CN112877722A - 一种制氢加氢装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种制氢加氢装置，包括壳体、电源组件以及容纳在所述壳体中的制冷模块和电解模块，其中，所述电源模块为所述制冷模块、所述电解模块提供电能，所述制冷模块用于通过空气冷凝获得液态水，所述电解模块用于通过所述液态水电解产生氢气。该制氢加氢装置运行时不需要外加的水源，独立性强，装置对外的能耗得到降低，装置的布置灵活，可以根据需要进行快速、大规模地布置。

Description

一种制氢加氢装置
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，并且更具体地，涉及一种制氢加氢装置。
背景技术
近年来，新能源产业的发展越来越受到重视，以氢能源、风能、太阳能等为代表的新型能源正在逐渐进入人们的日常生活中。以氢能为例，目前，氢能的重要性，特别是氢能作为终极清洁交通解决方案的重要性已经在全球范围内得到公认。然而，对于为氢能源交通工具提供氢能的加氢站来说，其涉及到多个领域的技术融合，例如电解水制氢、氢气储存、氢气压缩、氢燃料加注、太阳能发电、风力发电以及制冷等。这些功能模块组成用于制氢加氢的系统，然而，现有技术中的加氢站收到多方面因素的制约，大量的氢能源汽车生产出来之后不能得到加氢网络的支持，制约了氢能源汽车的使用，传统的加氢站建设周期长、投资大，而且由于其需要依赖固定的氢气源以及水源等，会存在场地选择以及由此产生的征地、安全等各种问题。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种独立运行的制氢加氢装置，其能够独立于电网、氢气源、水资源等限制，可以自由快捷独立灵活地布置在任何需要的场所，为各种燃料电池车辆和装置加注氢气。
本发明提供的制氢加氢装置，包括壳体、电源组件以及容纳在所述壳体中的制冷模块和电解模块，其中，所述电源模块为所述制冷模块、所述电解模块提供电能，所述制冷模块用于通过空气冷凝获得液态水，所述电解模块用于通过所述液态水电解产生氢气。该制氢加氢装置运行时不需要外加的水源，独立性强，装置对外的能耗得到降低，装置的布置灵活，可以根据需要进行快速、大规模地布置。
在一个实施方式中，所述电源组件包括容纳在所述壳体中的发电模块、逆变模块和储能模块；所述发电模块用于产生电能；所述逆变模块用于连接所述发电模块和所述储能模块以对所述电能进行逆变；所述储能模块用于储存逆变后的电能，以用于致动所述制冷模块和所述电解模块。通过该实施方式，使得该装置不需要外接电源，摆脱对传统加氢站的依赖。
在一个实施方式中，所述发电模块与所述逆变模块连接，且所述发电模块包括：风力发电单元，其设置在所述壳体外壁上；和/或太阳能发电单元，其覆盖在所述壳体的顶表面和/或侧表面。通过该实施方式，使得该装置可以应用于有太阳光或者风量较大的场所，独立于电网，并且克服了传统发电机设备的体积和噪音较大的问题。
在一个实施方式中，该制氢加氢装置还包括：压缩模块，其设置在所述壳体内部以用于将所述电解模块产生的氢气压缩为加压氢气；储氢罐，其用于储存所述加压氢气；以及加氢枪，其设置在所述壳体的外侧并与所述储氢罐通过管路连接，其中，在所述管路上或者所述加氢枪上设置有阀门。
在一个实施方式中，所述制冷模块包括制冷单元和冷凝单元，其中，所述制冷单元用于为所述冷凝单元提供冷凝所需的环境温度，所述冷凝单元用于通过空气冷凝获得液态水。
在一个实施方式中，所述冷凝单元的表面温度为0～10℃。
在一个实施方式中，所述储能模块为铅酸蓄电池或锂电池。通过该实施方式，使得发电模块产生的电能能够储存起来，防止在没有阳光和风量的天气维持该装置的正常运行。
在一个实施方式中，还包括散热模块，其与所述储能模块连接，以用于为所述壳体内部器件散热。通过该实施方式，使得壳体内部器件如电解模块、压缩模块等产生的热量能够及时排出，提高器件的使用效率和寿命。
在一个实施方式中，所述散热模块为散热风扇，其设置于所述壳体的内部。
在一个实施方式中，所述壳体的面对所述制冷模块的区域开设有通风口，所述通风口用于引导空气流动，以便为所述制冷模块提供空气来源。
在一个实施方式中，在所述壳体的底部安装有轮子。通过该所述方式，能够使得该装置可以根据需求移动至不同的场合或位置，实现灵活布置的效果。
本申请提供的制氢加氢装置，相较于现有技术，具有如下的技术效果：
(1)该装置不依赖外接电源和水源的电解水的方法得到高纯度的氢气，然后将得到的氢气压缩储存于装置内的储氢罐中，通过装置的加注抢对外提供加注氢气服务；
(2)通过风力发电单元和/或太阳能发电单元，实现装置独立于传统的电网，自己产生电能，对外能耗为零；
