CN108332046A - 气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统及其加氢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统及其加氢方法，其包括：置于外壳内的气驱泵组件、与气驱泵组件相连的空气压缩组件和加氢机，以及固定置于外壳外的储氢瓶组；气驱泵组件包括多个气驱泵，每个气驱泵均与输气管、出气管相连；输气管分为两路，输气一路与储氢瓶组相连通，输气二路设有输入端，且输气一路上设有第一控制阀，输气二路上设有止回阀和手动阀；出气管分为两路，出气一路与储氢瓶组相连通，出气二路与加氢机的进气部相连通，且出气一路上设有第二控制阀，出气二路上设有第三控制阀，控制器，第一控制阀和第二控制阀、第三控制阀均与控制器相连。本发明整个管路布置紧凑，节省了气驱泵撬装加氢设备的体积。

Description

气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统及其加氢方法
技术领域
本发明涉及加氢站技术领域，特别是涉及一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统及其加氢方法。
背景技术
氢燃料电池汽车技术因其高效率和零排放等优点，成为本世纪最理想、最有可能替代传统汽车动力系统的技术。发展燃料电池汽车技术将可同时彻底解决车辆发展所带来的能源和环境问题，真正实现汽车产业的可持续发展，因此得到了世界各国政府和企业的高度重视，特别是美国、日本和德国及其企业都加大了燃料电池汽车的研发与示范并且取得了重大进展，预计在未来的5至10年内燃料电池汽车将正式进入市场。燃料电池汽车使用氢气为燃料，主要通过加氢站为其提供氢气加注服务。因此随着燃料电池汽车的快速发展，对大规模氢基础配套设施的需求也越来越迫切，戴姆勒，福特，通用欧宝，本田，现代起亚，雷诺日产和丰田等多家车企联合签署了一封致能源公司和政府机构的公开信，指出近年起将有显著数量的燃料电池汽车推向市场，因此迫切需要建设氢基础设施，尤其是在德国、美国、日本和韩国等重点市场。
氢能已经纳入我国能源战略，成为我国优化能源消费结构和保障国家能源供应安全的战略选择。而氢能产业基础装备的研制和产业化是发展氢能的前置条件，据《中国氢能产业基础设施蓝皮书(2016)》路线图规划，至2020年，我国以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿m3；加氢站数量达到100座；氢燃料电池车辆达到1万辆；氢能轨道交通车辆达到50列；行业总产值达到3000亿元。
目前35MPa加氢站的相关技术与工程化应用已经在中国逐步推广，流程、装备日趋成熟，标准、规范日趋完善，运行安全稳定可靠。35MPa加氢站的关键设备，如隔膜式氢气压缩机、高压储氢瓶组、加氢机等，已经开始逐步国产化设计和生产。
目前，在城市建成区土地资源有限，需要占地面积小的撬装化加氢设备。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统及其加氢方法，用于解决现有技术中加氢站占地面积大，难以灵活加氢的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其包括：置于外壳内的气驱泵组件、与气驱泵组件相连的空气压缩组件和加氢机，以及固定置于外壳外的储氢瓶组；气驱泵组件包括多个气驱泵，每个气驱泵的进气口均通过进气支管与输气管相连，每个气驱泵的出气口均通过出气支管与出气管相连，所述出气支管上设有止回阀；所述输气管分为两路，输气一路与所述储氢瓶组的总气管相连，输气二路设有用于与氢气运输车的卸气口相连的输入端，且输气一路上设有控制输气一路通断的第一控制阀，输气二路上设有止回阀和手动阀；所述出气管分为两路，出气一路与所述储氢瓶组的总气管相连，所述出气二路与加氢机的进气管路相连，且出气一路上设有控制出气一路通断的第二控制阀，加氢机的进气管路上设有控制进气管路通断的第三控制阀；控制器，所述第一控制阀和第二控制阀、第三控制阀、以及气驱泵均由所述控制器控制。
优选的，所述进气支管上设有进气支管控制阀，进气支管控制阀为手动阀。
