一种加氢站用复合压缩系统的制作方法

1.本发明涉及加氢站技术领域，特别涉及一种加氢站复合压缩系统。


背景技术：

2.氢能作为可持续能源，可以提供可靠、清洁和成本低的电力，是交通、运输、工业制造等行业可持续发展的关键。氢能可以为能源、经济和环境带来巨大利益，因而氢能经济是能源成功转型的必然解决方案。作为氢能供应的必经环节，氢能储运备受关注。
3.通常的加氢站中，如图1所示，通常只配置一个大流量的隔膜压缩机2’，隔膜压缩机2’吸取氢气源1’中的氢气并存储于高压储氢罐3’中，氢气根据高压储氢罐3’与车载储氢瓶(图中未示出)之间的压差通过加氢机4’进行加注。当高压储氢罐3’的压力达到额定压力时，隔膜压缩机2’停止工作。当有车辆需要加氢时，加氢机4’通过一定的控制逻辑，将高压储氢罐3’中的氢气利用压差加注到车载储氢瓶中。加氢站控制系统监测高压储氢罐中的氢气压力，当高压储氢罐3’中的氢气压力低于某一设定值时，启动隔膜压缩机2’吸取氢气源1’中的氢气给高压储氢罐3’加压，进而达到补充高压氢气的目的，直到高压储氢罐达到设定压力值，如此循环。然而，这种单压缩机的加氢站的隔膜压缩机启动过程较慢，耗时长，在氢气源压力低时排气量小、隔膜压缩机需要维修保养时无法给高压储氢罐增压，甚至会出现加氢站停止运营的风险。
4.为解决上述技术缺陷，本发明提供了一种加氢站用复合压缩系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于一种加氢站用复合压缩系统，其能够快速启动，在氢气源压力低时排气量小、隔膜压缩机需要维修保养时能够给高压储氢罐增压，避免出现加氢站停止运营的风险。
6.为达上述目的，本发明提供一种加氢站用复合压缩系统，其包括依次连接的氢气源、复合压缩系统以及高压储氢罐，所述复合压缩系统包括并联或串联的隔膜压缩机和活塞压缩机。
7.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，当所述隔膜压缩机和活塞压缩机并联时，所述隔膜压缩机的上游设置有第一电磁阀，所述隔膜压缩机的下游设置有第二电磁阀，所述活塞压缩机的上游设置有第三电磁阀。
8.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，当所述隔膜压缩机和活塞压缩机串联时，在所述隔膜压缩机和活塞压缩机之间设置有缓冲罐，所述隔膜压缩机的上游设置有第一电磁阀，所述隔膜压缩机与所述缓冲罐之间设置有第二电磁阀，所述缓冲罐与活塞压缩机之间设置有第三电磁阀。
9.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，还包括安全阀，所述安全阀所在管路的其中一端与氢气源和第一电磁阀之间的管路连通，安全阀所在管路的另一端与缓冲罐和第三电磁阀之间的管路连通。
10.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，还包括第四电磁阀和第五电磁阀，所述第四电磁阀所在的管路的其中一端与隔膜压缩机和第二电磁阀之间的管路连通，第四电磁阀所在管路另一端与活塞压缩机和高压储氢罐之间的管路连通；所述第五电磁阀所在管路的其中一端与氢气源和第一电磁阀之间的管路连通，第五电磁阀所在管路的另一端与第三电磁阀和活塞压缩机之间的管路连通。
11.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，当第一电磁阀和第四电磁阀开启，第二电磁阀、第三电磁阀和第五电磁阀关闭时，仅隔膜压缩机工作。
12.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，当第五电磁阀开启，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀关闭时，仅活塞压缩机工作。
13.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，当第四电磁阀和第五电磁阀关闭，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀开启时，隔膜压缩机和活塞压缩机串联工作。
14.所述的加氢站用复合压缩系统，其中，当第一电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀开启，第二电磁阀和第三电磁阀关闭时，隔膜压缩机与活塞压缩机并联工作。
15.本发明还提供一种加氢站用复合压缩系统，其包括一组依次连接的氢气源、隔膜压缩机以及高压储氢罐，和另一组依次连接的氢气源、活塞压缩机以及高压储氢罐。
16.本发明的有益效果在于：
