CN113623534A - 应急氢气加注系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应急氢气加注系统及方法，旨在解决应急加氢系统通用性不足的技术问题。该系统包括移动载具及设置其上的储存单元、管路单元及电路单元；其储存单元包括氢气集装格及氮气集装格；该管路单元包括直充管路、调压管路；其氢气集装格包括与所述直充管路输入端导通的第一输出端、与所述调压管路输入端导通的第二输出端；氮气集装格输出端管路设置有电磁阀、调压阀、压力表及压力变送器，并与所述调压管路导通；电路单元包括火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器、计量显示器和PLC控制器，且火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器、计量显示器分别与PLC控制器对应电连接，电磁阀和压力变送器分别与PLC控制器电连接。该应急氢气加注系统通用性强，能够提高救援加注的效率，其方法简便可行，易于实施。

Description

应急氢气加注系统及方法

技术领域

本发明涉及氢气加注技术领域，尤其涉及一种应急氢气加注系统及方法。

背景技术

与传统化石燃料相比，氢能是一种新型能源，其具有零污染、利用率高、危险系数小的优点。在全球应对气候变化的减排降碳的压力下，以及各国加速能源转型的战略背景下，是未来极具发展潜力的新能源。

氢气被认为是代替石油的理想能源，氢燃料电池汽车是未来环保车辆的重要发展方向。当前，世界各主流车企均在研发氢燃料电池车。而推动氢燃料电池车的发展，离不开加氢站等基础设施的夹持，所以加氢基础设施(加氢站)的建设布局是必不可少的。现有技术中，加氢站通常为固定式的，然而建设固定式加氢站也存在着投资大、选址困难、建设周期长，也导致在短期内加氢站的数量较少，加氢站的覆盖范围难以构成规模化的供氢网络。

当氢燃料电池汽车需要加氢时，需要在氢燃料用完之前行驶到附近的加氢站进行加氢，而加氢站数量布局的不足则大大限制了氢燃料电池汽车的行驶范围，难以满足氢燃料电池车的及时加氢需求，进而限制了氢燃料电池车的推广发展。而建设可移动的应急加氢站/系统则是当前最为可行的应对策略之一。

但目前的应急加氢系统通用性（如只能针对单一的加氢接口或/和固定的加注压力进行充装），使其应用范围及加注效率受到极大的限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种应急氢气加注系统及方法，旨在解决现有的应急加氢系统适用范围窄、通用性不足及效率不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种应急氢气加注系统，包括移动载具，所述移动载具上设置有储存单元、管路单元及电路单元；所述储存单元包括氢气集装格及氮气集装格；所述管路单元包括直充管路、调压管路；所述氢气集装格包括与所述直充管路输入端导通的第一输出端、与所述调压管路输入端导通的第二输出端；所述氮气集装格输出端管路设置有电磁阀、调压阀、压力表及压力变送器，并与所述调压管路导通；所述电路单元包括火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器、计量显示器和PLC控制器，且所述火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器、计量显示器分别通过线路与所述PLC控制器电性连接，所述电磁阀和压力变送器分别通过线路与PLC控制器电性连接。

优选的，所述调压管路中设置有增压泵和预冷器；所述增压泵和预冷器连接管路中设置有单向阀和气动阀。

优选的，所述增压泵为气动增压泵，且所述增压泵的排气管路与所述预冷器导通，所述增压泵的驱动气体为所述预冷器的冷却气体。

优选的，所述增压泵驱动气体为所述氮气集装格中的氮气。

优选的，所述管路单元输出端并列设置有两个压力变送器，用以实现校对。

优选的，所述应急加注系统还设置有放散管及安全阀，所述安全阀与所述放散管导通。所述管路单元输出端接口型号设置为TK16、TK25或/和TK17。

设计一种应急氢气加注方法，基于上述应急氢气加注系统而实施，包括以下步骤：

S1，所述应急氢气加注系统根据待加氢装置选择所述TK16或TK25或TK17加注枪接口；

S2，操作人员手摸人体静电释放报警器，至语音提示静电释放完毕；

S3，打开所述氢气集装格、直充管路及加注接口上的阀门开关，开始平压加注；

S4，当加注压力差小于0.5MPa时，关闭直充管路上的阀门开关；

S5，打开所述氮气集装格、调压管路上的阀门开关，开始压缩加注；

S6，当加注压力不小于35MPa或流速小于每秒1克时，关闭氢气集装格、氮气集装格、调压管路及加注接口上的阀门开关，加注完成。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1. 本发明可以调节氢气加注过程中的氢气压力，满足不同压力的储气罐的充氢需求，并进一步增设多型号的加氢接口，整体而言提高了应急氢气加注系统的通用性。

