CN111022916A - 氢气加注换热一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢气加注换热一体机，涉及氢气预冷技术领域；其包括进气系统、加注系统以及冷却装置，冷却装置包括冷却水系统和冷液容器，冷液容器上设置有与冷却水系统连通的冷液进口和冷液出口，冷液容器为筒形柱状结构，在冷液容器内沿其轴向设置有螺旋盘管，且螺旋盘管的两端分别设置有氢气进口和氢气出口，氢气进口通过气体输入管与进气系统相连通，氢气出口通过气体输出管与加注系统相连通；通过实施本技术方案，可有效解决现有加氢机中氢气热交换效率低的技术问题；可有效提高冷液与气态氢的热交换效率，保证氢气制冷效果；同时设备集成度高，减少设备现场占地面积，可有效降低投资成本及现场施工工作量，具有较好的实用性。

Description

氢气加注换热一体机

技术领域

本发明涉及氢气预冷技术领域，尤其涉及一种氢气加注换热一体机。

背景技术

作为给燃料电池汽车提供氢气的基础设施，加氢站的数量也在不断增长，目前加氢加注站的设计应用中采取的都是气态氢，气态氢在管道中流动会带来热量，使得氢气输送到供气点或加注点时温度已经很高了，根据GB/T 34542.1-2017氢气储存输送系统第1部分，通用要求适用范围明确氢气充装系统的工作压力不大于140MPa，环境温度不低于-40℃且不高于65℃，由此需要对氢气进行预冷。同样对于加氢站而言，车辆到达加注点时需要快速的加满氢气，如果氢气充装系统温度过高，气态氢受热膨胀，在同样容器内可容纳的气态氢较少，充装加注效率较低。而现在工程领域上多采取在用气点(加氢机)附近设计单独的预冷器，即在加氢站进气系统到加氢机的加注系统之间设置水冷装置来带走加氢站储氢瓶到加注系统的氢气因快速充装而产生的热量，或在加氢机内部采取矩形结构的热换器对氢气进行冷却。

但本申请发明人在实现本发明实施例的过程中，发现上述现有加氢机预冷技术至少存在如下技术问题：一方面若是采用现有水冷装置，是将换热装置置于水冷箱中，当高温氢气经过氢气内部盘管时与水冷箱中的冷却水发生热交换，会由于冷却水在热交换过程中温度不断升高而导致后续热交换效率下降，同时在加氢机外部增加预冷器，需在现场做土建基坑、外部管道及管道附件连接、管道支架焊接等一系列的工作，且设备比较松散，集成度不高，增加建站周期，同时增加投资成本及现场施工工作量；另一方面在加氢机内部采用矩形结构预冷器的冷液容器，在冷液充满情况下，冷液容器内部表面受力不均匀，非常容易出现变形鼓包现象，同时采用矩形结构的低温换热器，其能够容纳的氢气输送管道较短，同样加氢机热交换效率低。

发明内容

为解决上述现有加氢机中氢气热交换效率低的技术问题，本发明的目的在于提供一种氢气加注换热一体机，其目的一在于氢气冷却装置能够有效避免冷液在热交换过程中因温度升高而导致后续热交换效率下降的技术问题，进而提高热交换效率；其目的二在于其冷液容器采用筒形柱状结构设计，冷液容器内的冷液围绕螺旋盘状设计的氢气输送管道均匀冷却，保温填充均匀，冷液冷量损失少以进一步达到高效热交换，并可有效防止冷液容器内由于冷液应力集中而产生鼓包的现象，其结构设计更加稳定可靠；其目的三在于氢气加注换热一体机应用于加氢机集成安装，无需在加氢机外部额外增设预冷器，相应的减少了外部预冷器安装所需土建基坑、外部管道及管道附件、管道支架焊接等一系列的工作，设备集成度高，减少设备现场占地面积，并可有效降低投资成本及现场施工工作量，在实践过程中具有较好的实用性。

本发明采用的技术方案如下：

氢气加注换热一体机，包括进气系统、加注系统以及设于进气系统与加注系统之间的冷却装置，所述冷却装置包括冷却水系统和冷液容器，所述冷液容器上设置有与所述冷却水系统连通的冷液进口和冷液出口，以使冷液在冷却水系统和冷液容器之间循环流动；所述冷液容器为筒形柱状结构，在所述冷液容器内设置有螺旋盘管，所述螺旋盘管沿冷液容器轴向绕设于所述冷液容器内，且所述螺旋盘管的两端分别沿其螺旋切线方向穿过冷液容器的两端并与冷液容器密封连接，所述螺旋盘管的两端分别设置有氢气进口和氢气出口，所述氢气进口通过气体输入管与进气系统相连通，所述氢气出口通过气体输出管与加注系统相连通。

