CN111810836A - 一种氢能源发电装置的在线加氢系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢能源发电装置的在线加氢系统，涉及氢能源设备的技术领域。一种氢能源发电装置的在线加氢系统包括加氢单元、至少两组对发电装置进行供氢的供氢单元、至少两路与供氢单元相对应的储氢单元和对加氢单元、供氢单元、储氢单元进行氢气进出控制的控制单元，所述的加氢单元与储氢单元相连通，加氢单元连接外部的氢气设备对储氢单元加氢，所述的储氢单元与供氢单元相连通，供氢单元连接外部的发电装置，储氢单元通过供氢单元对发电装置供氢。本发明加氢单元、供氢单元及两路以上的储氢单元的设置，实现氢能源车正常带电工作时在线加氢，实现长时间、不间断的给负载供电，保证氢能源发电车不间断供电的情况下加氢的安全性，适用范围广。

Description

一种氢能源发电装置的在线加氢系统
技术领域
本发明涉及氢能源设备的技术领域，尤其是涉及一种氢能源发电装置的在线加氢系统。
背景技术
氢燃料电池技术是近年来新兴的一门技术，目前主要应用于氢能源电动汽车、通讯行业及小容量备用电源行业。氢能源发电系统采用储氢单元内存储的压缩氢气做为燃料通过氢燃料电池发电。
专利公告号为CN 202624617 U的中国专利申请公开了一种船舶电池动力装置，包括：操控系统、氢能源发电系统和动力输出系统组成，所述操控系统控制所述动力输出系统输出动力推动船舶运动/停止，所述氢能源发电系统为所述动力输出系统提出电能。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：只有一个储氢罐，无法满足大容量发电系统的供电时长，而且连续发电时间仍然受限。
同时，氢燃料电池发电过程中无法实现在线加氢，当储氢单元内氢气燃料缺少需要加氢时，储氢罐内气体会在加氢的过程中温度升高，如果同时给氢燃料电池供氢，会产生安全问题，必须在停止发电、停止给负载供电后进行加氢，加氢后再重新启动继续发电，由于氢能源发电装置预留的储氢单元空间有限，在储氢量一定的情况下无法实现长时间给负载连续供电。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能够在对发电装置供氢的同时进行加氢的氢能源发电装置的在线加氢系统。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种氢能源发电装置的在线加氢系统，包括加氢单元、至少两组对发电装置进行供氢的供氢单元、至少两路与供氢单元相对应的储氢单元和对加氢单元、供氢单元、储氢单元进行氢气进出控制的控制单元，所述的加氢单元与储氢单元相连通，加氢单元连接外部的氢气设备对储氢单元加氢，所述的储氢单元与供氢单元相连通，供氢单元连接外部的发电装置，储氢单元通过供氢单元对发电装置供氢。
通过采用上述技术方案，两路以上的储氢单元分别使用，其中的一路储氢单元储存的氢气使用完后，切换至其他几路中的一路储氢单元进行供氢，前一路的储氢单元通过加氢单元进行加氢，实现了发电装置在供氢的同时也能对储氢单元进行加氢，保证了氢能源装置在正常带电工作状态下安全在线加氢，实现长时间给负载连续供电。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的加氢单元包括多条并联设置的公用加氢管路和至少两条与储氢单元对应连通的加氢管路，所述的公用加氢管路与加氢管路串联或并联。
通过采用上述技术方案，公用加氢管路为多条管路并联，使加氢单元能够充入不同压强的氢气，公用加氢管路并联，增加了在线加氢系统的适用范围，选定需要的压强大的氢气，再通过加氢管路将氢气传输到储氢单元内。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的公用加氢管路的一端为与外部的氢气设备相连通的加氢口，其另一端与加氢管路串联或并联，在公用加氢管路上按照氢气的进气方向依次设置有过滤器和第一单向阀。
