CN109210370A - 一种加氢站及加氢控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种加氢站，包括：第一储氢系统、第二储氢系统和加氢系统；所述第一储氢系统与所述第二储氢系统相互连通；所述第二储氢系统至少为三组，三组所述第二储氢系统并联连通后与所述加氢系统连通；所述加氢系统用于给购氢设备加氢，且分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通。该加氢站可与加油站、加气站合建，也可装载于运输工具上，构成车载移动式加氢站。具有储氢容量大、可做氢气运输装备。更为优化的加氢控制方法可自增压、氢气利用率更高、安全性高。降低加氢站建设成本和氢气运输成本、使用方便等优点。

Description

一种加氢站及加氢控制方法
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种加氢站及加氢控制方法。
背景技术
日益严重的能源危机和环境污染问题迫切要求人们开发洁净、经济的新能源，氢能以其燃烧产物洁净、燃烧效率高、可再生等优点被认为是现在重要的二次能源。随着氢燃料电池和电动汽车的迅速发展和产业化，世界各国都高度重视加氢站的建设。
加氢站从其供氢方式上可分为站内制氢和站外供氢两种，前者是通过在加氢站内建设制氢装置，后者则是通过制氢厂的集中制氢，再借助管束运氢车将氢气运送至加氢站。
从氢气的储存方式上可分为高压气氢储存和液氢储存两种，从加氢方式上可分为液氢加氢和气氢加氢。外供氢、高压气氢储存及加氢的加氢站，因其投资低、工艺简单、操作和维护成本低，成为加氢站建设的首选。
在燃料电池汽车示范运行阶段乃至商业化运行初期，加氢站为满足高峰加氢时段的高压氢气需求，需要高的储氢容量，意味着加氢站需配置较多的高压储氢瓶，将大幅增加建站成本，此外加氢站通常需要配置大排量的氢气压缩机，将大幅增加加氢站的压缩机购置费用，而加氢过程压缩机的频繁启停不利其稳定运行，且会增加压缩机的运行和维护费用。
车载氢气高压储气罐技术也已经成熟，安全性高。氢燃料汽车的氢气加氢时间与汽柴油车油料加氢时间相当，而且氢燃料汽车的续航里程能达到500公里以上，约为电动车的两倍，但目前加氢站的建站模式为固定储罐储氢、占地面积大、投资大、并且不能与加油站混建，需要机械压缩机进行二次压缩，压缩机的运行和维护费用大、储氢安全风险等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种加氢站，包括：第一储氢系统、第二储氢系统和加氢系统；所述第一储氢系统与所述第二储氢系统相互连通；所述第二储氢系统至少为三组，三组所述第二储氢系统并联连通后与所述加氢系统连通；所述加氢系统用于给购氢设备加氢，且分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通。
进一步地，还包括充氢口，所述充氢口分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通，用于给所述第一储氢系统和所述第二储氢系统充氢。
进一步地，其中所述第一储氢系统包括第一储氢容器、热交换装置、第一检测装置和第一控制阀；所述热交换装置用于加热或冷却所述第一储氢容器；所述第一储氢容器与所述第二储氢系统连通，形成加压管路；所述第一储氢容器与所述加氢系统连通，形成第一加氢管路；所述第一检测装置设置在所述第一氢气管路上；所述第一控制阀分别设置在所述加压管路和所述第一加氢管路上。
进一步地，其中所述第二储氢容器为碳纤维缠绕式氢瓶。
进一步地，其中所述第一储氢容器内部设置有储氢材料。
进一步地，其中所述第二储氢系统包括第二储氢容器、第二检测装置和第二控制阀；所述第二储氢容器分别与所述第一储氢系统和所述加氢系统连通，形成第二氢气管路；所述第二检测装置和所述第二控制阀设置在所述第二氢气管路上。
进一步地，所述加氢系统包括加氢枪、第三检测装置和第三控制阀；所述加氢枪分别与所述第一储氢系统和/或所述第二储氢系统连通形成加氢管路；所述第三检测装置和第三控制阀设置在所述加氢管路上。
根据本发明的另一方面，提供了一种加氢控制方法，包括：为购氢设备加氢，直至所述购氢设备内的压力达到第一预设压力；继续给多个所述购氢设备加氢，直至各个第二储氢容器内的压力均达到所述第一预设压力；加热所述第一储氢容器至第一预设温度，释放氢气使压力增加，将释放的所述氢气为多个所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；或将释放的所述氢气为所述第二储氢容器进行充装增压后，用所述第二储氢容器为所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力。
进一步地，所述为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力，具体为：冷却所述第一储氢容器至10-25摄氏度；为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力。