2. 本发明采用氢气集装格为应急加注系统提供氢气源，不仅可以从加氢站、化工厂副产氢、新能源（比如光伏发电制氢站、太阳能发电制氢站）进行补氢，也可以直接更换满氢集装格，节省加氢时间，从而大大提高救援加注的效率。

附图说明

图1为本发明氢气加注系统的气路原理图。

图2为本发明电气控制原理图。

图3为本发明计量结算逻辑控制流程图。

图4为本发明加注逻辑控制流程图。

以上各图中，1为移动载具，2为储存单元，21为储氮单元，22为储氮单元，3为管路单元，31为直充管路，32为调压管路，4为电路单元，5为增压泵，6为预冷器，7为流量计，8为安全阀，9为温度变送器，10为加注接口，11为压力表，12为压力变送器，13为气控阀，14为单向阀，15为电磁阀，16为调压阀，17为控制面板，18为防爆控制箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，如涉及术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述技术方案和简化描述，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。

实施例1：一种应急氢气加注系统，参见图1至图4，包括移动载具1、储存单元2、管路单元3及电路单元4；所述储存单元2、管路单元3及电路单元4依次安装在所述移动载具1上。所述储存单元2是包括储氢单元21和储氮单元22；所述储氢单元21是由若干氢气集装格组成，采用氢气集装格的设计不仅可以从加氢站补氢，也可以从化工厂副产氢、新能源（比如光伏发电制氢站、太阳能发电制氢站）获得氢气，大大扩充了应急供氢系统的氢气来源，也增加了应急供氢系统的救援范围；所述氢气集装格出口端与所述管路单元3入口端通过导管导通，在氢气集装格的出口端管路上依次设置有压力表、压力变送器及气控阀，所述压力表实时显示氢气集装格内的氢气压力，所述压力变送器将氢气集装格内的压力转换为电信号传送至PLC控制器，所述气控阀设置在氢气集装格出口的主管路上，控制氢气的通断，所述储氮单元22也是由若干氮气集装格组成，氮气集装格的输出端主管路上设有第一电磁阀、调压阀11、压力表、压力变送器及第二电磁阀；所述第一电磁阀控制氮气集装格输出端氮气的通断，所述第二电磁阀控制进入增压泵5的氮气通断，所述调压阀31调节不同的氮气压力后，通过增压泵5增压后达到需要的氢气压力，所述压力表显示氮气经过调压阀11调压后的压力值，所述压力变送器将氮气压力转换为电信号，然后传送给PLC控制器。

所述管路单元3包括直充管路31和调压管路32，所述直充管路31入口端与氢气集装格21管路主路导通，所述直充管路31上设置有气控阀和单向阀，所述气控阀控制直充管路31的通断，当需要使用直充功能时，所述气控阀打开，所述单向阀防止高压氢气直充时反向流动，造成一定的安全隐患；所述调压管路32与氢气集装格21管路主路导通，依次设置有第一气控阀、第一单向阀、增压泵5、第二单向阀、第二气控阀及预冷器6，所述增压泵5选用2GBD系列气体增压泵，使用气体驱动，无电弧及火花，适用于易燃易爆的气体及场所，且无需任何电源，利用压缩空气作为动力源对气体进行增压，当出口压力达到预定压力值时，增压泵5内部空气增压阀自动停止工作，当出口压力低于预定压力值时，自动补压，保持压力恒定，且保压时无需消耗额外能量；所述第一气控阀控制氢气去往增压泵5，当需要增压泵5增压时，所述第一气控阀打开，所述第一、二单向阀作用功能一致，防止管内高压氢气回流造成安全隐患，所述第二气控阀控制增压后的氢气的通断，所述增压泵5与所述氮气集装格22通过管路导通，所述增压泵5的排气管路与预冷器6连接，利用增压泵5的驱动气体排气作为预冷器6的冷却气体，所述增压泵5的驱动气体为氮气集装格22中的氮气；所述直充管路31与所述调压管路32管路汇通后，依次设置有流量计7、安全阀8、温度变送器9、压力表、压力变送器及不同压力加注接口10，所述流量计7计量加注氢气的质量，所述安全阀8与放散管路导通，并设置有标准压力值，当管路内压力大于设定标准值时，安全阀8自动打开进行泄气，保证加注系统的安全，所述温度变送器9将管路温度转换为电信号，传送给PLC控制器，所述压力表显示管路压力，所述压力变送器设置有两个，所述两个压力变送器将管路压力转换为电信号，传送给PLC控制系统，两个压力变送器作为互相校对的依据，增加系统的可靠性；所述加注接口10包括35MPa的TK16、TK25及70MPa的TK17加氢枪，根据需加注的储气罐接口及压力选择合适的加氢枪。