上述技术方案中，当高温气体通过氢气进口进入螺旋盘管内与冷液容器发生热交换导致冷液介质温度升高时，冷液循环流动至冷却水系统中进行制冷后，再送入冷液容器中，如此循环可有效保证冷液在热交换过程中不会由于温度升高而导致后续热交换效率下降，保证螺旋盘管内氢气介质的制冷效果；且本技术方案中冷液容器采用筒形柱状结构设计，冷液容器内的冷液围绕螺旋盘状设计的氢气输送管道均匀冷却，保温填充均匀，冷液冷量损失少以进一步保证螺旋盘管内氢气介质的制冷效果，并可有效防止冷液容器内由于冷液应力集中而产生鼓包的现象，其结构设计更加稳定可靠。

可选地，所述冷却装置中的冷液容器设置在加氢机的机柜内。如此将冷液容器集成安装在加氢机的机柜内，无需在加氢机外部额外增设预冷器，相应的减少了外部预冷器安装所需土建基坑、外部管道及管道附件、管道支架焊接等一系列的工作，设备集成度高，减少设备现场占地面积，可有效降低投资成本及现场施工工作量。

可选地，所述螺旋盘管以冷液容器中心轴向线为中心线均匀绕设在冷液容器内侧并与冷液容器内壁处于分离状态。如此，螺旋盘管内的氢气介质可与冷液容器内的冷液介质更加充分地进行热交换，并根据不同的导程角和螺旋角进行组合，可得到任意热换比，以更多的差异化变量进行扩展设计应用于不同的环境。

可选地，所述螺旋盘管包括至少一节沿冷液容器轴向依次螺旋排列设置的氢气内部盘管，所述氢气内部盘管的数量为N，且1≤N≤10。根据氢气加注换热一体机应用于不同的环境，一般氢气内部盘管的数量设计为1≤N≤10但不限于此，可有效满足气态氢的预冷标准，并可有效保证换热器的结构强度，具有较好的实用性。

可选地，当氢气内部盘管的数量N≥2时，相邻两节氢气内部盘管之间对应设置有一氢气外部管道，所述氢气外部管道设于所述冷液容器外侧，相邻两节氢气内部盘管端部分别穿过冷液容器与氢气外部管道的两端连通，以使多节氢气内部盘管相连通。如此，氢气外部管道外部的设计不仅可有效连通多节氢气内部盘管，以保证氢气介质沿螺旋盘管有序流通，且可有效保证氢气内部盘管的沿冷液容器内安装的稳定性，以使整个换热器结构具有更好的结构强度；由于氢气外部管道的设计，冷液容器内侧的螺旋盘管可在无盘旋结构的情况下稳定的设于冷液容器中部，以利于两种介质充分进行热交换，热交换效率更高。

上述技术方案中，氢气内部盘管的螺旋角可以设计为10-25°。根据申请人多次实验，将氢气内部盘管的螺旋角设计为10-25°，可充分满足气态氢的预冷标准。

可选地，所述冷液容器的外侧壁上设置有连接凸起，所述连接凸起与冷液容器密封固定连接，氢气内部盘管通过所述连接凸起穿过所述冷液容器侧壁，所述连接凸起将氢气内部盘管固定在冷液容器内。由于螺旋管材的长度限制，使得螺旋盘管不能做成长管，并需通过焊接或其他连接件进行固定；且由于冷液介质在螺旋盘管外侧流动，高压氢气介质在螺旋盘管内侧流动，很容易使其产生震动，进而导致相邻两节氢气内部盘管连接不稳定而漏气；如此将氢气外部管道设于冷液容器外侧，并通过连接凸起进行加固，连接凸起的设计利于氢气内部盘管穿过冷液容器连接的密封性，并可有效保证氢气外部管道和螺旋盘管的安装稳定性，也便于漏气检修，该结构设计巧妙合理。

可选地，所述冷液容器内的冷液介质与螺旋盘管内的氢气介质流向方向相反。以使氢气介质与冷液介质在冷液容器内形成对冲热交换模式，以使两种介质热交换更加充分更有利，在同样的容积状态下得到更高的热交换效率。

可选地，所述冷液进口和冷液出口位于所述冷液容器同一侧端部，沿所述冷液容器的中心轴向线方向设置有冷液输出管道，所述冷液输出管道靠近所述氢气入口的一端位于所述冷液容器内，所述冷液输出管道靠近所述氢气出口的一端穿过冷液容器并沿其外侧延伸形成冷液出口，所述螺旋盘管的氢气出口靠近所述冷液进口及冷液出口一侧。如此冷液进口和冷液出口的位置设计便于配置冷液的输入及输出，结构简单，操作便捷；另一方面氢气出口靠近冷液进口及冷液出口一侧设计，可更好的保证热交换后的氢气处于最低温度的状态，达到高效的热交换效果。

可选地，所述冷液容器两端的圆形侧壁面与其中部的环形侧壁面焊接。结合冷液容器采用筒形柱状结构设计，本技术方案中的冷液容器没有直角形式的焊接缝，可有效防止冷液容器内由冷液应力集中而产生鼓包的现象，其结构设计更加稳定可靠，进而提高冷液容器的使用寿命。