进一步地，所述第一预设压力为2-40兆帕；所述第二预设压力为40-100兆帕；所述第一预设温度为40-50摄氏度。
在本发明提供的加氢站，包括：第一储氢系统、第二储氢系统和加氢系统；所述第一储氢系统与所述第二储氢系统相互连通；所述加氢系统用于给购氢设备加氢，且分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通。通过第一储氢系统和第二储氢系统储存氢气，加氢系统为购氢设备加氢，形成加氢站，将加氢站设置在运输车上形成可移动加氢站。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、加氢站的建造成本低、周期短、审批简单，可在较短时间内与固定加氢站配合形成较为完善的氢气加氢系统；
2、灵活简便，活动范围大，可大大提高与固定加氢站组合的服务半径；
3、利用固态储氢容器及热交换装置提高氢气利用率、自增压、加氢简便，储氢安全等功能；
4、储氢量大，取气率高；
5、无需机械式压缩机来增压。
附图说明
图1是根据本发明一可选实施方式的加氢站结构示意图；
图2是根据本发明另一可选实施方式的加氢站结构示意图；
图3是根据本发明又一可选实施方式的加氢站结构示意图；
图4是根据本发明一可选实施方式的集装格结构示意图；
图5是根据本发明一具体实施方式的加氢站结构示意图；
图6是根据本发明另一具体实施方式的加氢站结构示意图；
图7是根据本发明又一具体实施方式的加氢站结构示意图。
附图标记：
100：第一储氢系统；110：第一储氢容器；120：热交换装置；121：热水机；122：冷水机；123：循环泵；124：电动球阀；130：第一检测装置；140：第一控制阀；141：电磁阀；142：电动球阀；210：第二储氢容器；220：第二检测装置；230：第二控制阀；231：电动球阀；232：电动球阀；233：电磁阀；234：气动阀；240：泄压阀；250：压力表；260：电动球阀；300：加氢装置；310：第三检测装置；320：第三控制阀；330：加氢枪；400：充氢口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1是根据本发明第一实施方式的加氢站结构示意图。
如图1所示，本发明第一实施例提供一种加氢站，包括：第一储氢系统、第二储氢系统和加氢系统；所述第一储氢系统与所述第二储氢系统相互连通；所述第二储氢系统至少为三组，三组所述第二储氢系统并联连通后与所述加氢系统连通；所述加氢系统用于给购氢设备加氢，且分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通。工作时通过第二储氢系统为购氢设备加氢，直到第二储氢系统压力低于预设值时，通过第一储氢系统为第二储氢系统增压继续为购氢设备继续加压或者通过第一储氢设备直接为购氢设备加氢，该加氢站可以设置在运输车辆上成为移动加氢站。该加氢站的建造成本低、周期短、审批简单，可在较短时间内与固定加氢站配合形成较为完善的氢气加氢系统；灵活简便，活动范围大，可大大提高与固定加氢站组合的服务半径；利用固态储氢容器及热交换装置提高氢气利用率、自增压、加氢简便，储氢安全等功能；，取气率高；无需机械式压缩机来增压。
图2是根据本发明另一可选实施方式的加氢站结构示意图。
如图2所示，本发明另一可选实施例，加氢站还包括充氢口，所述充氢口分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通，用于给所述第一储氢系统和所述第二储氢系统充氢。当第一储氢系统和第一储氢系统内部氢气压力均低于预设值时，即可通过运输车运到制氢站，通过充氢口为第一储氢系统和第一储氢系统充氢。
可选的，其中所述第一储氢系统和/或所述第二储氢系统为多个。可以是多个第一储氢系统，或者是多个第二储氢系统，或者是第一储氢系统和所述第二储氢系统都为多个，这样增加了储氢量。
可选的，其中多个所述第一储氢系统和/或多个所述第二储氢系统并联连通后与所述加氢系统连通。通过彼此相互并联每一部分互不干扰，即使出现故障，通过控制管路的开闭可以继续为购氢设备加氢。
图3是根据本发明又一可选实施方式的加氢站结构示意图。
如图3所示，本发明又一可选实施例，其中所述第一储氢系统包括第一储氢容器、热交换装置、第一检测装置和第一控制阀；所述热交换装置用于加热或冷却所述第一储氢容器；所述第一储氢容器与所述第二储氢系统连通，形成加压管路；所述第一储氢容器与所述加氢系统连通，形成第一加氢管路；所述第一检测装置设置在所述第一氢气管路上；所述第一控制阀分别设置在所述加压管路和所述第一加氢管路上。
本发明的实施例的加氢站中，省去了氢气机械压缩系统，通过第一储氢系统形成自增压，大幅减少了加氢站的机械压缩机购置费用，避免了加氢过程压缩机的频繁启停导致系统的不稳定运行，此外还省去了压缩机的运行和维护费用。