所述电路单元4中火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器、计量显示器和PLC控制系统均设置于移动载具1内的箱体模块内，且火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器及计量显示器分别通过线路与PLC控制系统电性连接，所述电磁阀、压力变送器及急停按钮分别通过线路与PLC控制系统电性连接。所述火焰探测器、氢气探测器在探测到火焰或者氢气时，经过PLC控制系统的分析，接通防爆声光报警器，发出声光提示，警示异常情况。同时，PLC控制紧急切断阀切断氢气管路，防止氢气泄露或者逃散。所述计量显示器：是为了直观的查看氢气加注量而增加的显示设备。流量计7计量加注氢气的质量，将信号传递至控制器，经过控制器的信号处理，将需要显示的信息发送至计量显示器，计量显示器显示加注氢气质量。

实施例2：一种基于上述应急氢气加注系统而实施的氢气加注方法，参见图3、图4，包括以下步骤：

S1，操作人员手摸人体静电释放报警器，至语音提示静电释放完毕；

S2，所述应急氢气加注系统根据待加氢装置控制系统的触摸屏上选择所述TK16或TK25或TK17加注枪接口，并手动连接加氢枪和储氢瓶接口，在控制系统的触摸屏上点击启动按键；

S3，PLC控制器根据压力变送器提供的氮气集装格和储氢瓶的压力差，如果大于0.5Mpa就自动启用直充管路进行充气；

S4，当加注压力差小于0.5MPa时，PLC控制器关闭直充管路上的阀门开关；

S5，PLC控制器打开所述氮气集装格、调压管路上的阀门开关，开始压缩加注；

S6，当加注压力不小于35MPa或流速小于每秒1克时，关闭氢气集装格、氮气集装格、调压管路及加注接口上的阀门开关，加注完成；

S7，PLC控制器根据质量流量计提供的数据显示加注氢气重量和金额。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明技术构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者对相关部件、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (8)

1.一种应急氢气加注系统，包括移动载具，所述移动载具上设置有储存单元、管路单元及电路单元；其特征在于，所述储存单元包括氢气集装格及氮气集装格；所述管路单元包括直充管路、调压管路；所述氢气集装格包括与所述直充管路输入端导通的第一输出端、与所述调压管路输入端导通的第二输出端；所述氮气集装格输出端管路设置有电磁阀、调压阀、压力表及压力变送器，并与所述调压管路导通；所述电路单元包括火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器、计量显示器和PLC控制器，且所述火焰探测器、氢气探测器、防爆声光报警器、计量显示器分别与所述PLC控制器电性连接，所述电磁阀和压力变送器分别通过线路与PLC控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的应急氢气加注系统，其特征在于，所述调压管路中设置有增压泵和预冷器；所述增压泵和预冷器连接管路中设置有单向阀和气动阀。

3.根据权利要求2所述的应急氢气加注系统，其特征在于，所述增压泵为气动增压泵，且所述增压泵的排气管路与所述预冷器导通，所述增压泵的驱动气体为所述预冷器的冷却气体。

4.根据权利要求3所述的应急氢气加注系统，其特征在于，所述增压泵驱动气体来自于所述氮气集装格储存的氮气。

5.根据权利要求1所述的应急氢气加注系统，其特征在于，所述管路单元输出端并列设置有两个压力变送器，用以实现校对。

6.根据权利要求1所述的应急氢气加注系统，其特征在于，所述应急加注系统还设置有放散管及安全阀，所述安全阀与所述放散管导通。

7.根据权利要求1所述的应急氢气加注系统，其特征在于，所述管路单元输出端接口型号设置为TK16、TK25或/和TK17。

8.一种氢气加注系统控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的应急氢气加注系统而实施，包括以下步骤：

S1，所述应急氢气加注系统根据待加氢装置选择所述TK16或TK25或TK17加注枪接口；

S2，操作人员手摸人体静电释放报警器，至语音提示静电释放完毕；

S3，打开所述氢气集装格、直充管路及加注接口上的阀门开关，开始平压加注；

S4，当加注压力差小于0.5MPa时，关闭直充管路上的阀门开关；

S5，打开所述氮气集装格、调压管路上的阀门开关，开始压缩加注；

S6，当加注压力不小于35MPa或流速小于每秒1克时，关闭氢气集装格、氮气集装格、调压管路及加注接口上的阀门开关，加注完成。

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