CN108613013B - 一种车载储氢气瓶的供氢系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

一种车载储氢气瓶的供氢系统及其工作方法，属于清洁环保的氢能领域。该供氢系统包括氢源、真空泵、车载储氢气瓶、备用储罐和三级压缩机构。氢源连接第一离子液压缩机。真空泵、第三级高压储罐和备用储罐连接车载储氢气瓶，车载储氢气瓶连接第一级高压储罐。第一高压分离器、第二高压分离器和第三高压分离器经储罐连接氢源。氢源先经过离子液压缩机，再经过冷却器冷却，通过高压分离器分离氢气与水，最后将氢气储存在高压储罐中为车载储氢气瓶供氢。氢气经三级压缩后，在第三级高压储罐不能满足车载储氢气瓶压力要求时，可直接启动备用储罐为车载储氢气瓶快速充气。

Description

一种车载储氢气瓶的供氢系统及其工作方法
技术领域
本发明提供了一种车载储氢气瓶的供氢系统及其工作方法，属于清洁环保的氢能领域。
背景技术
氢能因其资源丰富、环保、可再生性和可大规模储存等优点，在众多新能源中脱颖而出，成为当今社会备受瞩目的二次能源。20世纪90年代，各国争相开始研究新能源汽车，尤其是氢能汽车。对于氢能汽车的研究，其关键技术是如何将氢气供给气瓶，以供汽车使用，而车载储氢气瓶的供氢系统可解决此问题。目前，对于车载储氢气瓶的供氢系统所公开的专利如下。
申请号：200710045766.1公开了“一种加氢站子站”，其实质为使用固定加氢站的传统压缩机的可移动的外供氢的氢气增压加注系统。申请号：200810202551.0公开了“外供氢加氢站的高压供氢系统”的专利，其与200710045766.1原理相同，只不过没有可移动的特点。申请号：200810203556.5公开了“可用于高压氢气加氢站的加气系统”，其解决了如何将系统数据采集并通过控制系统从而为氢气加注的问题。申请号：200710098598.2公开了“车载制氢加氢站”，其为使用隔膜压缩机的一种可移动的带有电解水制氢装置的加氢站系统。申请号：201210031398.6公开了“一种氢气的快速充装系统与方法”，其为使用传统压缩机的一种氢气三储罐平衡降压快速充装氢气的系统与方法。以上公开的关于氢能源汽车的专利，并没有一套完整，通用的供氢系统为70MPa车载储氢气瓶充氢，也没有明确说明车载储氢气瓶供氢系统中各高压储罐的压力与体积参数。同时，供氢系统使用传统压缩机。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种车载储氢气瓶的供氢系统及其工作方法，该供氢系统应使用新型离子液压缩机，采用三级压缩和高压储氢方式建立一套完整的车载储氢气瓶的供氢系统。
本发明采用的技术方案是：一种车载储氢气瓶的供氢系统，它包括氢源、真空泵、车载储氢气瓶和备用储罐，它还包括第一级压缩机构、第二级压缩机构、第三级压缩机构，所述第一级压缩机构采用管道把第一离子液压缩机、第一冷却器、第一高压分离器和第一级高压储罐依次连接，所述第二级压缩机构采用管道把第二离子液压缩机、第二冷却器、第二高压分离器和第二级高压储罐依次连接，所述第三级压缩机构采用管道把第三离子液压缩机、第三冷却器、第三高压分离器和第三级高压储罐依次连接，所述氢源采用管道连接第一离子液压缩机；压缩机构级与级之间的连接采用第一级高压储罐连接第二离子液压缩机和第二级高压储罐连接第三离子液压缩机；所述真空泵经E阀门、第三级高压储罐经D阀门和备用储罐经I阀门采用管道连接车载储氢气瓶，在G阀门与第三高压分离器之间的管道经H阀门采用管道连接备用储罐，车载储氢气瓶经F阀门采用管道连接第一级高压储罐；所述第一高压分离器经A阀门、第二高压分离器经B阀门和第三高压分离器经C阀门采用管道经储罐连接氢源。
所述第一级高压储罐的容积为3.5-4m3，第二级高压储罐的容积为1.75m3，第三级高压储罐的容积为0.75-1m3，车载储氢气瓶的容积为50L-150L。
所述的一种车载储氢气瓶的供氢系统的工作方法，采用下列步骤：
（a）在首次使用时，打开E阀门、F阀门，关闭D阀门，用真空泵将车载储氢气瓶抽真空；
（b）在达到设定的真空度要求时，打开与第三级高压储罐连接的D阀门，关闭E阀门、F阀门，让车载储氢气瓶进入快充状态；
（c）氢源的氢压力为25MPa-35MPa，经第一级压缩机构压缩后，储存在第一级高压储罐中的氢压力为45MPa-55MPa，经第二级压缩机构压缩后，储存在第二级高压储罐中的氢压力为65MPa-75MPa，经第三级压缩机构压缩后，储存在第三级高压储罐中的氢压力为93MPa-100MPa，第三级高压储罐对车载储氢气瓶充氢至氢压力为70MPa；
