CN109458550A - 一种氢气加注装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池汽车技术领域，公开了一种氢气加注装置。该氢气加注装置包括：空气驱动机构，用于压缩空气的输送；氢气输送机构，用于氢气的输送；增压机构，其两个进口端分别连通于氢气输送机构和空气驱动机构，增压机构在空气驱动机构的作用下，用于氢气的增压；压力控制开关，其分别连通于增压机构和空气驱动机构，压力控制开关根据增压机构出口端的压力，控制空气驱动机构的启闭；加注机构，其连通于增压机构的出口端，用于氢气的加注。该氢气加注装置当压力控制开关控制切断空气驱动机构，使得增压机构由于缺少动力源不能进行氢气增压，实现对对氢气加压进行控制，减少能源浪费，提高生产的安全性，起到了安全保护的作用。

Description

一种氢气加注装置
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车技术领域，尤其涉及一种氢气加注装置。
背景技术
氢气作为清洁绿色能源，广泛应用于燃料电池汽车当中，使得燃料电池汽车的普及成为未来发展的趋势。随着储气压力的提高，对氢气加注装置中增压能力提出了更高的要求。
目前现有的氢气加注装置存在以下问题和缺陷：1)由于不能根据实时出口端的氢气压力，对增压能力及时进行控制，氢气加注存在盲目性，能源浪费严重，且安全系数较低；2)自动化程度较低，直接由电机驱动，循环速度和流量不可调，压力调节功能较差，不能实现多种压力的加注；3)对于电力的需求较大，消耗的电功率大，成本较高，更重要的是，由于氢气为易燃易爆气体，存在安全隐患；4)整个装置体积大、占用空间较大，且通常为固定式结构，移动不便，不利于用户移动便携式的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢气加注装置，能对氢气加压进行控制，减少能源浪费，提高安全保护的效果。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种氢气加注装置，包括：
空气驱动机构，用于压缩空气的输送；
氢气输送机构，用于氢气的输送；
增压机构，其两个进口端分别连通于所述氢气输送机构和所述空气驱动机构，所述增压机构在所述空气驱动机构的作用下，用于氢气的增压；
压力控制开关，其分别连通于所述增压机构和所述空气驱动机构，所述压力控制开关根据所述增压机构出口端的压力，控制所述空气驱动机构的启闭；
加注机构，其连通于所述增压机构的出口端，用于氢气的加注。
作为优选，所述空气驱动机构和所述增压机构的数量均为多个，多个所述空气驱动机构彼此相互并联设置，多个所述增压机构彼此相互并联设置，且每个所述空气驱动机构对应连通于一个所述增压机构。
作为优选，所述氢气输送机构包括第一空气输送管路和连通于所述增压机构的氢气输送管路，在所述氢气输送管路上设置有进气针阀和连通于所述第一空气输送管路的第一气动阀，所述进气针阀和第一气动阀彼此并联设置，用于所述氢气输送管路的通断；在所述第一空气输送管路上设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀用于控制所述第一气动阀的启闭。
作为优选，在所述氢气输送管路上还设置有第一过滤器、第一压力变送器、第一压力表。
作为优选，所述空气驱动机构包括连通于所述增压机构的压缩空气输送管路，在所述压缩空气输送管路上设置有第二过滤器、汽水分离器、驱动减压阀、第二压力表、第二电磁阀和驱动球阀，且所述第二电磁阀和所述驱动球阀彼此并联设置，用于控制压缩空气输送管路的通断。
作为优选，所述空气驱动机构还包括两端分别连通于空气输送管路和增压机构的控制空气管路，所述压力控制开关设置于控制空气管路上，且所述控制空气管路上设置有单向阀。
作为优选，所述增压机构包括增压泵和均连通于所述增压泵的呼吸排空管路和冷凝器。