优选的，所述空气压缩组件包括空压机、与空压机相连的缓冲罐，以及与缓冲罐相连的过滤组件，过滤组件的出气通道经空气干燥机后通过气源管路与所述气驱泵的气驱口相连，气源管路上设有控制气源管路通断的气源控制阀，气源控制阀由所述控制器控制。
优选的，所述气源控制阀为电磁阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀、所述第三控制阀均为气动阀。
优选的，还包括氮气吹扫系统，氮气吹扫系统包括氮气储罐，以及氮气吹扫管，氮气吹扫管的一端与氮气储罐相连，氮气吹扫管的另一端与所述输气管相连通，所述出气管与排空管相连通。
优选的，所述储气瓶组的总气管上设有检测储气瓶组内压力的压力变送器，所述压力变送器与所述控制器信号相连。
本发明还提供一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢方法，所述加氢方法采用如上所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，加氢方法包括：燃料电池车来加氢时，控制器检测储氢瓶组内的当前压力值，且计算当前压力值与燃料电池车上的车载瓶内压力的差值，当差值大于预设值时，控制器控制第二控制阀和第三控制阀开启，第一控制阀关闭，储氢瓶组内的氢气利用压差进入加氢机，通过加氢机为燃料电池车加氢，直至为燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。
优选的，在对燃料电池车进行加氢过程中，控制器实时获取所述当前压力值与燃料电池车上的车载瓶内压力的差值，如果所述差值小于设定值，且所述燃料电池车中的车载瓶内压力未加注至目标压力，则控制器控制第一控制阀和第三控制阀开启，第二控制阀关闭，同时控制气驱泵工作，储氢瓶组内的氢气经所述输气一路进入气驱泵组件中的气驱泵内，增压后经出气二路进入加氢机，通过加氢机为燃料电池车加氢，直至燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。
优选的，在对燃料电池车进行加氢过程中，控制器检测到获取的所述当前压力值低于所述输气二路中的气体压力时，控制器控制第一控制阀和第二控制阀关闭，第三控制阀开启，且同时控制气驱泵工作，氢气运输车内的氢气经所述输气二路进入气驱泵组件中的气驱泵内，增压后经出气二路进入加氢机，通过加氢机为燃料电池车加氢，直至为燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。
优选的，当氢气运输车的卸气口与所述输气二路连通，所述控制器检测所述储氢瓶组内的当前压力值，当当前压力值低于所述输气二路中的气体压力时，所述控制器控制第一控制阀和第三控制阀关闭，第二控制阀开启，同时控制气驱泵工作，氢气运输车内的氢气经所述输气二路进入气驱泵组件中的气驱泵内，增压后经出气一路存储至储氢瓶组内的储气瓶中，直至所述储气瓶内的气压达到预设地储气最高值，控制器控制第二控制阀关闭。
如上所述，本发明的撬装式加氢站的加氢系统及其加氢方法，具有以下有益效果：其在外壳内集中布置气驱泵组件、空气压缩组件和加氢机，气驱泵组件既实现对储氢瓶组增压充气，又实现为加氢机进行增压供气，整个管路布置紧凑，节省了撬装式加氢站的体积。
附图说明
图1显示为本发明的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统示意图。
图2显示为本发明的空气压缩组件示意图。
元件标号说明
1 空气压缩组件
11 空压机
12 缓冲罐
13 过滤组件
14 空气干燥机
2 气驱泵
3 储氢瓶组
4 加氢机
5 氮气吹扫系统
6 氢气运输车
7 外壳
101 手动阀
102、103、104、 手动阀
105、106、107、108
109 第一控制阀
110 第二控制阀
111 第三控制阀
112 止回阀
113 气源控制阀
201 输气二路
202 输气一路
203 出气一路
204 出气二路
205 气源管路
206 进气支管
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其包括：置于外壳7内的气驱泵组件、与气驱泵组件相连的空气压缩组件1和加氢机4，以及置于外壳7外的储氢瓶组3；