（d）当第三级高压储罐中的氢气无法满足快充，使车载储氢气瓶快速达到70MPa时，则关闭D阀门，打开I阀门，启动备用储罐，以实现对车载储氢气瓶快速补气；
（e）当夜间或无气瓶需要供氢且第三级高压储罐氢气达到饱和时，关闭G阀门，打开H阀门，将氢气输送给备用储罐。
所述备用储罐的压力与体积参数与第三级高压储罐的压力与体积参数相同。
与现有技术相比，本发明的车载储氢气瓶供氢系统具有如下特点：
1. 本发明的车载储氢气瓶供氢系统建立了一套完整、可适性高的70MPa车载储氢气瓶的供氢系统。
2.本发明的车载储氢气瓶供氢系统采用新型离子液压缩机，弥补了使用传统压缩机中含水腐蚀设备的缺点。
3.本发明的车载储氢气瓶供氢系统，当第三级高压储罐不能满足车载储氢气瓶压力要求时，可启动备用储罐，实现对车载储氢气瓶的补气。
4.本发明的车载储氢气瓶供氢系统中具有确切的压力和体积参数的三个高压储罐可满足50L-150L车载储氢气瓶的快充。
5.本发明的车载储氢气瓶供氢系统可实现对水的循环利用。
附图说明
图1是一种车载储氢气瓶的供氢系统的流程图。
图中：1、氢源，2、第一离子液压缩机，3、第一冷却器，4、第一高压分离器，5、第一级高压储罐，6、第二离子液压缩机，7、第二冷却器，8、第二高压分离器，9、第二级高压储罐，10、第三离子液压缩机，11、第三冷却器，12、第三高压分离器，13、第三级高压储罐，14、真空泵，15、车载储氢气瓶，16、储罐，17、备用储罐，18、A阀门，19、B阀门，20、C阀门，21、D阀门，22、E阀门， 23、F阀门，24、G阀门，25、H阀门，26、I阀门，27、J阀门；A、第一级压缩机构，B、第二级压缩机构，C、第三级压缩机构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的描述。
图1示出了一种车载储氢气瓶的供氢系统的流程图。图中，这种车载储氢气瓶的供氢系统包括氢源1、真空泵14、车载储氢气瓶15、第一级压缩机构A、第二级压缩机构B、第三级压缩机构C和备用储罐17。第一级压缩机构A采用管道把第一离子液压缩机2、第一冷却器3、第一高压分离器4和第一级高压储罐5依次连接。第二级压缩机构B采用管道把第二离子液压缩机6、第二冷却器7、第二高压分离器8和第二级高压储罐9依次连接。第三级压缩机构C采用管道把第三离子液压缩机10、第三冷却器11、第三高压分离器12和第三级高压储罐13依次连接。氢源1采用管道一路连接第一离子液压缩机2。压缩机构级与级之间的连接采用第一级高压储罐5连接第二离子液压缩机6和第二级高压储罐9连接第三离子液压缩机10。真空泵14经E阀门22、第三级高压储罐13经D阀门21和备用储罐经I阀门26采用管道连接车载储氢气瓶15，备用储罐17经H阀门25采用管道连接在G阀门24与第三高压分离器12之间的管道上，车载储氢气瓶15经F阀门23采用管道连接第一级高压储罐5。第一高压分离器4经A阀门18、第二高压分离器8经B阀门19和第三高压分离器12经C阀门20采用管道经储罐16连接氢源1。在每级压缩机构中，氢先经过离子液压缩机，再经过冷却器冷却，通过高压分离器分离氢气与水，最后将氢气储存在高压储罐中为车载储氢气瓶供氢。分离的水储存在储罐中，以便实现水的循环利用。
这种车载储氢气瓶的供氢系统的工作方法采用下列步骤：
（a）在首次使用时，打开E阀门22、F阀门23，关闭D阀门21，用真空泵14将车载储氢气瓶15抽真空；
（b）在达到设定的真空度要求时，打开与第三级高压储罐13连接的D阀门21，关闭E阀门22、F阀门23，让车载储氢气瓶15进入快充状态；
（c）氢源1的氢压力为25MPa-35MPa，经第一级压缩机构A压缩后，储存在4m3的第一级高压储罐5中的氢压力为45MPa-55MPa，经第二级压缩机构B压缩后，储存在2m3的第二级高压储罐9中的氢压力为65MPa-75MPa，经第三级压缩机构C压缩后，储存在1m3的第三级高压储罐13中的氢压力为93MPa-100MPa，第三级高压储罐13对100L的车载储氢气瓶15充氢至氢压力为70MPa；
（d）当第三级高压储罐13中的氢气无法满足快充，使车载储氢气瓶15快速达到70MPa时，则关闭D阀门，打开I阀门，启动备用储罐，以实现对车载储氢气瓶15快速补气；（e）当夜间或无气瓶需要供氢且第三级高压储罐氢气达到饱和时，关闭G阀门，打开H阀门，将氢气输送给备用储罐。备用储罐的压力与体积参数与第三级高压储罐的压力与体积参数相同。