17.1、本发明主要由一台隔膜压缩机和一台活塞式压缩机组成的复合压缩系统，该两台压缩的额定排量大致相等且为一台大流量隔膜压缩机的一半，以保证最大排量不低于一台大流量的隔膜压缩机，可以有效的解决氢源压力低排量小、运维无压缩机可用的问题，并且具有启动快、压缩效率高的优势。
18.2、需要启动压缩系统时，活塞压缩机启动快可以直接从氢源取气，储存于高压储氢罐；隔膜压缩机和活塞压缩机并联从氢气源取气时，能够满足最大排气量的需求；氢气源的压力比较小时，隔膜压缩机和活塞压缩机串联能够提高氢气排量；某一个压缩机运维时，另一个压缩机可以单独正常工作，使加氢站不停运；在加注低谷或夜间给高压储氢罐压缩氢气时，可以根据压缩机组合的效率，选用高效率的组合形式，以降低压缩耗能。
19.3、安全阀用于隔膜压缩机和活塞压缩机串联使用时，防止活塞压缩机的入口压力过高。
附图说明
20.图1为现有的加氢站压缩系统的示意图；
21.图2为根据本发明的加氢站用复合压缩系统的第一实施例的示意图；
22.图3为根据本发明的加氢站用复合压缩系统的第二实施例的示意图；
23.图4为根据本发明的加氢站用复合压缩系统的第三实施例的示意图；
24.图5为根据本发明的加氢站用复合压缩系统的第四实施例的示意图。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
26.第一实施例
27.首先如图2所示，本发明提供一种加氢站用复合压缩系统，其主要包括：氢气源1、
复合压缩系统2、高压储氢罐3以及加氢机4。其中，所述氢气源1、复合压缩系统2、高压储氢罐3和加氢机4依次连接，所述复合压缩系统2包括并联的隔膜压缩机21和活塞压缩机22，在所述复合压缩系统2的并联管路中，所述隔膜压缩机21的上游设置有第一电磁阀51，所述隔膜压缩机21的下游设置有第二电磁阀52，所述活塞压缩机22的上游设置有第三电磁阀53。
28.其中，第一实施例中采用的活塞压缩机具有启动快、适用压力范围广、压缩效率较高、适应性强等优点，在隔膜压缩机无法及时启动的情况下，可以优先启动活塞压缩机，以提高压缩系统的反应时间。
29.第一实施例的工作原理是：工作时，复合压缩系统2提取氢气源1中的氢气，压缩后存储于高压储氢罐3中，当高压储氢罐3的压力达到额定压力时，复合压缩系统2中的隔膜压缩机21和活塞压缩机22均停止工作，即第一电磁阀51、第二电磁阀52和第三电磁阀53均关闭。当有车辆需要加氢时，加氢机4通过一定的控制逻辑，将高压储氢罐3中的氢气利用压差加注到车载储氢瓶中，加氢站控制系统监测高压储氢罐3中的氢气压力。当高压储氢罐中的压力低于设定值时，启动复合压缩系统2中的隔膜压缩机21(第一电磁阀51和第二电磁阀52开启，第三电磁阀53关闭)和/或活塞压缩机22(第一电磁阀51和第二电磁阀52关闭，第三电磁阀53开启)工作，直到高压储氢罐3达到设定压力值，如此循环。
30.在本实施例中隔膜压缩机21和活塞压缩机22进行并联使用，启动复合压缩系统2时，活塞压缩机22启动快，可以快速的排出氢气，提高了压缩系统的反应时间，有效地避免了单台压缩机在维护保养时加氢站停运的风险。待隔膜压缩机21启动后，亦可满足最大排量的氢气需求。
31.第二实施例
32.如图3所示，本发明提供一种加氢站用复合压缩系统，其主要包括：两组氢气源1、复合压缩系统2、高压储氢罐3、加氢机4，所述复合压缩系统2包括隔膜压缩机21和活塞压缩机22。其中，在第一组中，所述氢气源1、隔膜压缩机21、高压储氢罐3和加氢机4依次连接；在第二组中，所述氢气源1、活塞压缩机22、高压储氢罐3和加氢机4依次连接。所述隔膜压缩机21的上游设置有第一电磁阀51，所述隔膜压缩机21的下游设置有第二电磁阀52。所述活塞压缩机22的上游设置有第三电磁阀53。
33.第二实施例的工作原理是：工作时，复合压缩系统2中的隔膜压缩机21或活塞压缩机22提取氢气源1中的氢气，压缩后存储于相应的高压储氢罐3中，当高压储氢罐3的压力达到额定压力时，复合压缩系统2中的隔膜压缩机21或活塞压缩机22均停止工作。当有车辆需要加氢时，加氢机4通过一定的控制逻辑，将高压储氢罐3中的氢气利用压差加注到车载储氢瓶中，加氢站控制系统监测高压储氢罐3中的氢气压力。当高压储氢罐中的压力低于设定值时，启动复合压缩系统2中的隔膜压缩机21(第一电磁阀51和第二电磁阀52开启，第三电磁阀关闭53)和/或活塞压缩机22(第一电磁阀51和第二电磁阀52关闭，第三电磁阀开启53)工作，直到高压储氢罐3达到设定压力值，如此循环。
34.由于在第二实施例中共有两组压缩系统，因此当隔膜压缩机21和活塞压缩机22中的其中一个保养或维修时，隔膜压缩机21和活塞压缩机22中的另一个可以正常工作，有效地避免了单台压缩机在维护保养时加氢站停运的风险。
35.第三实施例
