CN112303484B - 一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备，包括：氢气输送机构，用于氢气的输送；驱动气输送机构，用于驱动气的输送；增压机构，其第一进口端连通于所述驱动气输送机构、第二进口端连通于所述氢气输送机构；过滤组件，包括第一过滤器和第二过滤器，所述第二过滤器的过滤精度高于所述第一过滤器的过滤精度；加注机构，连通于所述增压机构的第一出口端，用于氢气的加注。与现有技术相比，本发明除了对驱动气体进行水油过滤之外，主要对于燃料电池电动汽车加注氢气进行过滤，不仅防止了水油杂质对设备的破坏，还有效地防止了氢气内的固体颗粒杂质进入燃料电池系统，避免了颗粒杂质对燃料电池系统和电堆的破坏。

Description

一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备
技术领域
本发明涉及氢气加注设备，特别是一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备。
背景技术
燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气与氧气的化学作用产生的，实际使用效率是普通内燃机的2倍左右。燃料电池电动汽车运行依赖于氢气的消耗，氢气加注是燃料电池汽车运行过程中必不可少的环节。
移动式氢气加注是被广泛采用的一种氢气加注形式，其具有成本较低、使用便捷、安全可靠等优点。其工作原理是利用压缩气体对增压泵进行驱动，通过增压泵内芯的往复运动对氢气进行增压，增压后的高压氢气通过加氢枪注入车辆氢瓶内部，实现对燃料电池汽车氢气的加注。
为避免气体杂质对电堆的污染腐蚀，燃料电池电动汽车对氢气质量要求极高，一般要求为高纯氢（氢气纯度99.999%）。但是在实际使用过程中发现，即使使用高纯氢也不可避免的含有特殊的固体杂质，主要是炭黑以及铁屑等，该杂质混入氢气参与燃料电池电堆反应会造成电堆不可逆转的损坏。
炭黑杂质主要是空压机对氢气进行压缩的过程中产生的一种细微固体颗粒，粒径一般在100-500nm之间。炭黑杂质的产生与氢气制造方式无关，即使使用水电解制氢也无法避免炭黑。其产生机理尚无法明确，目前猜测有两种可能，一是当空压机使用年限过久时，内部部分零部件出现老化现象，这时若对氢气进行增压，则会导致增压后的氢气内部含有炭黑杂质；二是在氢气物流流转过程中，炭黑以及铁屑等杂质混入氢气当中，顺着管路进入氢气瓶内部，最终在进行氢气加注时进入燃料电池汽车系统。
通过上文可知氢气中可能对燃料电池电堆和系统造成损坏的主要是炭黑以及铁屑。其中铁屑属于大颗粒的杂质，进入电堆可能性较低，但会造成加氢管路、阀件的堵塞，导致加注氢气流量减小，影响氢气加注效率，严重时会造成安全事故；炭黑杂质由于其粒径小，一般的过滤装置对其无法进行有效的阻止，将会与氢气混合进入电堆当中，一部分随着生成的混合气体排出电堆，一部分则附着在电堆内部，随着电堆的不断运行，内部将会堆积越来越多的炭黑杂质，电堆的损坏风险也会越来越大。
不仅如此，炭黑杂质混入燃料电池系统内部还会导致减压阀、安全阀等各类阀体故障，具体体现为氢气系统压力控制精度下降，安全性降低，进一步影响燃料电池系统的性能。因此氢气加注装置的过滤系统是燃料电池电动汽车氢气加注过程中必不可少的。
现有的氢气过滤系统主要在部分燃料电池汽车之上有着应用，且过滤精度一般为10μm以上。氢气过滤系统装在燃料电池汽车之上不利于后期的更换清理，同时过滤精度较低，无法过滤一些细微颗粒杂质。
发明内容
本发明的目的是提供一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备，以解决现有技术中的技术问题，不仅防止了水油杂质对设备的破坏，还有效地防止氢气内的固体颗粒杂质进入燃料电池系统，避免颗粒杂质对燃料电池系统和电堆的破坏。
本发明提供了一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备，包括：
氢气输送机构，用于氢气的输送；
驱动气输送机构，用于驱动气的输送；
增压机构，其第一进口端连通于所述驱动气输送机构、第二进口端连通于所述氢气输送机构，所述增压机构在所述驱动气输送机构的作用下，用于氢气的增压；
过滤组件，包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器和所述第二过滤器沿着氢气的输送方向依次设于所述氢气输送机构的输送路径上，所述第二过滤器的过滤精度高于所述第一过滤器的过滤精度；
