一种充氢系统及方法与流程

1.本发明涉及加氢站领域，尤其涉及一种充氢系统及方法。


背景技术：

2.氢能源作为最具有发展前景的新能源，其逐渐被应用于人类生活中的各个领域。目前来说，最广泛也是最常用的应用领域为氢燃料电池汽车。然而当加氢站的加氢设备向氢燃料电池汽车的储氢装置中进行充氢时，为了保证充氢的快速性，在短时间内，储氢装置的内部压力会急剧升高，由于压力升高，带来的氢气压缩问题，同时也会使氢气的温度明显升高，氢气过高的温度容易造成安全隐患。


技术实现要素：

3.针对以上问题，本发明提供了一种充氢系统及方法，在为储氢装置提供快速充氢的过程中，充分保障充氢过程的安全、可靠。
4.本发明提出的一种充氢系统及方法，系统包括氢源、氢气压缩装置和氢气存储装置；
5.所述氢气压缩装置包括n级；所述氢气存储装置与所述氢气压缩装置一一对应，也包括n级；n为预设值；
6.所述氢源与所述氢气压缩装置通过供氢管道连接；所述氢气压缩装置与所述氢气存储装置。
7.进一步地，所述氢源由制氢厂提供，包括气态氢和液态氢。
8.进一步地，所述液态氢经过蒸发器转化为气态氢。
9.进一步地，系统还包括冷却器和分离器；冷却器和分离器也有多级，与氢气压缩装置一一对应。
10.进一步地，所述气态氢与一级氢气压缩装置通过供氢管道连接。
11.进一步地，氢气压缩装置与冷却器通过供氢管道连接；冷却器与分离器通过管道连接；氢气压缩装置采用隔膜压缩机或者离子液压缩机中的任意一种；冷却器采用涡流管；分离器采用热高压分离器或冷高压分离器。
12.进一步地，分离器包括两个出口，其中一个出口连接至水电解装置，另一个出口连接至下一级氢气存储装置的入口。
13.进一步地，氢气存储装置的出口连接至加氢枪的进氢口；加氢枪的出氢口连接至外部用氢装置；氢气存储装置还与压力变送器连接。
14.一种充氢方法，具体包括以下步骤：
15.制氢：
16.制氢厂包括两种制氢方式；第一种为液态氢经过蒸发器形成气态氢；第二种为制氢厂利用水电解装置形成气态氢；
17.氢气存储：
18.从制氢厂制得的气态氢，初始压力为p0；初始气源经过一级氢气压缩装置升压，依次经过冷却器冷却，并通过分离器分离气态氢与水，最后进入一级氢气存储装置，直至通过压力变送器观察到一级氢气存储装置的气压达到预设的第一阈值p1；
19.利用同样的原理，氢气分别进入二级氢气存储装置、
…
、n级氢气存储装置，达到对应的第二气压阈值p2、
…
、第n气压阈值p
n
；其中p0<p1<p2<
…
<p
n
；
20.充氢：
21.根据外部用氢装置的适应压力，通过加氢枪选择合适的氢气存储装置进行快速供氢；在氢气存储装置压力供应不足的情况下，采用备用储氢装置进行紧急供氢；备用储氢装置内部压力根据实际情况进行预设。
22.本发明提供的有益效果是：
23.(1)采用分级充氢方法，且各个级别的充氢压力可自行设置，在快速充氢的同时，解决了传统单级充氢适用性差，氢气温度过高，安全性差的问题。
24.(2)采用分离器回收循环水，提高能源的利用率；
25.(3)采用备用储氢装置，避免特殊情况下造成充氢缓慢；
26.(4)适用性强，各个级别的充氢压力适用于不同的用氢设备。
附图说明
27.图1是一种充氢系统的结构图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
29.请参阅图1，图1是本发明一种充氢系统，系统具体包括：
30.氢源、氢气压缩装置和氢气存储装置；
31.所述氢气压缩装置包括n级；所述氢气存储装置与所述氢气压缩装置一一对应，也包括n级；n为预设值；
32.优选的，n大于等于3；设置分级数越多，加氢越安全；分级的目的主要式通过阶梯分离式的增压方法，避免短时间内氢气压力过高，造成温度升高，导致安全隐患。
33.所述氢源与所述氢气压缩装置通过供氢管道连接；所述氢气压缩装置与所述氢气存储装置。所述氢源由制氢厂提供，包括气态氢和液态氢。
34.所述液态氢经过蒸发器转化为气态氢。
35.系统还包括冷却器和分离器；冷却器和分离器也有多级，与氢气压缩装置一一对应。
36.所述气态氢与一级氢气压缩装置通过供氢管道连接。
37.氢气压缩装置与冷却器通过供氢管道连接；冷却器与分离器通过管道连接；氢气压缩装置采用隔膜压缩机或者离子液压缩机中的任意一种；
