装置3，所述C5-PFK充气装置1和缓冲气体储存装置2分别通过管路与混合气体储存装置3连接，所述C5-PFK充气装置1外设置有加热装置，所述C5-PFK充气装置1置于加热装置内部，通过加热装置可以持续的为C5-PFK汽化提供热量，保证C5-PFK汽化的速度，使得C5-PFK在汽化后期时不会由于周围温度过低而导致汽化速度变慢。
参考图2，所述C5-PFK充气装置1包括充气瓶体2，所述充气瓶体2内部密封，所述充气瓶体2上设置充气管5，所述充气管5通过开关阀门6与混合气体储存装置3连接，当充气瓶体2内部储存有C5-PFK液体时，在C5-PFK汽化成气体时，可以直接从充气管5处充入到混合气体储存装置3，从而达到充气的目的。
所述充气瓶体2上设置试压管7，所述试压管7与真空泵8连接；所述真空泵8通过洗气管路9与混合气体储存装置3连接。在充气瓶体2内倒入C5-PFK液体之前，首先对充气瓶体2进行试压，保证充气瓶体2的气密性；真空泵8分别通过管路与试压管7以及洗气管路9连接，从而为充气瓶体2和混合气体储存装置3提供压力。
本实施例中，加热装置优选水域箱4，也可以选择其他的加热装置对充气瓶体2内的C5-PFK液体提供热量，本发明选择水域箱4的目的在于通过水域的方式加热更加稳定，将C5-PFK汽化后再充入到混合气体储存装置3中，所述水域箱4内盛放有热水，所述C5-PFK充气装置1置于水域箱4中的热水内。所述水域箱4内的热水温度为50摄氏度。水域箱4内的热水体积与充气瓶体2内C5-PFK液体的体积比为10：1，保证热水能完全加热到C5-PFK充气装置1的底部，热水水面能覆盖C5-PFK液体液面的高度，当充气瓶体2放入到水域箱4后，水域箱4中的热水高度能够完全没过充气瓶体2内C5-PFK液体的高度，从而能够为充气瓶体2内C5-PFK液体提供充分的热量，不至于在汽化后期由于温度变低而导致汽化速度变慢。
水域箱4可以采用敞口设置，并在水域箱4内放置加热器，从而为水域箱4中的热水提供热量，加热器可以采用电加热器。
实施例二
基于上述的C5-PFK快速充气系统，进行C5-PFK快速充气方法，主要包括以下步骤：
1)组装并进行气密性检查；组装C5-PFK充气装置1，组装的顺序为，充气瓶体2上设置密封垫片后，再安装充气嘴壳体10，然后组装盖体11，组装完成后在盖体11上连接充气管5以及气压表，充气管5的另一端与混合气体储存装置3连接；密封垫片与C5-PFK混合气体充分接触，需选择长时间使用不易发生老化的密封垫片。
打开真空泵8对C5-PFK充气装置1中的充气瓶体2内部抽真空，直至与充气瓶体2连接的压力表示数为-0.1Mpa之后关闭开关阀门6和真空泵8，静置60min后再次读取压力表示数，若前后两次读取的压力表示数无差异，则表示充气瓶体2的气密性良好；若前后两次读取的压力表示数有差异，则另需在高压环境下进行检漏；高压环境为压力在0.4MPa的密封条件下，从而确定充气瓶体2的漏气原因并调整充气瓶体2，使得充气瓶体2处于良好的气密条件下后使用。
2)洗气；打开缓冲气体储存装置2上的阀门后，向混合气体储存装置3中充入缓冲气体，当检测到充入的缓冲气体压力为0.2Mpa后，再打开真空泵8对混合气体储存装置3内部抽真空，如此反复3-5次，达到洗气的目的，本实施例中优选洗气次数为3次，洗气的目的在于将瓶中的杂质气体清楚，避免影响混合气体。
3)充气；待上两步操作完成后，向步骤1)中已检查气密性的C5-PFK充气装置1中倒入C5-PFK液体后，再按上述顺序连接密封，关闭开关阀门6，充气前需要对混合气体储存装置3抽真空，压力值为-100kPa～-100.8kPa；再将C5-PFK充气装置1放置在加热装置中，待充气瓶体2中的C5-PFK液体汽化部分后，快速打开开关阀门6，利用混合气体储存装置3内的压力与充气瓶体2内的较大压力差，使得汽化后的C5-PFK气体快速充入到混合气体储存装置3中；进一步的技术方案是，待充气瓶体2中的C5-PFK液体汽化部分后，使得充气瓶体2的压力值达到50kPa后，再快速打开开关阀门6，达到快速充气的目的。
根据分压原理先后分别向混合气体储存装置3内充入C5-PFK气体和缓冲气体。例如对于混合比4％、气压为0.3MPa的混合气体，C5-PFK气体对应分压为0.012MPa，缓冲气体对应的气压为0.288MPa；先向混合气体储存装置3内充入C5-PFK气体，再充入缓冲气体；待充入的混合气体达到所需压力后停止，静置15-20min使得混合气体储存装置3内的混合气体混合均匀。通过水域加热以及混合比计算分压，可以精确控制混合气体的混合浓度，使得混合气体混合后的浓度误差小于0.01％。
充入C5-PFK气体前及充入的过程中，需用温度传感器监控混合气体储存装置3的温度，先缓慢充入C5-PFK气体，待C5-PFK气体的温度与混合气体储存装置3的温度差值在5-10℃后，再快速充入C5-PFK气体，防止快速充入时，C5-PFK气体遇到混合气体储存装置3相对低温的内壁而大面积液化；由于C5-PFK在C5-PFK充气装置1中经过水浴加热变为温度较高的C5-PFK蒸汽，刚充入混合气体储存装置3时其压力较高，由气体状态方程：pV＝nRT可知，在混合气体储存装置3体积不变的情况下，随着C5-PFK气体的温度渐渐降低至混合气体储存装置3的温度，其压力会比刚充入时要低，因此需要给C5-PFK气体10-15min的冷却时间，待混合气体储存装置3的压力稳定后才开始充入缓冲气体。此时充入缓冲气体的分压或混合气体的总压可以通过C5-PFK含量及所需混合比精确计算。
所述缓冲气体为CO2、N2、Air中的任意一种或几种的组合。
上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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