同时，上述冷液容器中部的环形侧壁和两端的圆形侧壁内均设置有绝热层，绝热层可以为真空层或由填充在冷液容器壁内的绝热材料构成，而将冷液容器结构设计为筒形柱状，可便于在冷液容器壁的内层与外层之间充填真空，其结构设计巧妙合理。

可选地，所述冷却水系统的进液口通过回液管与冷液容器的冷液出口相连通，所述冷却水系统的出液口通过送液管与冷液容器的冷液进口相连通，所述回液管上设置有流量检测器和温度检测器，所述气体输出管上设置有流量计；所述冷却水系统、流量检测器、温度检测器以及流量计均连接在控制器上。如此回液管上流量检测器的设计可用于检测冷却水系统中的冷液是否在循环流动，若存在异常情况则停止加氢机；回液管上的温度检测器用于检测冷液容器冷液出口的冷液温度是否处于控制器内设定的正常温度阂值，若存在异常情况则停止加氢机；气体输出管上设计的流量计自带温度检测功能，可用于检测经冷却装置冷却后的氢气介质温度及流量是否处于控制器设定条件下的正常阂值，若存在异常情况则停止加氢机。

可选地，所述气体输出管上配置有开关阀，所述开关阀位于气体输出管靠近冷液容器一侧。由此开关阀设计在氢气输送系统中冷液容器后面的气体输出管上，当加注系统需要检修时，不会造成冷液容器里面的氢气被放掉而浪费。

可选地，所述气体输出管上还设置有放散结构，所述放散结构包括限流器和放散阀；所述放散结构位于气体输出管靠近加注系统一侧。如此放散结构的配合设计在设备检修自动放散时，可有效降低放散速度，进而解决由开关阀打开由流量大而造成的啸叫声音。

可选地，包括两组进气系统、两个冷液容器以及两组加注系统，每个所述进气系统分别经过其中一个冷液容器与其中一个加注系统连通，且两个冷液容器的冷液进口分别通过送液管与冷却水系统的出液口连通，两个冷液容器的冷液出口分别通过回液管与冷却水系统的进液口连通，两组进气系统位于加氢机的机柜内分层设置。进气系统分层布置可保证管路布置整洁，设备集成度高，分布合理紧凑；且本技术方案可有效提高加氢机的加注效率，在实践过程中具有更好的实用性。

如上所述，本发明相对于现有技术至少具有如下有益效果：

1.本发明氢气加注换热一体机冷却装置可有效替代现有水冷装置设计，以使冷却水系统和冷液容器构成循环流动的方式，能够使得冷液介质始终保持低温状态与氢气介质进行热交换，可有效避免冷液介质在热交换过程中因温度升高而导致后续热交换效率下降的技术问题，进而提高热交换效率，保证螺旋盘管内氢气介质的制冷效果。

2.本发明冷液容器应用于加氢机集成安装，无需在加氢机外部额外增设预冷器，相应的减少了外部预冷器安装所需土建基坑、外部管道及管道附件、管道支架焊接等一系列的工作，设备集成度高，减少设备现场占地面积，可有效降低投资成本及现场施工工作量，具有较好的实用性，适合在现场实践中推广应用。

3.本发明冷液容器采用筒形柱状结构设计，其两端没有直角形式的焊接缝，可有效防止冷液容器内由于冷液应力集中而产生鼓包的现象，其结构设计更加稳定可靠，进而有效提高氢气加注换热一体机的使用寿命；同时筒形柱状结构的冷液容器可避免现有矩形结构冷液容器形式的死角空间，其保温填充更加均匀，冷液冷量损失更少，以利于对氢气进行预冷。

4.本发明冷液容器内部的氢气输送管道采用螺旋盘管设计，且螺旋盘管以冷液容器中心轴向线为中心线均匀绕设在冷液容器内侧并与冷液容器内壁处于分离状态，增加了内部氢气输送管道和容器冷液的热交换面积，以使螺旋盘管内的氢气介质可与冷液容器内的冷液介质更加充分地进行热交换，并根据不同的导程角和螺旋角进行组合，可得到任意热换比，以更多的差异化变量进行扩展设计应用于不同的环境，在现场实践中具有较好的实用性。

5.本发明在冷液容器外侧配置的氢气外部管道，可有效保证氢气介质沿螺旋盘管有序流通，且可有效减弱由高压氢气及冷液介质流动而产生的震动，并结合连接凸起进行加固，利于氢气内部盘管穿过冷液容器连接的密封性，并可有效保证氢气外部管道和螺旋盘管的安装稳定性，以使整个换热器结构具有更好的结构强度，同时也便于漏气检修；由于氢气外部管道及连接凸起的设计，冷液容器内侧的螺旋盘管可在无盘旋结构的情况下稳定的设于冷液容器中部，以利于两种介质充分进行热交换，达到高效热交换。

6.本发明氢气加注换热一体机内部冷液介质与氢气介质的流向方向相反，以使氢气介质与冷液介质在冷液容器内形成对冲热交换模式，如此两种介质热交换更加充分更有利，在同样的容积状态下得到更高的热交换效率，氢气出口靠近冷液进口一侧设计，可更好的保证热交换后的氢气处于最低温度的状态，达到高效的热交换效果。

