一种加氢站用氢气多级增压装置的制作方法

1.本实用新型涉及氢能源技术领域，尤其涉及一种加氢站用氢气多级增压装置。


背景技术：

2.随着氢燃料电池的发展与应用，氢能车辆对高压氢气加注的气量和速率需求显著增加。现有的加氢站绝大部分为离站式加氢站，站内氢气来源是依靠站外管束车将氢气运输至站内。对于管束车供氢的工况，工作流程为采用单级压缩机将管束车内18mpa氢气，增压至45mpa充入站内储氢设施。随着压缩机的工作，管束车内压力逐渐下降，当压力下降至6mpa左右时，压缩机增压效率明显下降，由于压缩比过大所造成的发热量急剧上升，排量衰减至只有额定排量的25％-30％。此时便不再压缩，管束车内约有33％的余氢未被利用，造成了极大的成本浪费。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提供了一种加氢站用氢气多级增压装置，包括包括依次连接的第一支路、第二支路、第三支路，所述第一支路包括串联连接的第一自动截止阀、一级压缩机、第一冷却装置以及第一气容，所述第二支路包括串联连接的二级压缩机、第二冷却装置以及第二气容，所述第三支路包括串联连接的三级压缩机、第三冷却装置、氢气出口，所述第一支路入口处设置有过滤器，所述过滤器与介质入口连接，所述第一支路与第二支路连接处设置有第一单向阀，所述第二支路与第三支路连接处设置有第二单向阀，所述第一支路入口处设置有第四支路，所述第四支路通过第二自动截止阀与第二支路连接，所述第四支路通过第三自动截止阀与第三支路连接。
4.更进一步的，所述第一支路的第一冷却装置的后方、第二支路的第二冷却装置的后方、第三支路的第三冷却装置的后方都分别设置有温度传感器，所述第一支路入口处、第一支路出口处、第二支路出口处、第三支路出口处都设置有压力变送器。
5.更进一步的，所述第一冷却装置、第二冷却装置、第三冷却装置并联连接，共用一个冷却介质入口和一个冷却介质出口。
6.更进一步的，所述第一冷却装置、第二冷却装置、第三冷却装置的冷却回路上都分别设置有流量调节阀。
7.更进一步的，各电气元件与控制模块电连接。
8.更进一步的，所述第一支路的工作的气压区间为0.5mpa≤p＜2.5mpa。
9.更进一步的，所述第二支路的工作的气压区间为2.5mpa≤p＜12.5mpa。
10.更进一步的，所述第三支路的工作的气压区间为12.5mpa≤p≤45mpa。
11.本实用新型的有益效果为：本专利采用多级压缩机串联式工作，将增压流程分步完成，逐步升压，对于单一氢气源进行充装的过程，可实现低至0.5mpa氢气的充装，将氢气利用率从66％提高至97.2％，有极大的经济价值。通过对压缩机的分级应用，使得每一级压缩机均在效率最高的工况区间内工作，大大延长了压缩机的使用寿命。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
13.图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
15.如图1所示，本实用新型提出了一种加氢站用氢气多级增压装置，包括包括依次连接的第一支路、第二支路、第三支路，所述第一支路包括串联连接的第一自动截止阀3、一级压缩机4、第一冷却装置5以及第一气容7，第一气容7实现经一级压缩机4增压后气体的暂存，平抑管道压力波动；所述第二支路包括串联连接的二级压缩机17、第二冷却装置16以及第二气容14，第二气容14实现经二级压缩机17增压后气体的暂存，平抑管道压力波动；所述第三支路包括串联连接的三级压缩机19、第三冷却装置24、氢气出口28，所述第一支路入口处设置有过滤器1，所述过滤器1与介质入口27连接，所述第一支路与第二支路连接处设置有第一单向阀11，所述第二支路与第三支路连接处设置有第二单向阀18，所述第一支路入口处设置有第四支路29，所述第四支路29通过第二自动截止阀9与第二支路连接，所述第四支路通过第三自动截止阀12与第三支路连接。第二气容14与第一气容7的容积相比比值优选为1:5，与二级压缩机17入口压力与出口压力的比值相近或更小。
16.本实施例中的所述第一支路的第一冷却装置5的后方、第二支路的第二冷却装置16的后方、第三支路的第三冷却装置24的后方都分别设置有温度传感器(分别为第一温度传感器6、第二温度传感器15、第三温度传感器21)各温度传感器用于监测各支路的气体温度值，并将温度值反馈至控制模块，进而通过控制模块控制第一流量调节阀10、第二流量调节阀20、第三流量调节阀23的开度，所述第一支路入口处、第一支路出口处、第二支路出口处、第三支路出口处都设置有压力变送器(分别为第一压力变送器2、第二压力变送器8、第三压力变送器13、第四压力变送器22)各压力变送器用于监测各支路的气压值，并将气压值反馈至控制模块，进而通过控制模块控制各阀门的通断。