36.如图4所示，本发明提供一种加氢站用复合压缩系统，其主要包括：氢气源1、复合
压缩系统2、高压储氢罐3、加氢机4、缓冲罐6以及安全阀7。其中，所述氢气源1、复合压缩系统2、高压储氢罐3和加氢机4依次连接，所述复合压缩系统2包括串联的隔膜压缩机21和活塞压缩机22，且缓冲罐6设置在所述隔膜压缩机21和活塞压缩机22之间。在所述复合压缩系统2的串联管路中，所述隔膜压缩机21的上游设置有第一电磁阀51，所述隔膜压缩机21与所述缓冲罐6之间设置有第二电磁阀52，所述缓冲罐6与活塞压缩机22之间设置有第三电磁阀53。此外，所述安全阀7所在管路的其中一端与氢气源1和第一电磁阀51之间的管路连通，安全阀7所在管路的另一端与缓冲罐6和第三电磁阀53之间的管路连通，所述安全阀7用于防止活塞压缩机22的入口压力过高。
37.第三实施例的工作原理是：第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀53均开启，当氢气源1的氢气压力较低时，隔膜压缩机21吸取氢气，将氢气增压后存储在复合压缩系统的缓冲罐6中，活塞压缩机22吸取压力较高的氢气，此时第三增压存储在高压储氢罐3中，供加氢机4使用。
38.本实施例中，通过隔膜压缩机21和活塞压缩机22的串联使用，增加了加氢站复合压缩系统的排氢量，提高了压缩效率，有效地避免了单台压缩机在维护保养时加氢站停运的风险。
39.第四实施例
40.如图5所示，第四实施例与第三实施例的区别在于增设了第四电磁阀54和第五电磁阀55。其中，所述第四电磁阀54所在的管路的其中一端与隔膜压缩机21和第二电磁阀52之间的管路连通，所在管路另一端与活塞压缩机22和高压储氢罐3之间的管路连通。所述第五电磁阀55所在管路的其中一端与氢气源1和第一电磁阀51之间的管路连通，第五电磁阀55所在管路的另一端与第三电磁阀53和活塞压缩机22之间的管路连通。
41.本实施例中的隔膜压缩机21和活塞压缩机22可以采用不同的工作模式，如串联模式、并联模式以及单个压缩机工作模式。
42.第四实施例的工作原理是：
43.当仅采用隔膜压缩机21工作时，第一电磁阀51和第四电磁阀54开启，第二电磁阀52、第三电磁阀53和第五电磁阀55关闭。此时氢气源1提供的氢气供给给隔膜压缩机21进行加压，而后提供该高压储氢罐3，加氢机4通过一定的控制逻辑，将高压储氢罐3中的氢气利用压差加注到车载储氢瓶中。
44.当仅采用活塞压缩机22工作时，第五电磁阀55开启，第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀53和第四电磁阀54关闭。此时氢气源1提供的氢气供给给活塞压缩机22进行加压，而后提供该高压储氢罐3，加氢机4通过一定的控制逻辑，将高压储氢罐3中的氢气利用压差加注到车载储氢瓶中。
45.当采用隔膜压缩机21和活塞压缩机22串联工作时，第四电磁阀54和第五电磁阀55关闭，第一电磁阀51、第二电磁阀52和第三电磁阀53开启，其工作模式如上述第三实施例的工作模式完全相同，在此不予赘述。
46.当采用隔膜压缩机21与活塞压缩机22并联工作时，第一电磁阀51、第四电磁阀54和第五电磁阀55开启，第二电磁阀52和第三电磁阀53关闭，此时工作模式如上述第一实施例的工作模式完全相同，在此不予赘述。
47.在本实施例中，当加氢站在加注低谷或者夜间，需要给高压储氢罐增压氢气时，可
以根据测试的单个压缩机(隔膜压缩机或活塞压缩机)的压缩效率、两个压缩机串联时的效率、两个压缩机并联时的效率，进行优化选择最匹配的压缩效率用于氢气增压，使加氢站压缩系统处在高效压缩模式(压缩机串联、压缩机并联、单个压缩机)，降低加氢站的压缩耗能，提高加氢站加氢经济性。
48.综上所述，本发明的有益效果在于：
49.1、本发明主要由一台隔膜压缩机和一台活塞式压缩机组成的复合压缩系统，该两台压缩的额定排量大致相等且为一台大流量隔膜压缩机的一半，以保证最大排量不低于一台大流量的隔膜压缩机，可以有效的解决氢源压力低排量小、运维无压缩机可用的问题，并且具有启动快、压缩效率高的优势。
50.2、需要启动压缩系统时，活塞压缩机启动快可以直接从氢源取气，储存于高压储氢罐；隔膜压缩机和活塞压缩机并联从氢气源取气时，能够满足最大排气量的需求；氢气源的压力比较小时，隔膜压缩机和活塞压缩机串联能够提高氢气排量；某一个压缩机运维时，另一个压缩机可以单独正常工作，使加氢站不停运；在加注低谷或夜间给高压储氢罐压缩氢气时，可以根据压缩机组合的效率，选用高效率的组合形式，以降低压缩耗能。
51.3、安全阀用于隔膜压缩机和活塞压缩机串联使用时，防止活塞压缩机的入口压力过高。
52.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。