作为优选，所述加注机构包括连通于所述增压机构的加注管路，在加注管路上设置有高压出口针阀、第三压力变送器、第三压力表、高压加氢枪和设置于所述高压出口针阀和所述第三压力变送器之间的排空组件。
作为优选，所述排空组件包括排空管路和第二空气输送管路，所述排空管路上设置有高压放空针阀、节流阀、阻火器及连通于所述第二空气输送管路的第二气动阀，所述高压放空针阀和所述第二气动阀彼此并联设置，用于控制所述排空管路的通断；所述第二空气输送管路上设置有第三电磁阀，所述第三电磁阀用于控制所述第二气动阀的启闭。
作为优选，在所述加注管路和所述排空管路之间设置有支管路，在所述支管路上设置有安全阀。
本发明的有益效果：
本发明提供的氢气加注装置，通过压力控制开关分别连通于增压机构和空气驱动机构，当压力控制开关检测到增压机构出口端的压力超出预设压力时，控制切断空气驱动机构，使得增压机构由于缺少动力源不能进行氢气增压，实现对对氢气加压进行控制，减少能源浪费，提高生产的安全性，起到了安全保护的作用。
附图说明
图1是本发明氢气加注装置的结构示意图；
图2是本发明氢气加注装置隐去加注机构的结构示意图；
图3是本发明氢气加注装置中加注机构的结构示意图。
图中：
1、空气驱动机构；2、氢气输送机构；3、增压机构；4、压力控制开关；5、加注机构；6、控制机构；
11、压缩空气输送管路；12、第二过滤器；13、驱动减压阀；14、第二压力表；15、第二电磁阀；16、驱动球阀；17、控制空气管路；18、单向阀；
21、第一空气输送管路；22、氢气输送管路；23、进气针阀；24、第一气动阀；25、第一电磁阀；26、第一过滤器；27、第一压力变送器；28、第一压力表；
31、增压泵；32、呼吸排空管路；33、冷凝器；
51、加注管路；52、高压出口针阀；53、第三压力变送器；54、第三压力表；55、高压加氢枪；56、排空组件；57、支管路；58、安全阀；
561、排空管路；562、第二空气输送管路；563、高压放空针阀；564、节流阀；565、阻火器；566、第二气动阀；567、第三电磁阀。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作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，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供了一种氢气加注装置，用于70MPa氢燃料电池汽车进行快速加注。如图1所示，该氢气加注装置包括：空气驱动机构1、氢气输送机构2、增压机构3、压力控制开关4、加注机构5及控制机构6，氢气输送机构2用于氢气的输送，增压机构3用于氢气的增压，增压机构3的两个进口端分别连通于氢气输送机构2和空气驱动机构1，空气驱动机构1用于压缩空气的输送，空气驱动机构1为增压机构3的动力源，使得增压机构3在空气驱动机构1的作用下，以将氢气进行增压。加注机构5连通于增压机构3的出口端，用于输送被增压的氢气，实现对氢燃料电池汽车进行氢气的加注。控制机构6分别电连接于空气驱动机构1、氢气输送机构2、压力控制开关4及加注机构5，实现自动化控制。为了实现对增压机构3的控制，将压力控制开关4设置于增压机构3和空气驱动机构1之间，压力控制开关4根据增压机构3出口端的压力，通过控制空气驱动机构1的启闭，以对增压机构3的增压程度进行及时控制。
本实施例提供的氢气加注装置，通过压力控制开关4分别连通于增压机构3和空气驱动机构1，当压力控制开关4检测到增压机构3出口端的压力超出预设压力时，控制切断空气驱动机构1，使得增压机构3由于缺少动力源不能进行氢气增压，实现对对氢气加压进行控制，减少能源浪费，提高生产的安全性，起到了安全保护的作用。
