CN111765064A - 氢气压缩机快速启动及停机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氢气压缩机快速启动及停机系统，输油管经液压泵、单向阀、液压滑阀的油路A与氢气压缩机压缩缸的油口A相连；氢气压缩机压缩缸的油口B经输油管、液压滑阀的油路B、油箱换热器、液压油过滤器返回油箱；其还包括一快速启动支路，该快速启动支路包括电磁卸荷阀和溢流阀；输油管经液压泵后一路经单向阀、液压滑阀与压缩缸的油口相连，另一路经溢流阀、电磁卸荷阀返回油箱。在启动氢气压缩机前，打开电磁卸荷阀和溢流阀，使液压泵处于空载状态，启动驱动液压泵的电机；待电机启动完成后，关闭电磁卸荷阀和溢流阀使液压泵进入增压模式，启动氢气压缩机，使氢气压缩机实现快速启动的目的。

Description

氢气压缩机快速启动及停机系统

技术领域

本发明涉及加氢站内氢气压缩机在停机状态下快速启动及运行状态下快速停机的系统。

背景技术

氢气作为一种新兴的汽车燃料具有对空气污染小、热效率高、来源丰富、经济等优点，为解决传统的燃油汽车对空气造成的污染，近年来国家大力发展氢燃料电池汽车。为解决氢燃料电池汽车续航的问题，国家有计划在各地方兴建加氢站。

加氢站是给氢燃料电池汽车提供氢气的燃气站，目前，国内加氢站供应的氢气主要为高压氢气。氢气来源于外供氢气(由拖罐车运至加氢站)或现场制氢。加氢的过程是：外供氢气或现场制造的氢气先通过氢气压缩机向站用储氢瓶组输送高压氢气，再通过加氢机利用站用储氢瓶组与车载储氢瓶间的压力差向车载储氢瓶加氢。

由于我国加氢站的建设、使用刚刚起步，目前国内加氢站在使用过程中存在的主要问题是：氢气压缩机启动速度慢，能源消耗大，用户车辆加氢等待时间长，加氢效率低，阻碍氢燃料电池汽车的发展。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种氢气压缩机快速启动及停机系统，该系统可使氢气压缩机在停机状态下快速启动以及运行状态下快速停机，减少氢气压缩机能源消耗，缩短用户加氢时间，提高加氢效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种氢气压缩机快速启动及停机系统，其特征在于：其包括隔离式液压氢气压缩机、液压滑阀、单向阀、液压泵、电机和油箱；

输油管Ⅰ的一端插入所述油箱内，另一端经所述液压泵、单向阀、液压滑阀的油路A与所述氢气压缩机压缩缸的油口A相连；所述氢气压缩机压缩缸的油口B经输油管Ⅱ、所述液压滑阀的油路B、油箱换热器、液压油过滤器返回所述油箱；

其还包括一快速启动/停机支路，该快速启动/停机支路包括电磁卸荷阀和溢流阀；所述输油管Ⅰ经所述液压泵后一路经所述单向阀、液压滑阀与所述氢气压缩机压缩缸的油口A相连，另一路经所述溢流阀、电磁卸荷阀返回所述油箱；

在启动氢气压缩机前，只打开所述电磁卸荷阀和溢流阀，使所述液压泵处于空载状态，启动驱动所述液压泵的所述电机，使所述电机空载启动；待所述电机启动完成后，立即关闭所述电磁卸荷阀和溢流阀，打开所述液压滑阀，所述液压泵进入增压模式，液压油经所述液压泵、单向阀、液压滑阀流经所述氢气压缩机内的压缩缸返回所述油箱，通过所述氢气压缩机压缩缸内活塞的往复运动压缩氢气；

当系统接到停机信号时，先打开所述电磁卸荷阀，使所述液压泵处于空载状态，1秒后切断所述电机电源，使所述电机在空载状态下停止运转后，再关断所述液压滑阀停止油路切换，接着1秒后关闭所述氢气压缩机的入口气动阀和出口气动阀，切断所述氢气压缩机电源实现快速停机。

在本发明较佳实施例中，所述氢气压缩机快速启动及停机系统还包括电磁换向阀、换向模块和位移传感器；

所述位移传感器设置在所述氢气压缩机压缩缸的端部，用于感测所述氢气压缩机压缩缸内活塞的位移，所述位移传感器的信号输出端与所述换向模块的信号输入端相连；

所述换向模块的控制信号输出端与所述电磁换向阀的控制端相连，所述电磁换向阀的控制信号输出端与所述液压滑阀的控制端相连。

在本发明较佳实施例中，驱动所述液压泵的电机额定输出功率≤60KW，为电机供电的变压器二次侧输出容量≥200KVA。

附图说明

图1是本发明氢气压缩机快速启动及停机系统结构示意图；

图2为本发明另一实施例系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

如图1所示，本发明公开的氢气压缩机快速启动及停机系统包括隔离式氢气压缩机1、液压滑阀2、单向阀3、液压泵4、电机5和油箱6。输油管7的一端插入油箱6内，另一端经液压泵4、单向阀3、液压滑阀2的油路A与氢气压缩机1压缩缸11的油口A相连；氢气压缩机1压缩缸的油口B经输油管8、液压滑阀2的油路B、油箱换热器9、液压油过滤器10返回油箱6。