38.在本发明中，采用离子液压缩机；冷却器采用涡流管；分离器采用热高压分离器或冷高压分离器；优选的，在本发明中采用热高压分离器。
39.分离器包括两个出口，其中一个出口连接至水电解装置，另一个出口连接至下一
级氢气存储装置的入口。
40.氢气存储装置的出口连接至加氢枪的进氢口；加氢枪的出氢口连接至外部用氢装置；氢气存储装置还与压力变送器连接；
41.优选的，加氢枪提供多功能接口，适用于不同的用氢设备，且加氢压力根据对应的氢气存储装置的级数进行设定。
42.一种充氢方法，具体包括以下步骤：
43.制氢：
44.制氢厂包括两种制氢方式；第一种为液态氢经过蒸发器形成气态氢；第二种为制氢厂利用水电解装置形成气态氢；
45.氢气存储：
46.从制氢厂制得的气态氢，初始压力为p0；初始气源经过一级氢气压缩装置升压，依次经过冷却器冷却，并通过分离器分离气态氢与水，最后进入一级氢气存储装置，直至通过压力变送器观察到一级氢气存储装置的气压达到预设的第一阈值p1；
47.利用同样的原理，氢气分别进入二级氢气存储装置、
…
、n级氢气存储装置，达到对应的第二气压阈值p2、
…
、第n气压阈值p
n
；其中p0<p1<p2<
…
<p
n
；
48.充氢：
49.根据外部用氢装置的适应压力，通过加氢枪选择合适的氢气存储装置进行快速供氢；在氢气存储装置压力供应不足的情况下，采用备用储氢装置进行紧急供氢；备用储氢装置内部压力根据实际情况进行预设。
50.下面，本发明提供一种实施例，该实施例为利用本系统为氢燃料电池汽车储氢瓶的充氢过程：
51.一般来说，车载储氢气瓶(即图1中对应的外部用氢设备)的充装率最好达到95％～100％。
52.根据行业标准，当充氢的设计压力大于92mpa时，车载储氢瓶的充装率大于95％。供氢系统内储气装置工作压力的确定依据应与车载储氢气瓶的充氢压力有关，当车载储氢气瓶的充氢压力为35mpa～70mpa时，供氢系统内储气装置工作压力的最佳压力为35mpa～100mpa。所以为车载储氢瓶进行充氢时，供氢系统对应的储氢罐工作压力为93mpa～100mpa。
53.在本实施例中，选择将末端第n级的储氢罐的气压阈值设置在93～100mpa之间；当然，也可以根据实际情况，选择其它级别的储氢罐设置该压力，如前文所述，分级越多，安全系数越高，避免短时间内的压力急剧上升。在这里，n选择为3；
54.充氢开始：
55.从制氢厂获得氢气源，得到初始压力30mpa。30mpa的初始氢源经过第一氢气压缩装置，压力会升高至50mpa(即本技术中第一级氢气存储装置的气压阈值)，温度升高，经过冷却器冷却，通过高压分离器将氢气与水分离，分离后的氢气储存在50mpa的第一级氢气存储装置中，第一级储罐中的氢气再依次经过第二级氢气压缩装置、第三级氢气压缩装置，最后压力处于93mpa～100mpa的氢气储存在的第三级氢气储存中。
56.当充气完成后，可打开加氢枪，选择93mpa～100mpa充氢压力，对车载储氢瓶进行充氢。
57.充氢完毕后，对于第三级氢气存储装置多余的氢气，可打开进行泄放，回流给第一级氢气存储装置，完成对氢气的循环利用(图1中未视出该回路)。
58.通过分离器分离出的水，回收至水电解装置中，有利于氢气的再次产生。
59.当第三级氢气存储装置中的氢气无法满足快充，使车载储氢气瓶快速达到70mpa时，打开与备用高压储罐连接的阀门，以实现对车载储氢气瓶快速补气。
60.以上是用氢设备为车载储氢瓶的实施例；当然，本领域技术人员还可以根据其它用氢设备的实际情况，设置不同的分级，同时不同分级氢气存储装置中的任意一级均可以对外输出氢气，且各级氢气存储装置内部压力通过压力变送器监视，不会超压产生安全隐患；
61.本发明的有益效果是：
62.(1)采用分级充氢方法，且各个级别的充氢压力可自行设置，在快速充氢的同时，解决了传统单级充氢适用性差，氢气温度过高，安全性差的问题。
63.(2)采用分离器回收循环水，提高能源的利用率；
64.(3)采用备用储氢装置，避免特殊情况下造成充氢缓慢；
65.(4)适用性强，各个级别的充氢压力适用于不同的用氢设备。
66.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。