如图1-2所示，上述氢气输送机构2包括第一空气输送管路21和氢气输送管路22，氢气输送管路22为氢气进气气源，氢气输送管路22的进气端直接与氢气汇流排、氢气集装格或氢气管束车相连通，氢气输送管路22的出气端连通于增压机构3，用于源源不断地向增压机构3输送氢气。在氢气输送管路22上还设置有第一过滤器26、第一压力变送器27、第一压力表28，第一过滤器26可保证氢气中没有杂质，起到了对后续各个阀体、管件及增压机构3的保护作用，第一压力变送器27连接于控制机构6，使得可从设备显示屏上读取气源压力，第一压力表28作为机械压力表可在没有电源情况下读取气源压力。
由于氢气为易燃易爆气体，为了提高安全性能，通过气路对氢气输送管路22进行通断控制。具体地，在氢气输送管路22上设置有进气针阀23和连通于第一空气输送管路21的第一气动阀24，进气针阀23和第一气动阀24彼此并联设置，用于氢气输送管路22的通断。第一气动阀24为常闭式电磁阀，当进气针阀23断开时，通过第一气动阀24实现氢气输送管路22的通断；当断电时，第一气动阀24处于断开状态，此时通过手动操作进气针阀23来完成氢气输送管路22的通断。采用这种方式，可以作为断电时的应急方案，提高了控制的精确性。
进一步地，在空气输送管路上设置有第一电磁阀25，第一电磁阀25用于控制第一气动阀24的启闭。通过控制机构6的终端控制第一电磁阀25启闭，用来控制第一气动阀24的启闭，从而实现第一气动阀24控制氢气输送管路22中氢气气源的通断。通过这种采用第一气动阀24控制氢气输送管路22的方式，减少电能的消耗，降低生产成本，且由于减少在氢气气源中电力的控制，降低了安全隐患。
如图1-2所示，空气驱动机构1和增压机构3的数量均为多个，本实施例中以空气驱动机构1和增压机构3的数量三个为例，具体数量可以根据实际生产需要进行调整。多个空气驱动机构1彼此相互并联设置，多个增压机构3彼此相互并联设置，且每个空气驱动机构1对应连通于一个增压机构3，使得每个空气驱动机构1控制一个增压机构3。
进一步地，空气驱动机构1包括连通于增压机构3的压缩空气输送管路11，压缩空气输送管路11与空压机相连通，用于提供压缩空气。由于压缩空气输送管路11输送的压缩空气用于驱动增压机构3，可以调节压缩空气的通入量和速度，以适应性调节增压机构3的压力，压力调节能力较强，能够实现多种压力的加注。同时，与现有技术手动加注的方式相比，具有增压能力强和增压速度快的优势。进一步地，在压缩空气输送管路11上设置有第二过滤器12、汽水分离器、驱动减压阀13、第二压力表14、第二电磁阀15和驱动球阀16，第二过滤器12和汽水分离器可以过滤压缩空气中的固体杂质和水分，其中过滤杂质是保护管阀件，过滤水是为了保证气体纯度。
进一步地，第二电磁阀15和驱动球阀16彼此并联设置，用于控制压缩空气输送管路11的通断。当通电时，通过控制机构6控制第二电磁阀15对压缩空气输送管路11的通断；当断电时，由于驱动球阀16为手动可调式，根据需求可手动调节压缩空气输送管路11的通断。
为了实现压力控制开关4对压缩空气输送管路11的通断控制，如图1-2所示，空气驱动机构1还包括控制空气管路17，控制空气管路17的两端分别连通于压缩空气输送管路11和增压机构3，上述的压力控制开关4设置于控制空气管路17。由于控制空气管路17和压缩空气输送管路11分别与增压机构3的空气进口相连通，压缩空气输送管路11是为增压机构3提供主要压缩空气的管路，控制空气管路17能将增压机构3的启动结构顶开而进行启动，两者协同才能实现增压机构3的正常工作。因此，当压力控制开关4检测增压机构3出口端的压力较大时，压力控制开关4将控制空气管路17进行切断，由于压力控制开关4启动时，增压机构3是不工作的，此时尽管压缩空气输送管路11依然通入空气，压缩空气输送管路11的气体会被局限在增压机构3的前端，而不会进入增压机构3内，此时压缩空气也不会浪费。同时由于控制空气管路17不能将增压机构3启动，使得增压机构3不能进行对氢气的增压，从而实现对增压机构3的控制。
压力控制开关4将控制空气管路17进行切断之后，由于管路中会存在剩余空气，在压力控制开关4上设置有自排空管路(图中未标出)，用于将剩余空气进行排出。为了防止受机械开关的影响，在每个控制空气管路17上均设置有单向阀18，单向阀18可控制空气的流向，不会使三路空气因机械式压力开关出现串气的情况。