启动电机5，电机5驱动液压泵4工作，将油箱6内的液压油经输油管7、单向阀3、液压滑阀2的油路A输送至氢气压缩机的压缩缸11内，驱动压缩缸内的活塞12往复运动，压缩氢气，压缩缸11内的液压油经输油管8、液压滑阀2的油路B、油箱换热器9、液压油过滤器10返回油箱6。

为控制氢气压缩机1压缩缸11内活塞12的往复运动，如图1所示，本发明还包括电磁换向阀13、换向模块14和位移传感器15。位移传感器15设置在氢气压缩机压缩缸11的端部，用于感测缸内活塞12的位移，位移传感器15(例如深圳市信为科技发展有限公司生产的型号SOMSE-0500-S01P-MEPS-2XXX系列)的信号输出端与换向模块14(西门子公司生产的模块EN231)的信号输入端相连，换向模块的控制信号输出端与电磁换向阀13的控制端相连，电磁换向阀13的控制信号输出端与液压滑阀2的控制端相连。

本发明通过位移传感器15感测压缩缸内活塞12的往复运动位移量，传输给换向模块14，换向模块14根据设定的活塞往复运动位移量，控制电磁换向阀13的切换，再通过电磁换向阀13控制液压滑阀2两条油路的切换，进而控制压缩缸内活塞12的往复运动位移量，实现对氢气的压缩输出。

为实现氢气压缩机快速启动，如图1所示，本发明还包括一快速启动及停机支路，该快速启动及停机支路包括电磁卸荷阀16和溢流阀17。输油管7经液压泵4后一路经单向阀3、液压滑阀2与氢气压缩机压缩缸的油口A相连，另一路经溢流阀17、电磁卸荷阀16返回油箱6。在启动氢气压缩机1前，先关闭电磁换向阀13、液压滑阀2，只打开电磁卸荷阀16和溢流阀17(此时溢流阀17处于释放模式)；然后，启动驱动液压泵4的电机5，使驱动液压泵的电机5空载启动，即液压泵4处于空载状态，失去加压做功能力；待电机5启动完成后，关闭电磁卸荷阀16、溢流阀17(此时溢流阀17处于防超压保护模式)，打开电磁换向阀13和液压滑阀2，液压泵进入增压模式，液压油经液压泵4、单向阀3、液压滑阀2流经氢气压缩机内的压缩缸返回油箱6，通过压缩缸内活塞12的往复运动压缩氢气。

本发明通过控制各阀门的关断、打开顺序，使驱动液压泵4的电机5空载启动，进而使液压式氢气压缩机可以在极短时间内快速启动，实现氢气压缩机的快速启动目的。为实现氢气压缩机的快速启动，本发明选用的液压泵为恒功率液压泵，驱动液压泵的电机额定输出功率≤60KW，为电机供电的变压器二次侧输出容量为≥200KVA。

在本发明具体实施例中，所述驱动液压泵工作的电机5的额定输出功率为22KW，额定输出电流为39.8A，启动电流为91A，电磁卸荷阀16的关闭时间0.1秒，隔离式氢气压缩机氢气入口气动阀打开时间为0.15秒，氢气出口气动阀打开时间为0.15秒。驱动液压泵工作的电机5启动后，氢气压缩机3秒即进入压缩状态，电机5电流平稳，氢气压缩机入口压力范围20～200Bar，出口排气压力450bar，大大提高氢气压缩机的工作效率，减少氢气压缩机空载时间，降低电能消耗，同时也缩短客户的加氢等待时间，减轻客户等待心理，提高加氢站运营效率

为保证液压式氢气压缩机安全运行，本发明还设有用于监测油箱温度的温度传感器18、监测油箱液压油液位的液位传感器19，监测电磁换向阀液压压力的压力变送器20。传感器的信号输出端连接一指示灯和一报警器，当系统运行过程中，出现异常情况时，报警，切断液压泵驱动电机和氢气压缩机电源，停止工作。

本发明可以手动控制电机5、电磁卸荷阀16、溢流阀17的动作，也可以通过PLC可编程控制器控制。如通过PLC可编程控制器控制时，可将温度传感器、液位传感器等监测传感器的信号输出端与PLC可编程控制器的信号输入端相连，将PLC可编程控制器的控制信号输出端分别与电机5控制端、电磁卸荷阀16控制端、溢流阀17控制端相连。当系统出现故障时，例如油箱温度过高、油箱内液压油低压最低油位等，PLC可编程控制器立即输出控制信号，停止电机5运转，切断液压式氢气压缩机压缩缸油路，使氢气压缩机停止工作。在氢气压缩机启动前，打开电磁卸荷阀16和溢流阀17，使驱动液压泵的电机5空载启动，待电机5空载启动后，关闭溢流阀17和电磁卸荷阀16，使氢气压缩衣压缩缸内活塞在液压油的驱动下往复运动，压缩氢气。