通过采用上述技术方案，外部的氢气设备通过加氢口将氢气输入，与至少两条的加氢管路串联或并联，相互独立，保证储氢单元的稳定性及在线加氢的安全性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的加氢管路上按照氢气的进气方向依次设置第一截止阀和压力表。
通过采用上述技术方案，第一截止阀控制其所在的加氢管路内输入的氢气，压力表对氢气进行实时的监测，保证在线加氢系统的安全性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的供氢单元包括控制氢气通过的第一阀门和控制氢气走向的第二单向阀，所述的第二单向阀靠近发电装置，所述的第一电磁阀上连接有防误操作指示灯。
通过采用上述技术方案，第一阀门可以采用第二截止阀或者电磁阀，第二单向阀一直处于开启状态，供氢时，第一阀门开启，氢气通过第一阀门流向第二单向阀，为发电装置进行供氢，防误操作指示灯在供氢时，正常亮灯。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的储氢单元包括多组并联的控制氢气进出的储氢容器组合阀和多个与多组储氢容器组合阀对应连通的储存氢气的储氢容器。
通过采用上述技术方案，储氢单元包括多个储氢容器和多组储氢容器组合阀，一组储氢容器组合阀对应一个储氢容器，相互独立，不会相互影响，其中的一路储氢单元进行供氢时，其他储氢单元可以进行加氢，实现了在线加氢系统通过一路储氢单元给发电装置供氢的同时也能通过外部的氢气设备对其他几路需要加氢的储氢单元进行加氢，多个储氢容器增加了储氢单元的储氢容量。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的储氢容器组合阀包括按照进气方向依次设置的过流阀、控制氢气通过的阀组、第二截止阀和温度传感器，所述的第二截止阀与储氢容器相连通。
通过采用上述技术方案，过流阀、阀组和第二截止阀控制在氢气的走向，温度传感器可以实时监测管路内氢气的温度，防止在线加氢系统内的温度过高，保证在线加氢系统的安全性和氢气的安全使用。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的多组储氢容器组合阀中的一组储氢容器组合阀上连接有压力传感器。
通过采用上述技术方案，压力传感器可以实时监测管路内氢气的压力，防止在线加氢系统内的压力过高，保证在线加氢系统的安全性和氢气的安全使用。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的储氢容器的一端上连接有排氢管，所述的排氢管的一端延伸至发电装置的外部。
通过采用上述技术方案，在线加氢系统内的温度过高、压力过大的情况下，排氢管可以将氢气通过排氢管排出系统外，防止加氢时氢气泄露扩散至其他地方，防止在线加氢系统发生爆炸，影响正常工作，保证在线加氢时的安全。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述的控制单元包括与加氢单元、供氢单元和储氢单元电气连接的主控模块和与主控模块电气连接的报警模块，所述的主控模块与压力传感器电气连接。
通过采用上述技术方案，主控模块控制加氢单元、供氢单元和储氢单元各个阀门的开关，并与储氢单元中的压力传感器电气连接，正常工作状态下，储氢单元进行供氢时，压力传感器的压力是越来越小的，但误操作开启正在供氢的储氢单元的加氢管路上的第一截止阀时，压力传感器的压力骤然增大，主控模块监测到这一储氢单元同时进行供氢和加氢时，立即断开第一阀门，切断供氢管路，然后报警模块发出报警，提醒工作人员进行检查。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1、本发明加氢单元、供氢单元及两路以上的储氢单元的设置，可以实现氢能源车正常带电工作时在线加氢，实现长时间、不间断的给负载供电，保证氢能源发电车不间断供电的情况下加氢的安全性，适用范围广。