如图1-2所示，上述增压机构3包括增压泵31和均连通于增压泵31的呼吸排空管路32和冷凝器33，增压泵31为气动式，以压缩空气作为动力源，可将低压的氢气气源增压至70MPa，满足被加注车辆的使用需求。由于增压泵31对70MPa级别的增压和加注，氢气增压及加注会产生极大热量，因此在增压泵31出口处设置有冷凝器33。冷凝器33原理为风冷，被增压泵31使用后的压缩空气成为冷却来源，不仅达到冷却效果，并可以节省能源。由于增压泵31中密封件会不可避免的出现泄漏的情况，在增压泵31上设置有呼吸排空管路32，用于密封导致的内泄漏可从该管路安全排出。
如图1和3所示，在三个增压泵31的出口汇总后可以连通加注机构5，加注机构5包括连通于增压机构3的加注管路51，在加注管路51上设置有高压出口针阀52、第三压力变送器53、第三压力表54、高压加氢枪55，第三压力变送器53、第三压力表54可以读取加注管路51的压力，高压加氢枪55的接口与氢燃料电池汽车上的加氢口适配，用于加注氢气。
由于加注管路51中氢气的压力较高，当加注氢气完成之后，会存在高压加氢枪55不能从加氢口拔出的情况，因此在高压出口针阀52和第三压力变送器53之间设置有排空组件56。进一步地，如图3所示，排空组件56包括排空管路561和第二空气输送管路562，排空管路561上设置有高压放空针阀563、节流阀564、阻火器565及连通于第二空气输送管路562的第二气动阀566，高压放空针阀563和第二气动阀566彼此并联设置，用于控制排空管路561的通断，以实现加注管路51中余气的排空，使得加注管路51中压力减少从而便于高压加氢枪55的拔出。第二气动阀566为常闭式电磁阀，当高压放空针阀563断开时，通过第二气动阀566实现排空管路561的通断；当断电时，第二气动阀566处于断开状态，此时通过手动操作高压放空针阀563完成排空管路561的通断。
进一步地，在第二空气输送管路562上设置有第三电磁阀567，第三电磁阀567用于控制第二气动阀566的启闭。通过控制机构6的终端控制第三电磁阀567启闭，用来控制第二气动阀566的启闭，从而实现第二气动阀566控制排空管路561中氢气余气的通断。通过这种采用第二气动阀566控制氢气输送管路22的方式，减少电能的消耗，降低生产成本，且由于减少在氢气排空中电力的控制，降低了安全隐患。
为了防止排空管路561中氢气排放过快，如图3所示，在排空管路561上还设置有节流阀564，节流阀564位于高压放空针阀563的下游，节流阀564能够调整放空开度，防止放气过快产生危险。为了进一步降低氢气排放时的危险，在排空管路561上还设置有阻火器565，阻火器565位于节流阀564的下游，阻火器565可防止放空时氢气着火，提高了安全性能。
为了防止压力控制开关4失效而不能进行控制而出现危险，如图3所示，在加注管路51和排空管路561之间设置有支管路57，在支管路57上设置有安全阀58，安全阀57设定压力为80MPa，保护后端管阀件不受损坏。当压力控制开关4失效时，会出现达到安全阀58设定压力为80MPa的情况，此时安全阀58打开，启动的支管路57直接汇入排空管路561上。
由于可以手动设定需要加注的压力，通过加注管路51上的第三压力变送器53检测压力，到达设定压力时控制自动将第二空气输送管路562的第三电磁阀567关闭，停止加注。通过这种设置，实现了第一道安全防护。同时，由于压力控制开关4为整个氢气加注装置提供了第二重安全保护，通过在压力控制开关4的下游设置支管路57和安全阀58，起到了第三重安全保护的作用，采用三重保护的方式，保证为了使用过程中的安全，安全系数更高。
为了进一步提高安全性能，该氢气加注装置还包括正压箱，正压箱将控制机构6和与控制机构6电连接的第一电磁阀25、第二电磁阀15及第三电磁阀567进行集成，结构紧凑，占用空间较小，且带电部件完全和输送氢气的各个管路相隔离，从而杜绝因电火花而造成氢气保证的风险。另外该氢气加注装置为移动式设备，便于用户移动便携使用。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种氢气加注装置，其特征在于，包括：