7.本发明氢气加注换热一体机配置有两组进气系统及加注系统，两组进气系统位于加氢机的机柜内并采用分层设置，进气系统分层布置可保证管路布置整洁，设备集成度高，分布合理紧凑；且本技术方案可显著提高加氢机的加注效率，在实践过程中具有更好的实用性。

附图说明

本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中

图1是本发明实施例氢气加注换热一体机的结构流程图；

图2是本发明实施例冷却装置的流程原理图；

图3是本发明实施例图2中冷液容器的结构示意图；

图4是本发明实施例图3中沿冷液容器中心轴向线剖视示意图；

图5是本发明实施例中第一密封结构和第二密封结构的示意图。

图6是本发明实施例中第一密封结构的放大示意图；

图7是本发明实施例中两种介质冲热交换示意图；

图8是本发明实施例氢气加注换热一体机的结构示意图。

附图标记说明：10-进气系统；20-加注系统；30-冷却水系统；31-回液管；32-送液管；33-流量检测器；34-温度检测器；35-冷冻水机组；40-冷液容器；41-冷液进口；42-冷液出口；43-连接凸起；44-螺旋盘管；45-氢气进口；46-氢气出口；47-氢气内部盘管；48-氢气外部管道；49-冷液输出管道；50-气体输入管；60-气体输出管；61-流量计；62-开关阀；63-限流器；64-放散阀；70-控制器；81-内接头；811-连接段；82-卡帽；83-卡环；831-内卡环；832-外卡环；833-环形卡槽；91-螺纹卡环；92-螺帽；93-内锥面；100-弯头。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

实施例基本如图1和图2所示：本实施例提供了一种氢气加注换热一体机，其将氢气冷却装置集成在加氢机上，用于冷却进气系统10到加注系统20之间的高温高压氢气，设备集成度高；其包括进气系统10、加注系统20以及设于进气系统10与加注系统20之间的冷却装置，冷却装置包括冷却水系统30和冷液容器40，该冷液容器40固定安装在加氢机的机柜内，冷液容器40上设置有与冷却水系统30连通的冷液进口41和冷液出口42，以使冷液在冷却水系统30和冷液容器40之间循环流动；本实施例冷液容器40为筒形柱状结构，其包括两端的圆形侧壁面与其中部的环形侧壁面，且两端的圆形侧壁面与其中部的环形侧壁面焊接；冷液容器40的环形侧壁面呈竖直安装在机柜内侧壁上，且其冷液进口41和冷液出口42位于下端圆形侧壁面；在冷液容器40内设置有螺旋盘管44，螺旋盘管44沿冷液容器40轴向绕设于冷液容器40内，且螺旋盘管44的两端分别沿其螺旋切线方向穿过冷液容器40的两端并与冷液容器40密封连接，螺旋盘管44的两端分别设置有氢气进口45和氢气出口46，氢气进口45通过气体输入管50与进气系统10相连通，氢气出口46通过气体输出管60与加注系统20相连通。

作为本实施例的优选方案，上述冷液容器40中部的环形侧壁和两端的圆形侧壁内均设置有绝热层，绝热层可以为真空层或由填充在冷液容器40壁内的绝热材料构成，而将冷液容器40结构设计为筒形柱状，可便于在冷液容器40壁的内层与外层之间充填真空，其结构设计巧妙合理。

请结合图1至图2所示，本实施例冷却水系统30的进液口通过回液管31与冷液容器40的冷液出口42相连通，冷却水系统30的出液口通过送液管32与冷液容器40的冷液进口41相连通，回液管31上设置有流量检测器33和温度检测器34，气体输出管60上设置有流量计61；冷却水系统30、流量检测器33、温度检测器34以及流量计61均连接在控制器70上，流量检测器33具体选用现有技术中的流量开关，温度检测器34具体选用现有技术中的温度传感器，其具体结构及安装方式均为现有技术，并不为本公开的发明点，故在此不作赘述；如此回液管31上流量检测器33的设计可用于检测冷却水系统30中的冷液是否在循环流动，若存在异常情况则停止加氢机；回液管31上的温度检测器34用于检测冷液容器40冷液出口42热交换后的冷液温度是否处于控制器70内设定的正常温度阂值，其将若存在异常情况则停止加氢机；气体输出管60上设计的流量计61自带温度检测功能，可用于检测经冷却装置冷却后的氢气介质温度及流量是否处于控制器70设定条件下的正常阂值，若存在异常情况则停止加氢机；利用控制器70控制冷却水系统30中冷冻水机组35功率及进出液流量，以使热交换后的冷液温度计流量达到合理的范围，严格控制气体输出管60道内冷却后的氢气温度达到合理的范围。