加注机构，连通于所述增压机构的第一出口端，用于氢气的加注。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述氢气输送机构包括氢气输送管路，所述氢气输送管路的一端与所述增压机构的第二进口端连通，所述氢气输送管路的另一端与氢气源连通，所述第一过滤器和所述第二过滤器沿着氢气的输送方向依次设于所述氢气输送管路的靠近所述软管的一端，所述氢气输送管路上还设有氢气进气压力表以及第一单向阀。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述驱动气输送机构包括驱动气输送管路，所述驱动气输送管路的一端与所述增压机构的第一进口端连通，所述驱动气输送管路的另一端与驱动气源连通，所述驱动气输送管路上沿着驱动气输送方向依次设有压力调节阀、驱动气压力表以及第二单向阀。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述驱动气输送管路的靠近所述驱动气源的一侧设置有除水除油组件。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述加注机构包括加注管路，所述加注管路的一端与所述增压机构的第一出口端连通，所述加注管路的另一端依次设有氢气加注压力表以及加氢枪。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述加注管路上还设有热交换器，所述热交换器的第一进口端与所述增压机构的第一出口端连通，所述热交换器的第二进口端与所述增压机构的第二出口端连通，所述热交换器的出口端与放空管连通，进入所述增压机构的所述驱动气通过所述第二出口端进入所述热交换器内进行热交换后自所述放空管送出。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述氢气源和所述氢气输送管路之间通过第一软管连接。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述氢气源和所述加注管路之间通过第二软管连接。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，所述加注管路上还设有安全阀。
如上所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其中，优选的是，还设有安全切换装置，所述安全切换装置通过管路分别与所述驱动气输送管路、加注管路以及所述增压机构连通。
与现有技术相比，本发明除了对驱动气体进行水油过滤之外，主要对于燃料电池电动汽车加注氢气进行过滤，不仅防止了水油杂质对设备的破坏，还有效地防止了氢气内的固体颗粒杂质进入燃料电池系统，避免了颗粒杂质对燃料电池系统和电堆的破坏。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
附图标记说明：1-氢气输送机构，2-驱动气输送机构，3-增压机构，4-第一过滤器，5-第二过滤器，6-加注机构，7-氢气输送管路，8-氢气进气压力表，9-第一单向阀，10-驱动气输送管路，11-压力调节阀，12-驱动气压力表，13-第二单向阀，14-除水除油组件，15-加注管路，16-氢气加注压力表，17-加氢枪，18-热交换器，19-放空管，20-第一软管，21-第二软管，22-安全阀，23-安全切换装置。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备，包括：
氢气输送机构1，用于氢气的输送，所述氢气输送机构1包括氢气输送管路7，所述氢气输送管路7的一端与所述增压机构3的第二进口端连通，所述氢气输送管路7的另一端与氢气源连通，所述第一过滤器4和所述第二过滤器5沿着氢气的输送方向依次设于所述氢气输送管路7的靠近所述软管的一端，所述氢气输送管路7上还设有氢气进气压力表8以及第一单向阀9，所述氢气源和所述氢气输送管路7之间通过第一软管20连接。
驱动气输送机构2，用于驱动气的输送，驱动气可以是压缩空气、氮气或其他惰性气体，所述驱动气输送机构2包括驱动气输送管路10，所述驱动气输送管路10的一端与所述增压机构3的第一进口端连通，所述驱动气输送管路10的另一端与驱动气源连通，所述驱动气输送管路10上沿着驱动气输送方向依次设有压力调节阀11、驱动气压力表12以及第二单向阀13，所述氢气源和所述加注管路15之间通过第二软管21连接。所述驱动气输送管路10的靠近所述驱动气源的一侧设置有除水除油组件14。
增压机构3，其第一进口端连通于所述驱动气输送机构2、第二进口端连通于所述氢气输送机构1，所述增压机构3在所述驱动气输送机构2的作用下，用于氢气的增压。
过滤组件，包括第一过滤器4和第二过滤器5，所述第一过滤器4和所述第二过滤器5沿着氢气的输送方向依次设于所述氢气输送机构1的输送路径上，所述第二过滤器5的过滤精度高于所述第一过滤器4的过滤精度；其中第一过滤器4精度10μm，主要用于大颗粒杂质的过滤；第二过滤器5精度0.1μm，主要用于炭黑杂质的过滤。
加注机构6，连通于所述增压机构3的第一出口端，用于氢气的加注，所述加注机构6包括加注管路15，所述加注管路15的一端与所述增压机构3的第一出口端连通，所述加注管路15的另一端依次设有氢气加注压力表16以及加氢枪17。
进一步地，所述加注管路15上还设有热交换器18，所述热交换器18的第一进口端与所述增压机构3的第一出口端连通，所述热交换器18的第二进口端与所述增压机构3的第二出口端连通，所述热交换器18的出口端与放空管19连通，进入所述增压机构3的所述驱动气通过所述第二出口端进入所述热交换器18内进行热交换后自所述放空管19送出。
进一步地，所述加注管路15上还设有安全阀22。