空气驱动机构(1)，用于压缩空气的输送；
氢气输送机构(2)，用于氢气的输送；
增压机构(3)，其两个进口端分别连通于所述氢气输送机构(2)和所述空气驱动机构(1)，所述增压机构(3)在所述空气驱动机构(1)的作用下，用于氢气的增压；
压力控制开关(4)，其分别连通于所述增压机构(3)和所述空气驱动机构(1)，所述压力控制开关(4)根据所述增压机构(3)出口端的压力，控制所述空气驱动机构(1)的启闭；
加注机构(5)，其连通于所述增压机构(3)的出口端，用于氢气的加注。
2.根据权利要求1所述的氢气加注装置，其特征在于，所述空气驱动机构(1)和所述增压机构(3)的数量均为多个，多个所述空气驱动机构(1)彼此相互并联设置，多个所述增压机构(3)彼此相互并联设置，且每个所述空气驱动机构(1)对应连通于一个所述增压机构(3)。
3.根据权利要求1所述的氢气加注装置，其特征在于，所述氢气输送机构(2)包括第一空气输送管路(21)和连通于所述增压机构(3)的氢气输送管路(22)，在所述氢气输送管路(22)上设置有进气针阀(23)和连通于所述第一空气输送管路(21)的第一气动阀(24)，所述进气针阀(23)和第一气动阀(24)彼此并联设置并用于所述氢气输送管路(22)的通断；在所述第一空气输送管路(21)上设置有第一电磁阀(25)，所述第一电磁阀(25)用于控制所述第一气动阀(24)的启闭。
4.根据权利要求3所述的氢气加注装置，其特征在于，在所述氢气输送管路(22)上还设置有第一过滤器(26)、第一压力变送器(27)、第一压力表(28)。
5.根据权利要求1所述的氢气加注装置，其特征在于，所述空气驱动机构(1)包括连通于所述增压机构(3)的压缩空气输送管路(11)，在所述压缩空气输送管路(11)上设置有第二过滤器(12)、汽水分离器、驱动减压阀(13)、第二压力表(14)、第二电磁阀(15)和驱动球阀(16)，且所述第二电磁阀(15)和所述驱动球阀(16)彼此并联设置，用于控制压缩空气输送管路(11)的通断。
6.根据权利要求5所述的氢气加注装置，其特征在于，所述空气驱动机构(1)还包括两端分别连通于所述压缩空气输送管路(11)和所述增压机构(3)的控制空气管路(17)，所述压力控制开关(4)设置于控制空气管路(17)上，且所述控制空气管路(17)上设置有单向阀(18)。
7.根据权利要求1所述的氢气加注装置，其特征在于，所述增压机构(3)包括增压泵(31)和均连通于所述增压泵(31)的呼吸排空管路(32)和冷凝器(33)。
8.根据权利要求1所述的氢气加注装置，其特征在于，所述加注机构(5)包括连通于所述增压机构(3)的加注管路(51)，在加注管路(51)上设置有高压出口针阀(52)、第三压力变送器(53)、第三压力表(54)、高压加氢枪(55)和设置于所述高压出口针阀(52)和所述第三压力变送器(53)之间的排空组件(56)。
9.根据权利要求8所述的氢气加注装置，其特征在于，所述排空组件(56)包括排空管路(561)和第二空气输送管路(562)，所述排空管路(561)上设置有高压放空针阀(563)、节流阀(564)、阻火器(565)及连通于所述第二空气输送管路(562)的第二气动阀(566)，所述高压放空针阀(563)和所述第二气动阀(566)彼此并联设置，用于控制所述排空管路(561)的通断；所述第二空气输送管路(562)上设置有第三电磁阀(567)，所述第三电磁阀(567)用于控制所述第二气动阀(566)的启闭。
10.根据权利要求9所述的氢气加注装置，其特征在于，在所述加注管路(51)和所述排空管路(561)之间设置有支管路(57)，在所述支管路(57)上设置有安全阀(58)。
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