可选的，其中所述第二储氢容器为碳纤维缠绕式氢瓶。碳纤维缠绕式氢瓶的内部设置有铝制内胆或者塑料内胆，储气压力为45兆帕，每瓶容积大于等于300升，每瓶储氢量标准体积为大于135立方米，采用这样的三组每组25只气瓶和第一储氢容器，组成一个集装格，如图4所示，这样一个集装格的储气量标准体积就大于1万立方米。
可选的，其中所述第一储氢容器内部设置有储氢材料。储氢材料为能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的的材料，可选的，为储氢合金、无机物及有机物储氢材料、纳米储氢材料、碳质储氢材料、配位氢化物储氢材料等；优选的，储氢材料为稀土系储氢合金、镁系储氢合金、钛系储氢合金、碳质储氢材料等。
图5是根据本发明一具体实施方式的加氢站结构示意图。
如图5所示，本发明一具体实施例，其中所述第二储氢系统包括第二储氢容器、第二检测装置和第二控制阀；所述第二储氢容器分别与所述第一储氢系统和所述加氢系统连通，形成第二氢气管路；所述第二检测装置和所述第二控制阀设置在所述第二氢气管路上。
图6是根据本发明另一具体实施方式的加氢站结构示意图。
如图6所示，发明另一具体实施例中，所述加氢系统包括加氢枪、第三检测装置和第三控制阀；所述加氢枪分别与所述第一储氢系统和/或所述第二储氢系统连通形成加氢管路；所述第三检测装置和第三控制阀设置在所述加氢管路上。
图7是根据本发明又一具体实施方式的加氢站结构示意图。
如图7所示，本发明又一具体实施例中，提供一种加氢站，包括：第一储氢系统、第二储氢系统和加氢系统；所述第一储氢系统与所述第二储氢系统相互连通；所述加氢系统用于给购氢设备加氢，且分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通。具体的，加氢站还包括充氢口，所述充氢口分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通，用于给所述第一储氢系统和所述第二储氢系统充氢。具体的，其中所述第一储氢系统和/或所述第二储氢系统为多个。可以是多个第一储氢系统，或者是多个第二储氢系统，或者是第一储氢系统和所述第二储氢系统都为多个，这样增加了储氢量。具体的，其中多个所述第一储氢系统和/或多个所述第二储氢系统并联连通后与所述加氢系统连通。通过彼此相互并联每一部分互不干扰，即使出现故障，通过控制管路的开闭可以继续为购氢设备加氢。具体的，其中所述第一储氢系统包括第一储氢容器、热交换装置、第一检测装置和第一控制阀；所述热交换装置用于加热或冷却所述第一储氢容器；所述第一储氢容器与所述第二储氢系统连通，形成加压管路；所述第一储氢容器与所述加氢系统连通，形成第一加氢管路；所述第一检测装置设置在所述第一氢气管路上；所述第一控制阀分别设置在所述加压管路和所述第一加氢管路上。具体的，其中所述第二储氢系统包括第二储氢容器、第二检测装置和第二控制阀；所述第二储氢容器分别与所述第一储氢系统和所述加氢系统连通，形成第二氢气管路；所述第二检测装置和所述第二控制阀设置在所述第二氢气管路上。具体的，所述加氢系统包括加氢枪、第三检测装置和第三控制阀；所述加氢枪分别与所述第一储氢系统和/或所述第二储氢系统连通形成加氢管路；所述第三检测装置和第三控制阀设置在所述加氢管路上。
更具体的，其中热交换装置包括：加热水箱、冷水机、循环泵和电动球阀其中的一种或多种；第一控制阀包括电磁阀和/或电动球阀；第二控制阀包括电动球阀、电动球阀、电磁阀和气动阀其中的一种或多种。
上述实施例中的加氢站的建造成本低、周期短、审批简单，可在较短时间内与固定加氢站配合形成较为完善的氢气加氢系统；灵活简便，活动范围大，可大大提高与固定加氢站组合的服务半径；利用固态储氢容器及热交换装置提高氢气利用率、自增压、加氢简便，储氢安全等功能；储氢量大，取气率高；无需机械压缩机来增压。
根据本发明的一可选实施例的另一方面，提供了一种加氢控制方法，包括：为购氢设备加氢，直至所述购氢设备内的压力达到第一预设压力；继续给多个所述购氢设备加氢，直至各个第二储氢容器内的压力均达到所述第一预设压力；加热所述第一储氢容器至第一预设温度，释放氢气使压力增加，将释放的所述氢气为多个所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；或将释放的所述氢气为所述第二储氢容器进行充装增压后，用所述第二储氢容器为所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力。
在一可选实施例中，提供一种加氢控制方法，包括：通过第二储氢设备为购氢设备加氢，直至购氢设备内的压力达到第一预设压力；继续给其他多个购氢设备加氢，当其中一个第二储氢容器内压力逐渐降低，达到第一预设压力时，选择其他第二储氢容器继续为购氢设备加氢，直至各个第二储氢容器内的压力均达到所述第一预设压力；然后加热所述第一储氢容器至第一预设温度，使第一储氢容器释放氢气令压力增加，通过调节管路控制阀将释放的所述氢气为多个所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；或通过调节管路控制阀将释放的所述氢气为所述第二储氢容器进行充装增压后，用所述第二储氢容器为所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力。由于加热所述第一储氢容器，所以第一储氢容器释放的氢气温度比较高，通过热胀冷缩的原理使第二储氢容器内部氢气膨胀，压力增加，从而达到提高氢气利用率、自增压、加氢简便，储氢安全等功能的效果。