(3)该装置通过轮子可以实现根据需求灵活大规模地布置在多种场合。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了根据发明实施例的制氢加氢装置的结构示意图。
附图标记清单：
100-制氢加氢装置；
110-壳体；
120-发电模块；
121-风力发电单元；
122-太阳能发电单元；
130-逆变模块；
140-储能模块；
150-制冷模块；
151-制冷单元；
152-冷凝单元；
160-电解模块；
170-压缩模块；
180-储氢罐；
190-加氢枪。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本申请提供的制氢加氢装置100的结构示意图。如图1所示，该制氢加氢装置100包括壳体110、制冷模块150、电解模块160、压缩模块170、储氢罐180、加氢枪190以及电源组件，其中，制冷模块150、电解模块160、压缩模块170和储氢罐180集成在壳体110的内部，加氢枪190设置在壳体的外部，以便为诸如氢能源汽车的受注设备提供氢能。
具体地，在该制氢加氢装置100中，电源组件用于为整个装置提供电能供应，其既可以设置于壳体110内部，也可以设置在壳体110的外部，甚至可以设置在壳体110上。
在本申请中，电源组件可以有多种形式，例如通过插头连接到外接电网中，以为壳体内部器件提供电能。
在一个优选的实施例中，该电源组件包括发电模块120、逆变模块130和储能模块140，发电模块120用于自身产生电能，该电能经由逆变模块130逆变后存储在储能模块140中。通过这种方式，使得该装置100不依赖于外接电源，具有自身独立的发电功能，可以根据需求灵活地布置，同时储能模块140能够将多余的电能储存起来，以供后续使用。
更优选地，如图1所示，该发电模块120可以包括风力发电单元121和/或太阳能发电单元122，即该发电模块120可以包括二者其中的一种，也可以二者都包括。在该实施例中，该发电模块120采用新能源发电技术发电，进一步避免了操作人员添加发电燃料的过程，节省了成本和人力。在使用过程中，可以将该装置100放置在阳光充足和/或风量充足的区域，其自身即可通过上述两个单元实现发电。
具体地，一方面，该风力发电单元121可以包括多个固定设置在壳体110的外壁上的风轮立柱，所述风轮立柱的顶端设置有风轮叶片，其可以在外界风的作用下旋转以带动电机的旋转，实现发电。优选地，该风力发电单元121设置在壳体110的顶部表面上。另一方面，该太阳能发电单元122可以包括设置在壳体110的顶部表面和/或侧部表面上的光伏薄膜阵列，其用于将太阳能直接转换为电能(薄膜太阳能发电技术和晶硅太阳能转化技术)。优选地是，光伏薄膜阵列覆盖在壳体110的顶部表面和侧部表面，以使得该装置100可以全天候通过太阳光的照射而利用该单元进行发电。鉴于上述两个单元的发电过程为本领域技术人员所熟知的，本文在此将不作赘述。
在优选的实施例中，该储能模块140为铅酸蓄电池或者锂电池。
该储能模块140中储存的电能可以为制氢组件，即制冷模块150、电解模块160和压缩模块170，提供致动电能。
该制冷模块150优选地设置在壳体110内部靠近顶部的位置，其可以通过冷凝空气而获取用于电解的液态水。如图所示，该制冷模块150可以包括制冷单元151和冷凝单元152，制冷单元151(例如空气压缩机)用于为冷凝单元152提供冷凝所需的温度，冷凝单元152为槽状结构，其内表面暴露在空气中以将空气冷凝为液态水，并将该液态水盛装在槽中。
优选地，该冷凝单元152的槽状结构的内表面温度为0～10℃。
在可选的实施例中，该壳体110的面对制冷模块150的区域开设有通风口，该通风口能够使得该制冷模块150暴露与外界空气中，并提供空气流动，为制冷模块170提供空气来源。该通风口的形状和尺寸应当与制冷模块150(特别地为冷凝单元152)的形状和尺寸相当。
进一步地，在该通风孔中可以设置栅结构，该构造使得在不影响制冷模块150与外界空气交换的同时，能够防止外界的大颗粒物质进入该壳体110内部，影响装置的正常运行。
更进一步地，在该通风口处可以设置过滤网，以去除外界空气中的污染物随空气一起被冷凝进入冷凝单元的槽中，影响电解液态水的水质。备选地，在该通风口上方可以设置遮蔽物，其能够防止外界带有污染物质的雨水或其他物质进入冷凝单元152的槽中。
该冷凝单元152的槽状结构的底部设置有开口以便为电解模块160提供用于电解的液态水。该电解模块160包括电解槽，其用于盛装电解用的液态水，该液态水在该电解模块160中可以被电解成氢气和氧气(水电解技术为本领域技术人员熟知的技术，在此同样不作赘述，经过技术人员多次试验，该申请中的电解模块电解氢气的转换效率可以达到90％以上)，氧气可以直接经由通风口或散热口排入环境空气中，而氢气则经过收集后送入压缩模块170内，在压缩模块170内部被压缩为加压氢气，并存储在储氢瓶180中。