17.本实施例中的所述第一冷却装置5、第二冷却装置16、第三冷却装置24并联连接，共用一个冷却介质入口25和一个冷却介质出口26。
18.本实施例中的所述第一冷却装置5、第二冷却装置16、第三冷却装置24的冷却回路上都分别设置有流量调节阀(分别为第一流量调节阀10、第二流量调节阀20、第三流量调节阀23)。
19.本实施例中的各电气元件与控制模块电连接。
20.本实施例中的所述第一支路的工作的气压区间为0.5mpa≤p＜2.5mpa。
21.本实施例中的所述第二支路的工作的气压区间为2.5mpa≤p＜12.5mpa。
22.本实施例中的所述第三支路的工作的气压区间为12.5mpa≤p≤45mpa。
23.本实用新型的工作原理与工作步骤如下：氢气源接入设备无需考虑其输入压力，介质入口27的入口压力范围覆盖0.5mpa-45mpa。介质入口27用于与介质源连接，本实施例中的介质源为氢气，在其余实施例中可以为其他气体。氢气源由介质入口27输入本发明装置，流经过滤器1过滤掉除氢气外的其余气体杂质，经第一压力变送器2判断后分为三条介质流路，气源压力值定义为p，当0.5mpa≤p＜2.5mpa时，氢气流经第一介质流路，此时第一自动截止阀3打开，第二自动截止阀9关闭，第三自动截止阀12关闭；当2.5mpa≤p＜12.5mpa时，氢气流经第二介质流路，此时第一自动截止阀3关闭，第二自动截止阀9打开，第三自动截止阀12关闭；当12.5mpa≤p≤45mpa时，氢气流经第三介质流路，此时第一自动截止阀3关闭，第二自动截止阀9关闭，第三自动截止阀12打开。
24.下面对以氢气为例，对经由三条介质流路的流向过程进行详细描述：
25.第一介质流路：氢气流经第一自动截止阀3，一级压缩机4，增压后流经第一冷却装置5，第一温度传感器6，充入一级气容7，流经第二压力变送器8，第一单向阀11，进入二级压缩机17，增压后流经第二冷却装置16，第二温度传感器15，充入第二气容14，流经第三压力变送器13，第二单向阀18，进入三级压缩机19，增压后流经第三冷却装置24，第三温度传感器21、第四压力变送器22，直至氢气出口28；
26.第二介质流路：氢气流经第二自动截止阀9，进入二级压缩机17，增压后流经第二冷却装置16器，第二温度传感器15，充入第二气容14，流经第三压力变送器13，第二单向阀18，进入三级压缩机19，增压后流经第三冷却装置24，第三温度传感器21、第四压力变送器22，直至氢气出口28；
27.第三介质流路：氢气流经第三自动截止阀12，进入三级压缩机19，增压后流经第三冷却装置24，第三温度传感器21、第四压力变送器22，直至氢气出口28；
28.冷却介质经过冷却介质入口25后接入设备，分为3路，第1路，流经第三流量调节阀23、第三冷却装置24，至冷却介质出口26；第2路，流经第二流量调节阀20，第二冷却装置16至冷却介质出口26；第3路，流经第一流量调节阀10、第一冷却装置5至冷却介质出口26。通过冷却介质与氢气进行热交换，进而控制氢气的输出温度。
29.第三流量调节阀23、第二流量调节阀20、第一流量调节阀10在工作中根据第三温度传感器21、第二温度传感器15、第一温度传感器6反馈温度至控制模块，分别调节进入第三冷却装置24、第二冷却装置16、第一冷却装置5的冷却介质流量，保障在整套装置工作过程中，氢气温度在合理范围内，氢气温度范围优选为15-20℃。
30.本专利采用多级压缩机串联式工作，将增压流程分步完成，逐步升压，可将管束车内氢气使用至最低0.5mpa，将氢气利用率从66％提高至97.2％，有极大的经济价值。通过对压缩机的分级应用，使得每一级压缩机均在效率最高的工况区间内工作，大大延长了压缩机的使用寿命。
31.随着氢能领域的发展，将来有可能实现管网式供氢。即通过专用管道将氢气从生产厂直接供应至各个站内，但受到安全和经济效益的影响，供应的氢气压力都比较低，以天然气管网为参照，a级燃气管道压力为2.5＜p≤4.0mpa，b级燃气管道压力为1.6＜p≤2.5mpa，一般不超过2mpa，本发明装置可直接应用于该工况，有着巨大的市场前景。
32.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是
利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。