2、两个以上的储氢容器可以实现氢能源发电车的应急供电时间不受储氢系统容量的限制，使大容量氢能源发电装置得以实现，实用性强。
3、设置了误操作的提示警报措施，保证了系统的安全使用。
附图说明
图1是本发明实施例一的原理图。
图2是本发明实施例二的原理图。
图3是本发明中控制模块的流程图。
图中，1、加氢单元，11、公用加氢管路，12、加氢管路，121、第一截止阀，122、压力表，13、过滤器，14、第一单向阀， 2、供氢单元，21、第一阀门，22、第二单向阀，23、防误操作指示灯，3、储氢单元，31、储氢容器组合阀，311、过流阀，312、阀组，313、第二截止阀，314、温度传感器，315、压力传感器，32、储氢容器，4、主控模块，5、报警模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1和图2，为本发明公开的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，包括加氢单元1、至少两组对发电装置进行供氢的供氢单元2、至少两路与供氢单元2相对应的储氢单元3和对加氢单元1、供氢单元2、储氢单元3进行氢气进出控制的控制单元，加氢单元1与储氢单元3相连通，加氢单元1连接外部的氢气设备对储氢单元3加氢，储氢单元3与供氢单元2相连通，供氢单元2连接外部的发电装置，储氢单元3通过供氢单元2对发电装置供氢。
加氢单元1包括多条并联设置的公用加氢管路11和至少两条与储氢单元3对应连通的加氢管路12，公用加氢管路11与加氢管路12串联或并联。公用加氢管路11的一端为与外部的氢气设备相连通的加氢口，其另一端与加氢管路12并联，在公用加氢管路11上按照氢气的进气方向依次设置有过滤器13和第一单向阀14。加氢管路12上按照氢气的进气方向依次设置第一截止阀121和压力表122。
当外部氢气设备连接其中一条公用加氢管路11的加氢口后，氢气通过过滤器13和第一单向阀14，进入至少两条的加氢管路12中，打开第一截止阀121，氢气通过第一截止阀121流向向储氢单元3。
第一截止阀121可以是手动截止阀也可以是电动截止阀。
供氢单元2包括控制氢气通过的第一阀门21和控制氢气走向的第二单向阀22，第二单向阀22靠近发电装置，第一电磁阀21上连接有防误操作指示灯23。在供氢单元2与发电装置之间设置有多个减压阀，一个加压阀对应一个发电装置，多个减压阀与供氢单元2并联。
当需要对发电装置进行供氢时，将控制这一储氢单元的第一电磁阀21打开，氢气通过第一电磁阀21、第二单向阀22和对发电装置进行供氢。
储氢单元3包括多组并联的控制氢气进出的储氢容器组合阀31和多个与多组储氢容器组合阀31对应连通的储存氢气的储氢容器32。储氢容器组合阀31包括按照进气方向依次设置的过流阀311、控制氢气通过的阀组312、第二截止阀313和温度传感器314，第二截止阀313与储氢容器32相连通。多组储氢容器组合阀31中的一组储氢容器组合阀31上连接有压力传感器315。储氢容器32的一端上连接有排氢管，排氢管的一端延伸至发电装置的外部。
加氢时，可以只单独对一路储氢单元3加氢，完成第一路储氢单元3的加氢后，再对第二路储氢单元3加氢，依此类推，也可以同时对几路储氢单元3加氢（除了正在供氢的储氢单元），所以只单独对一路储氢单元3的加氢时，只打开与这一路储氢单元相对应的加氢单元中的阀门就可以了，同时对几路储氢单元3加氢，就打开这几路储氢单元3所对应的加氢单元中的阀门就可以了。
阀组312包括第三单向阀和第一电磁阀，第三单向阀设置在第一电磁阀的上表面。当加氢时，打开储氢容器组合阀31的过流阀311、和第二截止阀313，氢气通过过流阀311、阀组312中的单向阀和第二截止阀313流向多个储氢容器32中；当需要供氢时，多路储氢单元3中的一路储氢单元不进行加氢而进行供氢，将控制这一路储氢单元3的供氢单元2的第一阀门21打开，并打开阀组312中的第一电磁阀，使这一路储氢单元3的储氢容器32中的氢气通过第二截止阀313、第一电磁阀和过流阀311对发电装置进行供氢，这一路储氢单元3进行供氢，不影响其他几路的储氢单元3继续加氢。