可选的，所述为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力，具体为：冷却所述第一储氢容器至10-25摄氏度；为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力。
可选的，所述第一预设压力为2-40兆帕；所述第二预设压力为40-100兆帕；所述第一预设温度为40-50摄氏度。
通过上述方法为购氢设备加氢，操作安全、灵活简便，活动范围大，可大大提高与固定加氢站组合的服务半径。
本发明提供一种加氢站，包括：第一储氢系统、第二储氢系统和加氢系统；所述第一储氢系统与所述第二储氢系统相互连通；所述第二储氢系统至少为三组，三组所述第二储氢系统并联连通后与所述加氢系统连通；所述加氢系统用于给购氢设备加氢，且分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通。该加氢站可与加油站、加气站合建，也可装载于运输工具上，构成车载移动式加氢站。具有储氢容量大、可自增压、安全性高、基建成本低、使用方便等优点。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (11)

1.一种加氢站，其特征在于，包括：第一储氢系统、第二储氢系统和加氢系统；
所述第一储氢系统与所述第二储氢系统相互连通；
所述第二储氢系统至少为三组，三组所述第二储氢系统并联连通后与所述加氢系统连通；
所述加氢系统用于给购氢设备加氢，且分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通。
2.根据权利要求1所述的加氢站，其特征在于，还包括充氢口，
所述充氢口分别与所述第一储氢系统和所述第二储氢系统连通，用于给所述第一储氢系统和所述第二储氢系统充氢。
3.根据权利要求1所述的加氢站，其特征在于，其中所述第一储氢系统包括第一储氢容器、热交换装置、第一检测装置和第一控制阀；
所述热交换装置用于加热或冷却所述第一储氢容器；
所述第一储氢容器与所述第二储氢系统连通，形成加压管路；
所述第一储氢容器与所述加氢系统连通，形成第一加氢管路；
所述第一检测装置设置在所述第一氢气管路上；
所述第一控制阀分别设置在所述加压管路和所述第一加氢管路上。
4.根据权利要求3所述的加氢站，其特征在于，其中所述第二储氢容器为碳纤维缠绕式氢瓶。
5.根据权利要求3所述的加氢站，其特征在于，其中所述第一储氢容器内部设置有储氢材料。
6.根据权利要求1-5任一项所述的加氢站，其特征在于，其中所述第二储氢系统包括第二储氢容器、第二检测装置和第二控制阀；
所述第二储氢容器分别与所述第一储氢系统和所述加氢系统连通，形成第二氢气管路；
所述第二检测装置和所述第二控制阀设置在所述第二氢气管路上。
7.根据权利要求1-5任一项所述的加氢站，其特征在于，所述加氢系统包括加氢枪、第三检测装置和第三控制阀；
所述加氢枪分别与所述第一储氢系统和/或所述第二储氢系统连通形成加氢管路；
所述第三检测装置和第三控制阀设置在所述加氢管路上。
8.一种氢气运输装置，其特征在于，设置有如权利要求1-7任一项所述的加氢站。
9.一种加氢控制方法，其特征在于，包括：
为购氢设备加氢，直至所述购氢设备内的压力达到第一预设压力；
继续给多个所述购氢设备加氢，直至各个第二储氢容器内的压力均达到所述第一预设压力；
加热所述第一储氢容器至第一预设温度，释放氢气使压力增加，将释放的所述氢气为多个所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；或
将释放的所述氢气为所述第二储氢容器进行充装增压后，用所述第二储氢容器为所述购氢设备进行加氢，直至所述购氢设备内的压力达到所述第一预设压力；
为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力。
10.如权利要求9所述的加氢控制方法，其特征在于，所述为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力，具体为：
冷却所述第一储氢容器至10-25摄氏度；
为压力为第一预设压力的所述第一储氢容器和所述第二储氢容器进行充装至第二预设压力。
11.如权利要求9所述的加氢控制方法，其特征在于，所述第一预设压力为2-40兆帕；所述第二预设压力为40-100兆帕；所述第一预设温度为40-50摄氏度。
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