气驱泵组件包括多个气驱泵2，每个气驱泵2的进气口均通过进气支管206与输气管相连，每个气驱泵2的出气口均通过出气支管与出气管相连，所述出气支管上设有止回阀；
所述输气管分为两路，输气一路202与所述储氢瓶组3的总气管相连，输气二路201设有用于与氢气运输车6的卸气口相连的输入端，且输气一路202上设有控制输气一路202通断的第一控制阀109，输气二路201上设有止回阀112和手动阀101；
所述出气管分为两路，出气一路203与所述储氢瓶组3的总气管相连，所述出气二路204与加氢机4的进气管路相连通，且出气一路203上设有控制出气一路203通断的第二控制阀110，加氢机4的进气管路设有控制加氢机4的进气管路通断的第三控制阀111；控制器，所述第一控制阀109和第二控制阀110、第三控制阀111、以及气驱泵均由所述控制器控制。
本发明其在外壳7内集中布置气驱泵组件、空气压缩组件1和加氢机4，气驱泵组件既实现对储氢瓶组3增压充气，也可以为加氢机4进行增压供气，为燃料电池汽车加气，且固定在外壳外的储氢瓶组也可直接为燃料电池汽车加气，整个管路布置紧凑，节省了气驱泵撬装加氢设备的体积。
为更好地进行控制，本实施例中上述气驱泵组件内含有三个并联设置的气驱泵2，进气支管206上设有进气支管控制阀，进气支管控制阀为手动阀，分别见图1中的手动阀102、手动阀104、手动阀106；本实施例中选用的手动阀为常开状态，可根据需要选择开启其中的一个或两个气驱泵，即使对应的进气支管控制阀组启闭。
为更好地为气驱泵供气，见图2所示，本实施例中空气压缩组件1包括空压机11、与空压机11相连的缓冲罐12，以及与缓冲罐12相连的过滤组件13，过滤组件13的出气通道经空气干燥机14后通过气源管路与所述气驱泵2的气驱口相连，气源管路205上设有常开状态的手动阀108，见图1所示，气源管路205上设有控制气源管路通断的气源控制阀113，气源控制阀113与所述控制器相连且由控制器控制，气源管路进入每个气驱泵的支路上设有常开状态的手动阀，见图1中手动阀103、手动阀105、手动阀107。因此，可选择使用其中一个或两个气驱泵，在关闭其中一个气驱泵时，只需将其对应的手动阀关闭即可。开启气源控制阀的先决条件是检测到上述第三控制阀为开启状态，否则无法开启。
为确保整个加氢过程的安全使用，本实施例中气源控制阀113为电磁阀，第一控制阀109和所述第二控制阀110、所述第三控制阀111均为气动阀。
为确保加氢的正常使用，本实施例还包括氮气吹扫系统5，氮气吹扫系统5包括氮气储罐，以及氮气吹扫管，氮气吹扫管的一端与氮气储罐相连，氮气吹扫管的另一端与所述输气管相连通，所述出气管与排空管相连通。本实施例在初始使用时，通过氮气吹扫系统5对所有管路输送氮气，将所有管路内的空气排空，以便实现后续氢气的输送。
上述气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统可以有两种工作过程：一种为储氢瓶组充氢气，上述第一控制阀109、第三控制阀111不开启，第二控制阀110开启，气驱泵2通过压缩空气驱动将氢气增压至外壳7外的储氢瓶组3内，直至增压至45Mpa时，自动切断上述气源控制阀，气驱泵停止增压；在有燃料电池汽车来加氢时，点击加氢机4上的加氢按钮，第二控制阀110、第三控制阀111打开，第一控制阀109关闭，由储氢瓶组3直接给车辆串氢。
为便于加氢的正常进行，本实施例中储氢瓶组3的总气管上设有采集储氢瓶组内气压值的压力变送器(未予图示)，压力变送器与上述控制器相连，压力变送器将检测到的储氢瓶组内实时气压值传输给控制器。本实施例通过压力变送器采集储氢瓶组3的当前压力值，以此确保储氢瓶组3内氢气的充足，若检测到储氢瓶组中存气量小时，即可即使对其进行充气。
本实施例中上述控制器为PLC控制器，其也可以为其他如单片机等能实现上述各控制阀和气驱泵控制的设备。