本实施例中在气体输出管60上设置有开关阀62，开关阀62优选为高压电磁阀；并且开关阀62设计在氢气输送系统中冷液容器40后面的气体输出管60上相对于设计在气体输入管50上，当加注系统20需要检修时，不会造成冷液容器40里面的氢气被放掉而浪费，其存储在冷液容器40内，在加注系统20检修完成后可顺利进入加注系统20进行有效利用，可有效避免能源浪且防止对环境造成影响，该结构设计巧妙合理；本实施例在气体输出管60还设置有放散结构，如图6所示，放散结构包括限流器63和放散阀64；限流器63具体可以选择孔板限流器，放散阀64具体可以选择自动放散阀；当然上述仪器选择仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，放散结构位于气体输出管60道靠近加注系统20一侧，如此放散结构的配合设计在设备检修自动放散时，可有效降低放散速度，进而解决由开关阀62打开由流量大而造成的啸叫声音。

请结合图3至图6所示，由申请人分析可知，现有矩形结构的冷液容器40非常容易出现变形鼓包现象是由于冷液容器40内冷液介质各处压强相同的情况下，其每侧面积不同而导致不同面积下受力不同，进而非常容易出现变形鼓包，且矩形结构的冷液容器40内直角形式的焊接缝其结构导致容纳的冷液有限，进而导致气态氢预冷受限；如此本实施例冷液容器40取消了现有矩形结构冷液容器40直角形式的焊接缝，可有效防止冷液容器40内由冷液应力集中而产生鼓包的现象，其结构设计更加稳定可靠，进而有效提高冷液容器40的使用寿命。

冷液进口41和冷液出口42位于冷液容器40下端的端面；本实施例螺旋盘管44沿冷液容器40轴向绕设于冷液容器40内，且螺旋盘管44的两端分别沿其螺旋切线方向穿过冷液容器40的两端并与冷液容器40密封连接，螺旋盘管44的上端设置有氢气进口45，螺旋盘管44的下端氢气出口46，以使高温气态氢沿氢气进口45进入螺旋盘管44内，冷液围绕螺旋盘状设计的氢气输送管道实现均匀冷却。具体地，本实施例螺旋盘管44以冷液容器40中心轴向线为中心线均匀绕设在冷液容器40内侧并与冷液容器40内壁处于分离状态，增加了内部氢气输送管道和容器冷液的热交换面积，以使螺旋盘管44内的氢气介质可与冷液容器40内的冷液介质更加充分地进行热交换，并根据不同的导程角和螺旋角进行组合，可得到任意热换比，以更多的差异化变量进行扩展设计应用于不同的环境，其中螺旋盘管44包括至少一节沿冷液容器40轴向依次螺旋排列设置的氢气内部盘管47，氢气内部盘管47的数量为N，且1≤N≤10，根据氢气加注换热一体机应用于不同的环境，一般氢气内部盘管47的数量设计为1≤N≤10但不限于此，本实施例螺旋盘管44以提供四节氢气内部盘管47为例，可有效满足气态氢的预冷标准，并可有效保证换热器的结构强度，具有较好的实用性；同样冷液容器40的内部空间根据螺旋盘管44长度进行灵活的调整，氢气内部盘管47越长其换热面积越大，换热效率越高。

在相邻两节氢气内部盘管47之间对应安装有一氢气外部管道48，氢气外部管道48设于冷液容器40外侧，相邻两节氢气内部盘管端部分别穿过冷液容器与氢气外部管道的两端连通，以使四节氢气内部盘管47连通，由此氢气外部管道48外部的设计不仅可有效连通四节氢气内部盘管47，以保证氢气介质沿螺旋盘管44有序流通，且可有效保证氢气内部盘管47的沿冷液容器40内安装的稳定性，以使整个换热器结构具有更好的结构强度；由于氢气外部管道48的设计，冷液容器40内侧的螺旋盘管44可在无盘旋结构的情况下稳定的设于冷液容器40中部，以利于两种介质充分进行热交换，热交换效率更高；同时，为充分满足气态氢的预冷标准，氢气内部盘管47的螺旋角为10-25°，根据申请人多次实验，将氢气内部盘管47的螺旋角设计为10-25°，可得到冷液容器40内容纳的气态氢能够充分满足气态氢的预冷标准，且相对现有技术同样的冷液容器40可容纳更多的气态氢，在同样加注时间内可加更多的氢气，以提高氢气充装加注效率。

同时，在冷液容器40的外侧壁上设置有连接凸起43，连接凸起与冷液容器40密封固定连接，其具体密封固定的形式可以选用焊接或一体成型，本实施例连接凸起与冷液容器密封固定形式优选为焊接；且连接凸起沿冷液容器外侧延伸的横截面呈圆形状，具体地，在冷液容器40的上端和下端各设置有一连接凸起43，以使螺旋盘管44的两端均通过连接凸起43穿过冷液容器40侧壁并与其密封连接；相邻两节氢气内部盘管在冷液容器外侧对应设置有一对连接凸起43，以使氢气内部盘管通过连接凸起43穿过冷液容器40侧壁并与氢气外部管道连接，连接凸起43将氢气内部盘管固定在冷液容器40内。