当系统接到停机信号时，系统首先把电磁卸荷阀16打开，使液压泵4处于空载状态，1秒后切断电机5电源，使电机5在空载状态下停止运转，同时关断电磁换向阀13和液压滑阀2停止油路切换工作，接着1秒后关闭氢气压缩机的入口气动阀和出口气动阀，氢气压缩机2的电源，氢气压缩机2秒即可实现快速停机。

图2为本发明另一实施例系统结构示意图。当加氢站设计规模较大时，为缩短用户加氢时间，可设计两套相互独立的氢气压缩机快速启动系统，两套系统可以同时启动，可以单套独立启动，还可以两套顺序启动。

本发明通过增设快速启动/停机支路，在氢气压缩机启动前，先使驱动液压泵工作的电机空载启动，再启动氢气压缩机，从而使氢气压缩机实现快速启动；在准备将氢气压缩机停机时，先打开电磁卸荷阀，使液压泵处于空载状态，1秒后切断电机电源，使电机在空载状态下停止运转后，再关断电磁换向阀、液压滑阀停止油路切换，接着1秒后关闭氢气压缩机的入口气动阀和出口气动阀，切断氢气压缩机电源，氢气压缩机2秒即可实现快速停机。本发明的优点是：氢气压缩机启动、停机快，减少氢气压缩机的能源消耗，缩短加氢时间，提高加氢效率。本发明使氢气压缩机的启动速度比传统的隔膜压缩机快约3分钟。空载时间短，节约电能。相比隔膜压缩机缩短了加氢时间、提高加氢站运营效率。

由于本发明通过增设的快速启动/停机支路使氢气压缩机快速启动、进入增压状态，与传统的隔膜式氢气压缩机相比无需外置缓冲罐和回收罐，减少加氢站占地面积和设计院工作量，降低加氢站经营者的安装成本费用，缩短建设周期，运营中降低压缩机启动电流，最小达到2.5Ie。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种氢气压缩机快速启动及停机系统，其特征在于：其包括隔离式液压氢气压缩机、液压滑阀、单向阀、液压泵、电机和油箱；

输油管Ⅰ的一端插入所述油箱内，另一端经所述液压泵、单向阀、液压滑阀的油路A与所述氢气压缩机压缩缸的油口A相连；所述氢气压缩机压缩缸的油口B经输油管Ⅱ、所述液压滑阀的油路B、油箱换热器、液压油过滤器返回所述油箱；

其还包括一快速启动/停机支路，该快速启动/停机支路包括电磁卸荷阀和溢流阀；所述输油管Ⅰ经所述液压泵后一路经所述单向阀、液压滑阀与所述氢气压缩机压缩缸的油口A相连，另一路经所述溢流阀、电磁卸荷阀返回所述油箱；

在启动氢气压缩机前，只打开所述电磁卸荷阀和溢流阀，使所述液压泵处于空载状态，启动驱动所述液压泵的所述电机，使所述电机空载启动；待所述电机启动完成后，立即关闭所述电磁卸荷阀和溢流阀，打开所述液压滑阀，所述液压泵进入增压模式，液压油经所述液压泵、单向阀、液压滑阀流经所述氢气压缩机内的压缩缸返回所述油箱，通过所述氢气压缩机压缩缸内活塞的往复运动压缩氢气；

当系统接到停机信号时，先打开所述电磁卸荷阀，使所述液压泵处于空载状态，1秒后切断所述电机电源，使所述电机在空载状态下停止运转后，再关断所述液压滑阀停止油路切换，接着1秒后关闭所述氢气压缩机的入口气动阀和出口气动阀，切断所述氢气压缩机电源实现快速停机。

2.根据权利要求1所述的氢气压缩机快速启动及停机系统，其特征在于：其还包括电磁换向阀、换向模块和位移传感器；

所述位移传感器设置在所述氢气压缩机压缩缸的端部，用于感测所述氢气压缩机压缩缸内活塞的位移，所述位移传感器的信号输出端与所述换向模块的信号输入端相连；

所述换向模块的控制信号输出端与所述电磁换向阀的控制端相连，所述电磁换向阀的控制信号输出端与所述液压滑阀的控制端相连。

3.根据权利要求2所述的氢气压缩机快速启动及停机系统，其特征在于：驱动所述液压泵的电机额定输出功率≤60KW，为电机供电的变压器二次侧输出容量≥200KVA。

4.根据权利要求3所述的氢气压缩机快速启动及停机系统，其特征在于：其还设有用于监测所述油箱温度的温度传感器、监测所述油箱液压油液位的液位传感器，监测所述电磁换向阀液压压力的压力变送器。

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