本发明还提供一种气驱泵撬装加氢设备的加氢方法，所述加氢方法采用如上所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，加氢方法包括：燃料电池车来加氢时，控制器检测储氢瓶组3内的当前压力值(本实施例中该当前压力值由上述压力变送器检测反馈)，且计算当前压力值与燃料电池车上的车载瓶内压力的差值，当差值大于预设值时，上述控制器控制第二控制阀110和第三控制阀111开启，第一控制阀109关闭，储氢瓶组3内的氢气直接进入加氢机4，通过加氢机4为燃料电池车加氢，直至为燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。本实施例为储氢瓶组3内的氢气压力值较大，一般大于35MP，此时通过储氢瓶组3直接与加氢机给燃料电池车进行加氢，无需气驱泵增压。
在对燃料电池车进行加氢过程中，控制器实时获取上述当前压力值与燃料电池车上的车载瓶内压力的差值，如果所述差值小于设定值，且所述燃料电池车中的车载瓶内压力未加注至目标压力，则控制器控制第一控制阀109和第三控制阀111开启，第二控制阀110关闭，同时控制气驱泵工作，储氢瓶组3内的氢气经所述输气一路202进入气驱泵组件中的气驱泵内，增压后经出气二路204进入加氢机4，通过加氢机4为燃料电池车加氢，直至燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。本实施例为当储氢瓶组3内当前压力值较小时，如小于35MP时，储氢瓶组3提供的氢气需经气驱泵增压后进入加氢机，实现对燃料电池车进行加氢。
另外，在对燃料电池车进行加氢过程中，将氢气运输车6的卸气口与输气二路201连通，控制器检测到获取的所述当前压力值低于所述输气二路201中的气体压力时，所述控制器控制第一控制阀109和第二控制阀110关闭，第三控制阀111开启，氢气运输车6内的氢气经所述输气二路201进入气驱泵组件中的气驱泵2内，增压后经出气二路204进入加氢机4，通过加氢机4为燃料电池车加氢，直至为燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力车辆加氢至所需值时，所述控制器控制所述第三控制阀111关闭。在气驱泵加氢过程中，与气驱泵和空气压缩组件1相连的气源管路上的气源控制阀均为开启状态，确保气驱泵的正常工作。本实施例为当储氢瓶组3内当前压力值较小时，如小于35MP时，而此时氢气运输车6已于输气二路相连，则氢气运输车6提供氢气，经气驱泵增压后进入加氢机，实现对燃料电池车进行加氢。
本实施例还包括为储氢瓶组充气的具体过程：当氢气运输车6的卸气口与所述输气二路201连通，控制器通过上述压力变送器检测所述储氢瓶组3内的当前压力值，当当前压力值低于所述输气二路201中的气体压力时，所述控制器控制第一控制阀109和第三控制阀111关闭，第二控制阀110开启，氢气运输车6内的氢气经所述输气二路201进入气驱泵组件中的气驱泵2内，增压后经出气一路203存储至储氢瓶组3内的储气瓶中，直至所述储气瓶内的气压达到预设地储气最高值，控制器控制第三控制阀110关闭。
综上所述，本发明气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统及其加氢方法，其在外壳内集中布置气驱泵组件、空气压缩组件和加氢机，气驱泵组件既实现对储氢瓶组增压充气，又实现为加氢机进行增压供气，整个管路布置紧凑，节省了气驱泵撬装加氢设备的体积。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其特征在于，包括：置于外壳内的气驱泵组件、与气驱泵组件相连的空气压缩组件和加氢机，以及固定置于外壳外的储氢瓶组；
气驱泵组件包括多个气驱泵，每个气驱泵的进气口均通过进气支管与输气管相连，每个气驱泵的出气口均通过出气支管与出气管相连，所述出气支管上设有止回阀；
所述输气管分为两路，输气一路与所述储氢瓶组的总气管相连，输气二路设有用于与氢气运输车的卸气口相连的输入端，且输气一路上设有控制输气一路通断的第一控制阀，输气二路上设有止回阀和手动阀；
所述出气管分为两路，出气一路与所述储氢瓶组的总气管相连，所述出气二路与加氢机的进气管路相连，且出气一路上设有控制出气一路通断的第二控制阀，加氢机的进气管路上设有控制进气管路通断的第三控制阀；
控制器，所述第一控制阀和第二控制阀、第三控制阀、以及气驱泵均由所述控制器控制。