公用加氢管路11与加氢管路12串联时，当外部氢气设备连接其中一条公用加氢管路11的加氢口后，氢气通过过滤器13和第一单向阀14，一次加氢的氢气只进入一条的加氢管路12中，只对一路储氢单元3进行加氢，这一路储氢单元3加氢完成后，再加氢另外一路储氢单元，依次类推，直到使几路储氢单元3完成储氢。
公用加氢管路11与加氢管路12并联时，当外部氢气设备连接其中一条公用加氢管路11的加氢口后，氢气通过过滤器13和第一单向阀14，一次加氢的氢气进入两条以上的加氢管路12中，直到使几路储氢单元3完成储氢。
控制单元包括与加氢单元1、供氢单元2和储氢单元3电气连接的主控模块4和与主控模块4电气连接的报警模块5，主控模块4与压力传感器315电气连接。
参照图3，主控模块4控制加氢单元1、供氢单元2和储氢单元3的开关，正常工作状态下，储氢单元3进行供氢时，压力传感器315的压力越来越小的，但误操作开启正在供氢的储氢单元的加氢的第一截止阀121时，压力传感器315的压力骤然增大，主控模块4监测到这一储氢单元3同时进行供氢和加氢时，立即断开第一阀门21，切断供氢管路，这一路储氢单元3继续加氢，然后报警模块5发出报警，提醒工作人员进行检查。
第一截止阀121为手动截止阀或电动截止阀时，其误操作产生的原因不同。当第一截止阀121为手动截止阀时，误操作的原因为工作人员手动操作误打开了正在供氢的储氢单元3相对应的加氢管路12上的手动截止阀，使这一路正在供氢的储氢单元3开始进行加氢，供氢状态下，压力传感器315检测到储氢容器32的压力越来越小，但是上述情况下突然想储氢单元3加氢，压力传感器315的检测到的压力突然增大，这时主控模块4监测到这一储氢单元3同时进行供氢和加氢时，立即断开第一阀门21，切断供氢管路，这一路储氢单元3继续加氢，然后报警模块5发出报警，提醒工作人员进行检查。
当第一截止阀121为电动截止阀时，误操作的原因为工作人员输入控制命令时误输入命令对正在供氢的储氢单元3进行加氢，命令打开加氢管路12上的电动截止阀，使这一路正在供氢的储氢单元3开始进行加氢，供氢状态下，压力传感器315检测到储氢容器32的压力越来越小，但是上述情况下突然想储氢单元3加氢，压力传感器315的检测到的压力突然增大，这时主控模块4监测到这一储氢单元3同时进行供氢和加氢时，立即断开第一阀门21，切断供氢管路，这一路储氢单元3继续加氢，然后报警模块5发出报警，提醒工作人员进行检查。
储氢容器32可以是气瓶或液态储氢罐或金属储氢罐。
实施例一
参照图1，公用加氢管路11连接外部的20MPa的氢气和35MPa的氢气，加氢管路12有两条，供氢单元2有两组，储氢单元3有两路，储氢单元3中的储氢容器组合阀31有两组，储氢容器32有两个，第一阀门21为电磁阀，第一电磁阀121为手动截止阀；当供氢时，打开其中的一路储氢单元3所对应的供氢单元2中的电磁阀，打开这一路储氢单元3中的过流阀311、阀组312和第二截止阀313，使储存容器32中的氢气通过第二截止阀313、阀组312、过流阀311、电磁阀、第一单向阀22和减压阀对发电装置进行供氢；当需要加氢时，从加氢口接入35 MPa的氢气，打开剩余一条加氢管路12上的第一截止阀121，使氢气流向与这一条加氢管路12相对应的一路储氢单元3中的两个储氢容器32内，储氢容器32储存氢气，实现一路储氢单元3在对发电装置供氢的同时，另一路储氢单元3进行加氢并储存氢气。
实施例二
参照图2，公用加氢管路11连接外部的20MPa的氢气和35MPa的氢气，加氢管路12有三条，供氢单元2有三组，储氢单元3有三路，储氢单元3中的储氢容器组合阀31有三组，储氢容器32有三个，第一阀门21采用手动阀，第一电磁阀121为电动截止阀；当需要供氢时，打开三路储氢单元3其中的一路储氢单元3所对应的供氢单元2中的电磁阀，打开这一路储氢单元3中的过流阀311、阀组312和第二截止阀313，使储存容器32中的氢气通过第二截止阀313、阀组312、过流阀311、电磁阀、第一单向阀22和减压阀对发电装置进行供氢；当加氢时，从加氢口接入20 MPa的氢气，分别打开剩余两条加氢管路12中的一条和/或两条加氢管路上的第一截止阀121，并打开剩余一路和/或两路储氢单元3中的过流阀311、阀组312和第二截止阀313，使氢气同时流向需要加氢的储氢单元3中的储氢容器32内，储氢容器32储存氢气，实现一路储氢单元3在对发电装置供氢的同时，另两路和/或一路储氢单元3进行加氢并储存氢气。