进一步地，还设有安全切换装置23，所述安全切换装置23通过管路分别与所述驱动气输送管路10、加注管路15以及所述增压机构3连通。
该移动式氢气加注装置通过第一软管20与氢气源连接，氢气依次经过第一软管20、第一过滤器4、第二过滤器5、氢气进气压力表8、第一单向阀9进入增压机构3（氢气增压泵），经过驱动气增压后的高压氢气依次经过热交换器18、氢气加注压力表16、安全阀22、第二单向阀13、第二软管21、加氢枪17进入车载储氢系统。其中第一过滤器4精度10μm，主要用于大颗粒杂质的过滤；第二过滤器5精度0.1μm，主要用于炭黑杂质的过滤；氢气进气压力表8用于监测氢气气源压力。
用于增压的驱动气依次经过除水除油组件14、压力调节阀11、驱动气压力表12、第二单向阀13、安全切换装置23进入增压机构3（氢气增压泵）对氢气进行增压，完成增压后驱动气经过热交换器18后直接排入空气中，与此同时，排放的空气通过热交换器18对增压后的氢气进行冷却降温。
对于氢气侧，通过第一过滤器4和第二过滤器5串联组合的方式进行过滤，其中第一过滤器4的过滤精度可选10μm，主要用于过滤如铁屑之类的较大固体杂质；第二过滤器5的过滤精度不低于0.1μm，主要用于过滤炭黑杂质，炭黑杂质的粒径在100-500nm之间，0.1μm的过滤精度足以保证对炭黑杂质的过滤。
对于驱动气侧，可通过除水除油组件14进行过滤，主要是为了避免驱动气可能含有的水、油杂质对增压泵腐蚀。
本发明除了对驱动气体进行水油过滤之外，主要对于燃料电池电动汽车加注氢气进行过滤，不仅防止了水油杂质对设备的破坏，还有效地防止了氢气内的固体颗粒杂质进入燃料电池系统，避免了颗粒杂质对燃料电池系统和电堆的破坏。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，包括：
氢气输送机构，用于氢气的输送；
驱动气输送机构，用于驱动气的输送；
增压机构，其第一进口端连通于所述驱动气输送机构、第二进口端连通于所述氢气输送机构，所述增压机构在所述驱动气输送机构的作用下，用于氢气的增压；
过滤组件，包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器和所述第二过滤器沿着氢气的输送方向依次设于所述氢气输送机构的输送路径上，所述第二过滤器的过滤精度高于所述第一过滤器的过滤精度，所述第一过滤器用于过滤大颗粒杂质，所述第二过滤器用于过滤炭黑杂质；
加注机构，连通于所述增压机构的第一出口端，用于氢气的加注。
2.根据权利要求1所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述氢气输送机构包括氢气输送管路，所述氢气输送管路的一端与所述增压机构的第二进口端连通，所述氢气输送管路的另一端与氢气源连通，所述第一过滤器和所述第二过滤器沿着氢气的输送方向依次设于所述氢气输送管路的靠近软管的一端，所述氢气输送管路上还设有氢气进气压力表以及第一单向阀。
3.根据权利要求2所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述驱动气输送机构包括驱动气输送管路，所述驱动气输送管路的一端与所述增压机构的第一进口端连通，所述驱动气输送管路的另一端与驱动气源连通，所述驱动气输送管路上沿着驱动气输送方向依次设有压力调节阀、驱动气压力表以及第二单向阀。
4.根据权利要求3所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述驱动气输送管路的靠近所述驱动气源的一侧设置有除水除油组件。
5.根据权利要求4所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述加注机构包括加注管路，所述加注管路的一端与所述增压机构的第一出口端连通，所述加注管路的另一端依次设有氢气加注压力表以及加氢枪。
6.根据权利要求5所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述加注管路上还设有热交换器，所述热交换器的第一进口端与所述增压机构的第一出口端连通，所述热交换器的第二进口端与所述增压机构的第二出口端连通，所述热交换器的出口端与放空管连通，进入所述增压机构的所述驱动气通过所述第二出口端进入所述热交换器内进行热交换后自所述放空管送出。
7.根据权利要求5所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述氢气源和所述氢气输送管路之间通过第一软管连接。
8.根据权利要求5所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述氢气源和所述加注管路之间通过第二软管连接。
9.根据权利要求5所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，所述加注管路上还设有安全阀。
10.根据权利要求5所述的设有过滤系统的移动式氢气加注设备，其特征在于，还设有安全切换装置，所述安全切换装置通过管路分别与所述驱动气输送管路、加注管路以及所述增压机构连通。
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