2.根据权利要求1所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其特征在于：所述进气支管上设有进气支管控制阀，进气支管控制阀为手动阀。
3.根据权利要求1所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其特征在于：所述空气压缩组件包括空压机、与空压机相连的缓冲罐，以及与缓冲罐相连的过滤组件，过滤组件的出气通道经空气干燥机后通过气源管路与所述气驱泵的气驱口相连，气源管路上设有控制气源管路通断的气源控制阀，气源控制阀由所述控制器控制。
4.根据权利要求3所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其特征在于：所述气源控制阀为电磁阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀、所述第三控制阀均为气动阀。
5.根据权利要求1所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其特征在于：还包括氮气吹扫系统，氮气吹扫系统包括氮气储罐，以及氮气吹扫管，氮气吹扫管的一端与氮气储罐相连，氮气吹扫管的另一端与所述输气管相连通，所述出气管与排空管相连通。
6.根据权利要求1所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，其特征在于：所述储气瓶组的总气管上设有检测储气瓶组内压力的压力变送器，所述压力变送器与所述控制器信号相连。
7.一种气驱泵撬装加氢设备中的加氢方法，其特征在于：所述加氢方法采用如权利要求1所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢系统，加氢方法包括：燃料电池车来加氢时，控制器检测储氢瓶组内的当前压力值，且计算当前压力值与燃料电池车上的车载瓶内压力的差值，当差值大于预设值时，控制器控制第二控制阀和第三控制阀开启，第一控制阀关闭，储氢瓶组内的氢气利用压差进入加氢机，通过加氢机为燃料电池车加氢，直至为燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。
8.根据权利要求7所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢方法，其特征在于：在对燃料电池车进行加氢过程中，控制器实时获取所述当前压力值与燃料电池车上的车载瓶内压力的差值，如果所述差值小于设定值，且所述燃料电池车中的车载瓶内压力未加注至目标压力，则控制器控制第一控制阀和第三控制阀开启，第二控制阀关闭，同时控制气驱泵工作，储氢瓶组内的氢气经所述输气一路进入气驱泵组件中的气驱泵内，增压后经出气二路进入加氢机，通过加氢机为燃料电池车加氢，直至燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。
9.根据权利要求7所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢方法，其特征在于：在对燃料电池车进行加氢过程中，控制器检测到获取的所述当前压力值低于所述输气二路中的气体压力时，控制器控制第一控制阀和第二控制阀关闭，第三控制阀开启，且同时控制气驱泵工作，氢气运输车内的氢气经所述输气二路进入气驱泵组件中的气驱泵内，增压后经出气二路进入加氢机，通过加氢机为燃料电池车加氢，直至为燃料电池车中的车载瓶内压力加注至目标压力。
10.根据权利要求7所述的气驱泵撬装加氢设备中的加氢方法，其特征在于：当氢气运输车的卸气口与所述输气二路连通，所述控制器检测所述储氢瓶组内的当前压力值，当当前压力值低于所述输气二路中的气体压力时，所述控制器控制第一控制阀和第三控制阀关闭，第二控制阀开启，同时控制气驱泵工作，氢气运输车内的氢气经所述输气二路进入气驱泵组件中的气驱泵内，增压后经出气一路存储至储氢瓶组内的储气瓶中，直至所述储气瓶内的气压达到预设地储气最高值，控制器控制第二控制阀关闭。
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