储氢单元内的储氢容器的数量可以根据实际需要进行增减。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：包括加氢单元（1）、至少两组对发电装置进行供氢的供氢单元（2）、至少两路与供氢单元（2）相对应的储氢单元（3）和对加氢单元（1）、供氢单元（2）、储氢单元（3）进行氢气进出控制的控制单元，所述的加氢单元（1）与储氢单元（3）相连通，加氢单元（1）连接外部的氢气设备对储氢单元（3）加氢，所述的储氢单元（3）与供氢单元（2）相连通，供氢单元（2）连接外部的发电装置，储氢单元（3）通过供氢单元（2）对发电装置供氢。
2.根据权利要求1所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的加氢单元（1）包括多条并联设置的公用加氢管路（11）和至少两条与储氢单元（3）对应连通的加氢管路（12），所述的公用加氢管路（11）与加氢管路（12）串联或并联。
3.根据权利要求2所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的公用加氢管路（11）的一端为与外部的氢气设备相连通的加氢口，其另一端与加氢管路（12）并联，在公用加氢管路（11）上按照氢气的进气方向依次设置有过滤器（13）和第一单向阀（14）。
4.根据权利要求2所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的加氢管路（12）上按照氢气的进气方向依次设置第一截止阀（121）和压力表（122）。
5.根据权利要求1所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的供氢单元（2）包括控制氢气通过的第一阀门（21）和控制氢气走向的第二单向阀（22），所述的第二单向阀（22）靠近发电装置，所述的第一电磁阀（21）上连接有防误操作指示灯（23）。
6.根据权利要求5所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的储氢单元（3）包括多组并联的控制氢气进出的储氢容器组合阀（31）和多个与多组储氢容器组合阀（31）对应连通的储存氢气的储氢容器（32）。
7.根据权利要求6所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的储氢容器组合阀（31）包括按照进气方向依次设置的过流阀（311）、控制氢气通过的阀组（312）、第二截止阀（313）和温度传感器（314），所述的第二截止阀（313）与储氢容器（32）相连通。
8.根据权利要求7所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的多组储氢容器组合阀（31）中的一组储氢容器组合阀（31）上连接有压力传感器（315）。
9.根据权利要求6所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的储氢容器（32）的一端上连接有排氢管，所述的排氢管的一端延伸至发电装置的外部。
10.根据权利要求6所述的一种氢能源发电装置的在线加氢系统，其特征在于：所述的控制单元包括与加氢单元（1）、供氢单元（2）和储氢单元（3）电气连接的主控模块（41）和与主控模块（41）电气连接的报警模块（5），所述的主控模块（41）与压力传感器（315）电气连接。
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