在制氢加氢装置100的加氢枪190设置在壳体110的外部，并通过加注管连接壳体110内部的储氢瓶180，其中，在该加氢枪190或者加注管上可以设置开关阀，以控制对受注设备(如氢能源汽车)的加氢进程的开始或结束。
应理解，壳体110内的一些部件，例如电解模块160和压缩模块170等，在运行过程中会产生热量，本文所提供的制冷模块150在某种程度上能够降低壳体110内部的温度。进一步地，该装置100还可以包括散热模块(未示出)，以消散其内部的热量。优选的是，该散热模块为散热风扇，其设置在壳体1的内部或壁部。
在本文中，壳体110的内部具有多种形状，例如长方体或正方体，其尺寸也可以根据内部器件的数量及尺寸相应地变化。同时应理解，在该装置100中，发电模块120、逆变模块130和储能模块140之间采用线路电连接，并且储能模块140与制冷模块150、电解模块160、压缩模块170之间也应当采用线路电连接，而制冷模块150与电解模块160、电解模块160与压缩模块170之间以及压缩模块170与储氢瓶180之间应当采用管路机械连接。各模块的布置位置并非严格地为图示的布置，也可以根据需要进行适应性调整。
在优选的实施例中，在该装置100的壳体110的底部可以设置有多个轮子(未示出)，以使得该装置100能够移动，从而根据需要布置在任何合适的场合或地点，实现快速、大规模、独立的布置，使诸如氢能源汽车的受注设备摆脱对固定式加氢站的依赖。优选地，在万向轮上还设置有止动件，在将该装置100放置与固定地点后，可以扳下该止动件，限制轮子并从而防止该装置100的移动。累积地或替换地，该轮子为万向轮，进一步提升其移动的灵活性。
本申请提供的制氢加氢装置，不依赖外接电源和水源的电解水的方法得到高纯度的氢气，然后将得到的氢气压缩储存于装置内的储氢罐中，通过装置的加注抢对外提供加注氢气服务；通过风力发电单元和/或太阳能发电单元，实现装置独立于传统的电网，自己产生电能，对外能耗为零；该装置通过轮子可以实现根据需求灵活大规模地布置在多种场合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种制氢加氢装置，其特征在于，包括壳体、电源组件以及容纳在所述壳体中的制冷模块和电解模块，其中，所述电源模块为所述制冷模块、所述电解模块提供电能，所述制冷模块用于通过空气冷凝获得液态水，所述电解模块用于通过所述液态水电解产生氢气。
2.根据权利要求1所述的制氢加氢装置，其特征在于，所述电源组件包括容纳在所述壳体中的发电模块、逆变模块和储能模块；所述发电模块用于产生电能；所述逆变模块用于连接所述发电模块和所述储能模块以对所述电能进行逆变；所述储能模块用于储存逆变后的电能，以用于致动所述制冷模块和所述电解模块。
3.根据权利要求2所述的制氢加氢装置，其特征在于，所述发电模块包括：
风力发电单元，其设置在所述壳体外壁上；和/或
太阳能发电单元，其覆盖在所述壳体的顶表面和/或侧表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制氢加氢装置，其特征在于，还包括：
压缩模块，其设置在所述壳体内部以用于将所述电解模块产生的氢气压缩为加压氢气；
储氢罐，其用于储存所述加压氢气；以及
加氢枪，其设置在所述壳体的外侧并与所述储氢罐通过管路连接，其中，在所述管路上或者所述加氢枪上设置有阀门。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制氢加氢装置，其特征在于，所述制冷模块包括制冷单元和冷凝单元，其中，所述制冷单元用于为所述冷凝单元提供冷凝所需的环境温度，所述冷凝单元用于通过空气冷凝获得液态水。
6.根据权利要求5所述的制氢加氢装置，其特征在于，所述冷凝单元的表面温度为0～10℃。
7.根据权利要求2或3所述的制氢加氢装置，其特征在于，所述储能模块为铅酸蓄电池或锂电池。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的制氢加氢装置，其特征在于，还包括散热模块，其与所述储能模块连接，以用于为所述壳体内部器件散热。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的制氢加氢装置，其特征在于，所述壳体的面对所述制冷模块的区域开设有通风口，所述通风口用于引导空气流动，以便为所述制冷模块提供空气来源。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的制氢加氢装置，其特征在于，在所述壳体的底部安装有轮子。
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