由于螺旋管材的长度限制，使得螺旋盘管不能做成长管，并需通过焊接或其他连接件进行固定；且由于冷液介质在螺旋盘管外侧流动，高压氢气介质在螺旋盘管内侧流动，很容易使其产生震动，进而导致相邻两节氢气内部盘管连接不稳定而漏气；同时经申请人分析发现，由于氢气与输送氢气的高压管材接触时会发生氢气渗透腐蚀现象，若两相邻输送氢气的氢气内部盘管采用焊接方式，对焊接部位渗透腐蚀严重，进而容易造成焊缝脆裂的技术问题；如此将氢气外部管道48设于冷液容器40外侧，并通过连接凸起43进行加固，进而在延伸出冷液容器外侧的氢气内部盘管与连接凸起的连接处设置有第一密封结构，以使氢气内部盘管与冷液容器形成密封连接；且氢气内部盘管与氢气外部管道的连接处设置有第二密封结构，具体地，氢气外部管道的两端分别通过弯头与相邻两节氢气内部盘管连通，在弯头与氢气外部管道以及氢气内部盘管端部的连接处均设置有第二密封结构，以使两相邻氢气内部盘管延伸出冷液容器外侧的端部与氢气外部管道形成密封连接，用以保证相邻两节氢气内部盘管连通的密封性，不容易产生漏气现象并易于发现是否有氢气泄漏现象，便于漏气检修及维护。

如图5和图6所示，本实施例提供的第一密封结构包括内接头81和卡帽82，内接头81安装在连接凸起上，内接头81穿过冷液容器与连接凸起焊接固定，氢气内部盘管的端部通过内接头81穿过连接凸起延伸至冷液容器外侧，卡帽82套设在氢气内部盘管上并沿冷液容器内部方向移动与内接头81卡紧形成密封，且内接头81沿连接凸起外侧延伸设置有一定长度的连接段811，用以增强对其内部设置的氢气内部盘管固定作用，同时连接段811的设计也具有吸振作用，以进一步减缓冷液容器内部氢气内部盘管由于高压氢气及冷液流动而产生的振动，该密封结构设计巧妙合理；具体地，在卡帽82内侧的底部设置有一卡环83，卡环83设于卡帽82和氢气内部盘管之间且其内侧与氢气内部盘管相抵，内接头81的连接段811延伸至卡帽82内并与卡环83卡紧形成密封；具体地，卡环83具体为双卡环结构，其包括内卡环831和外卡环832，连接段811端部延伸插入至内卡环831内，以使内卡环831与外卡环832相卡紧，且内卡环831在卡帽拧紧过程中卡入连接段811端部外壁上卡形成固定连接；在内卡环831靠近外卡环832一侧具有一环形卡槽833，内卡环831和外卡环832在卡紧后，外卡环832嵌入到内卡环831的环形卡槽833内；由于内接头靠近氢气内部盘管一侧设置为锥面，从而内卡环831卡紧内接头靠近氢气内部盘管47一侧的配合面为锥面；由于卡帽内侧相对氢气内部盘管47设置为锥面，从而外卡环832远离内接头81一侧与卡帽的配合面为锥面，以使内卡环831和外卡环832在卡帽旋入拧紧过程中可有效卡紧氢气内部盘管，并与内接头81和卡帽82形成锥面密封。如此第一密封结构在卡帽82拧紧过程中既可以卡紧氢气内部盘管，也可以达到较好的密封效果，该结构设计巧妙合理。

本实施例提供的第二密封结构包括螺纹卡环91和螺帽92，在弯头100的两端端部均设有一内锥面93，氢气内部盘管47端面设有与内锥面93相适配的外锥面，螺纹卡环91拧入氢气内部盘管47端部并通过螺帽92固定在氢气内部盘管47上，螺帽92压紧螺纹卡环91使氢气内部盘管47的外锥面与弯头内锥面93相配合，以使氢气内部盘管47延伸出冷液容器40外侧的端部与弯头100形成密封连接；同理，在氢气外部管道48的两端设置有与弯头100端部内锥面配合的外锥面，螺纹卡环91拧入氢气外部管道48端部并固定在氢气外部管道48上，螺帽92压紧螺纹卡环91使氢气外部管道48的外锥面与弯头100内锥面相配合，以使相邻两氢气内部盘管47延伸出冷液容器40外侧的端部通过氢气外部管道48和弯头100形成密封连接；在安装前对氢气内部盘管47延伸出冷液容器外侧的端部以及氢气外部管道48的两端进行螺纹加工和锥面加工；安装过程中先将螺帽92套在氢气内部盘管47和氢气外部管道48上，再拧入内螺纹卡环91，最后拧入螺帽92压紧螺纹卡环91使氢气内部盘管47和氢气外部管道48的外锥面抵紧弯头100的内锥面以形成氢气密封，保证氢气内部盘管47的密封性，操作便捷且连接可靠。