Claims (4)

1.一种车载储氢气瓶的供氢系统，它包括氢源（1）、真空泵（14）、车载储氢气瓶（15）和备用储罐（17），其特征在于：它还包括第一级压缩机构（A）、第二级压缩机构（B）和第三级压缩机构（C），所述第一级压缩机构（A）采用管道把第一离子液压缩机（2）、第一冷却器（3）、第一高压分离器（4）和第一级高压储罐（5）依次连接，所述第二级压缩机构（B）采用管道把第二离子液压缩机（6）、第二冷却器（7）、第二高压分离器（8）和第二级高压储罐（9）依次连接，所述第三级压缩机构（C）采用管道把第三离子液压缩机（10）、第三冷却器（11）、第三高压分离器（12）和第三级高压储罐（13）依次连接；所述氢源（1）采用管道连接第一离子液压缩机（2）；压缩机构级与级之间的连接采用第一级高压储罐（5）连接第二离子液压缩机（6）和第二级高压储罐（9）连接第三离子液压缩机（10）；所述真空泵（14）经E阀门（22）、第三级高压储罐（13）经D阀门（21）和备用储罐（17）经I阀门（26）采用管道连接车载储氢气瓶（15），在G阀门（24）与第三高压分离器（12）之间的管道经H阀门（25）采用管道连接备用储罐（17），车载储氢气瓶（15）经F阀门（23）采用管道连接第一级高压储罐（5）；所述第一高压分离器（4）经A阀门（18）、第二高压分离器（8）经B阀门（19）和第三高压分离器（12）经C阀门（20）采用管道经储罐（16）和J阀门（27）连接氢源（1）。
2.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶的供氢系统，其特征在于：所述第一级高压储罐（5）的容积为3.5-4m3，第二级高压储罐（9）的容积为1.75-2m3，第三级高压储罐（13）的容积为0.75-1m3，车载储氢气瓶（15）的容积为50L-150L。
3.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶的供氢系统，其特征在于：所述备用储罐（17）的压力与体积参数与第三级高压储罐（13）压力与体积参数相同。
4.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶的供氢系统的工作方法，其特征在于：采用下列步骤：
（a）在首次使用时，打开E阀门（22）、F阀门（23），关闭D阀门（21），用真空泵（14）将车载储氢气瓶（15）抽真空；
（b）在达到设定的真空度要求时，打开与第三级高压储罐（13）连接的D阀门（21），关闭E阀门（22）、F阀门（23），让车载储氢气瓶（15）进入快充状态；
（c）氢源（1）的氢压力为25MPa-35MPa，经第一级压缩机构（A）压缩后，储存在第一级高压储罐（5）中的氢压力为45MPa-55MPa，经第二级压缩机构（B）压缩后，储存在第二级高压储罐（9）中的氢压力为65MPa-75MPa，经第三级压缩机构（C）压缩后，储存在第三级高压储罐（13）中的氢压力为93MPa-100MPa，第三级高压储罐（13）对车载储氢气瓶（15）充氢至氢压力为70MPa；
（d）当第三级高压储罐（13）中的氢气无法满足快充，使车载储氢气瓶（15）快速达到70MPa时，则关闭D阀门（21），打开I阀门（26），启动备用储罐（17），以实现对车载储氢气瓶（15）快速补气；
（e）当夜间或无气瓶需要供氢且第三级高压储罐氢气达到饱和时，关闭G阀门（24），打开H阀门（25），将氢气输送给备用储罐（17）。
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