由上所述，本实施例冷液容器内螺旋盘管中取消了相邻两氢气内部盘管采用焊接的对接方式，可有效防止氢气在冷液容器内泄漏混合于冷液中传到其他设备造成安全隐患；同时密封结构设计可对氢气内部盘管具有更好的支撑作用，用以减缓冷液容器内部氢气内部盘管由于高压氢气及冷液流动而产生的振动，以使整个换热器具有更好结构强度，稳定性好，即螺旋盘管中两相邻氢气内部盘管延伸出冷液容器外侧端部对应设置有一组连接凸起并配置有一组密封结构，解决氢气内部盘管材长度限制，以使螺旋盘管可根据不同的导程角和螺旋角进行任意组合，可得到任意热换比，保证氢气介质的制冷效果，进而设计的低温换热器可以更多的差异化变量进行扩展设计应用于不同的环境，在现场实践中具有较好的实用性。

如图7所示，为使得两种介质热交换更加充分更有利，本实施例提供的冷液容器40内的冷液介质与螺旋盘管44内的氢气介质流向方向相反，以使氢气介质与冷液介质在冷液容器40内形成对冲热交换模式，在同样的容积状态下得到更高的热交换效率，具体地，冷液进口41和冷液出口42位于冷液容器40下端端部，氢气出口46靠近冷液进口41一侧；如此冷液进口41和冷液出口42的位置设计便于配置冷液的输入及输出，利用控制其流动速度，利于冷液介质与氢气介质进行充分的热交换，该结构简单，操作便捷；另一方面氢气出口46靠近冷液进口41一侧设计，可更好的保证热交换后的氢气处于最低温度的状态，达到高效的热交换效果。另一方面，沿冷液容器40的中心轴向线方向设置有冷液输出管道49，冷液输出管道49靠近氢气入口的上端位于冷液容器40内，冷液输出管道49靠近氢气出口46的下端穿过冷液容器40并沿其外侧延伸形成冷液出口42，如此可使氢气介质与冷液介质在冷液容器40内形成对冲热交换模式，最大限度提高两种介质热交换效率。

本实施例的具体实施方式为：进气系统10输出的高温高压气体通过气体输入管50进入冷却装置冷液容器40内的螺旋盘管44中，并依次经过四节氢气内部盘管47与冷液容器40内的冷液介质进行对冲热交换；热交换后的氢气通过气体输出管60进入加注系统20；而经过换热后的冷液介质经冷液容器40内的冷液输出管道49输出，再经过回液管31进入冷却水系统30的冷冻水机组35内，冷却系统内的冷液通过冷冻水机组35提供冷能，冷冻水机组35将回液管31内吸收热量后的冷液引入冷却水系统30内进行降温冷却后，再通过送液管32将冷却到合适温度的冷液输送至冷液容器40内，并沿冷液容器40四周由下而上扩散流动，与螺旋盘管44内由上而下输送的氢气进行对冲热交换，热交换后的冷液再由对冲热交换冷液容器40中部的冷液输出管道49输出，如此以使冷液在冷却水系统30和冷液容器40之间循环流动，保证螺旋盘管44内氢气介质的制冷效果。

同时通过回液管31上的温度检测器34和流量检测器33保证热交换后的冷液温度及流量符合换热要求，冷冻水机组35内设置有动力泵，冷液在动力泵的作用下保持在冷却水系统30和冷液容器40内循环流动，通过控制器70控制冷冻水机组35和动力泵的功率及进出液流量，以使气体输出管60内输出的氢气温度达到合理范围，进而进入加注系统20进行加注。

综上所述，本实施例氢气加注换热一体机冷却装置可有效替代现有水冷装置设计，以使冷却水系统30和冷液容器40构成循环流动的方式，能够使得冷液介质始终保持低温状态与氢气介质进行热交换，可有效避免冷液介质在热交换过程中因温度升高而导致后续热交换效率下降的技术问题，进而提高热交换效率，保证螺旋盘管44内氢气介质的制冷效果；且冷液容器40应用于加氢机集成安装，无需在加氢机外部额外增设预冷器，相应的减少了外部预冷器安装所需土建基坑、外部管道及管道附件、管道支架焊接等一系列的工作，设备集成度高，减少设备现场占地面积，可有效降低投资成本及现场施工工作量，具有较好的实用性，适合在现场实践中推广应用。

本实施例冷却装置冷液容器40采用筒形柱状结构设计，其两端没有直角形式的焊接缝，可有效防止冷液容器40内由于冷液应力集中而产生鼓包的现象，其结构设计更加稳定可靠，进而有效提高氢气加注换热一体机的使用寿命；同时筒形柱状结构的冷液容器40可避免现有矩形结构冷液容器40形式的死角空间，其保温填充更加均匀，冷液冷量损失更少，以利于对氢气进行预冷；其中螺旋盘管44可采取不同的导程角和螺旋角进行组合，可得到任意热换比，以更多的差异化变量进行扩展设计应用于不同的环境；在同样冷液容器40的内部空间对螺旋盘管44进行灵活的调整，按照需求组装氢气内部盘管47，满足气态氢的预冷标准，换热器的结构强度高；同时氢气介质与冷液介质在冷液容器40内形成对冲热交换模式，以使两种介质热交换更加充分更有利，在同样的容积状态下得到更高的热交换效率。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，其不同之处在于：如图8所示，本实施例提供了一种氢气加注换热一体机，包括实施例中两组进气系统10、两个冷液容器40以及两组加注系统20，每个进气系统10分别经过其中一个冷液容器40与其中一个加注系统20连通，且两个冷液容器40的冷液进口41分别通过送液管32与冷却水系统30的出液口连通，两个冷液容器40的冷液出口42分别通过回液管31与冷却水系统30的进液口连通；其中本实施例每条气体输入管50道的输入端对应连接有一组进气系统10中三条并列设置的高压进气管路，两组进气系统10位于加氢机的机柜内并采用上下左右错开分层设置，进气系统10采用分层布置可保证管路布置整洁；两个冷液容器40呈竖直并排安装在机柜内右侧壁上，设备集成度高，安装合理紧凑。

由上所述，本实施例提供的氢气加注换热一体机能够有效解决两组进气系统10与加注系统20之间高温高压氢气的换热问题，可有效提高氢气热交换效率，同时两个冷液容器40集成在加氢机机柜内并采用两组分层安装的进气系统10分别接入两个冷液容器40，减少管路的同时使得管路布置整洁，相应的减少了外部预冷器安装所需土建基坑、外部管道及管道附件、管道支架焊接等一系列的工作，设备集成度高，减少设备现场占地面积，并可有效降低投资成本及现场施工工作量；同时本实施例氢气加注换热一体机具有两组加注系统，可成倍提高加氢机的加注效率，在实践过程中具有更好的实用性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.氢气加注换热一体机，其特征在于：包括进气系统、加注系统以及设于进气系统与加注系统之间的冷却装置，所述冷却装置包括冷却水系统和冷液容器，所述冷液容器上设置有与所述冷却水系统连通的冷液进口和冷液出口，以使冷液在冷却水系统和冷液容器之间循环流动；所述冷液容器为筒形柱状结构，在所述冷液容器内设置有螺旋盘管，所述螺旋盘管沿冷液容器轴向绕设于所述冷液容器内，且所述螺旋盘管的两端分别沿其螺旋切线方向穿过冷液容器的两端并与冷液容器密封连接，所述螺旋盘管的两端分别设置有氢气进口和氢气出口，所述氢气进口通过气体输入管与进气系统相连通，所述氢气出口通过气体输出管与加注系统相连通。

2.根据权利要求1所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：所述冷却装置中的冷液容器设置在加氢机的机柜内。

3.根据权利要求1所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：所述螺旋盘管包括至少一节沿冷液容器轴向依次螺旋排列设置的氢气内部盘管，所述氢气内部盘管的数量为N，且1≤N≤10。

4.根据权利要求3所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：当氢气内部盘管的数量N≥2时，相邻两节氢气内部盘管之间对应设置有一氢气外部管道，所述氢气外部管道设于所述冷液容器外侧，相邻两节氢气内部盘管端部分别穿过冷液容器与氢气外部管道的两端连通，以使多节氢气内部盘管相连通。

5.根据权利要求4所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：所述冷液容器的外侧壁上设置有连接凸起，所述连接凸起与冷液容器密封固定连接，氢气内部盘管通过所述连接凸起穿过所述冷液容器侧壁，所述连接凸起将氢气内部盘管固定在冷液容器内。

6.根据权利要求1所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：所述冷液容器内的冷液介质与螺旋盘管内的氢气介质流向方向相反；所述冷液进口和冷液出口位于所述冷液容器同一侧端部，沿所述冷液容器的中心轴向线方向设置有冷液输出管道，所述冷液输出管道靠近所述氢气出口的一端穿过冷液容器并沿其外侧延伸形成冷液出口，所述螺旋盘管的氢气出口靠近所述冷液进口及冷液出口一侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：所述冷却水系统的进液口通过回液管与冷液容器的冷液出口相连通，所述冷却水系统的出液口通过送液管与冷液容器的冷液进口相连通，所述回液管上设置有流量检测器和温度检测器，所述气体输出管上设置有流量计；所述冷却水系统、流量检测器、温度检测器以及流量计均连接在控制器上。

8.根据权利要求7所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：所述气体输出管上配置有开关阀，所述开关阀位于气体输出管靠近冷液容器一侧。

9.根据权利要求8所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：所述气体输出管上还设置有放散结构，所述放散结构包括限流器和放散阀；所述放散结构位于气体输出管靠近加注系统一侧。

10.根据权利要求7所述的氢气加注换热一体机，其特征在于：包括两组进气系统、两个冷液容器以及两组加注系统，每个所述进气系统分别经过其中一个冷液容器与其中一个加注系统连通，且两个冷液容器的冷液进口分别通过送液管与冷却水系统的出液口连通，两个冷液容器的冷液出口分别通过回液管与冷却水系统的进液口连通，两组进气系统位于加氢机的机柜内分层设置。

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