CN114935106A - 一种深海压缩氢气结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种深海压缩氢气结构，包括：多个压缩器，所述压缩器并联连接形成压缩式组件，所述压缩式组件用于将低压氢气压缩成高压氢气，低压氢气生产件通过低压氢气输送管道与所述压缩式组件连接，所述压缩式组件通过高压氢气输送管道与储气组件连接；该结构应用于大规模海底量产高压气态储氢，这使得增大氢气压力的同时能耗大为降低，并且为大规模海上氢气生产提供高效的储存和运输方式，降低了生产成本。

Description

一种深海压缩氢气结构
技术领域
本发明涉及氢气生产技术领域，具体涉及一种深海压缩氢气结构。
背景技术
随着双碳目标深入推进，氢气将成为重要的清洁能源，对难以脱碳行业实现碳中和具有战略意义。氢产业包括生产、储运和消费等主要环节。储运环节对于氢气的使用来说非常重。而由于氢元素最轻，因此高效储存氢气存在诸多技术难点。当前储存氢气的主要方式有高压气态储氢、低温液态储氢和固体或液体化合物储氢。目前高压气态储氢技术最为成熟，高压气态氢气储存压力为35～70MPa，其中70MPa由于质量密度更高，应用更广泛。但是高压气态储氢技术中需要消耗大量能量提高氢气压力，这样不仅增加了能耗，更使得生产成本大幅度提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种深海压缩氢气结构，应用于大规模海底量产高压气态储氢，这使得增大氢气压力的同时能耗大为降低，并且为大规模海上氢气生产提供高效的储存和运输方式，降低了生产成本。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种深海压缩氢气结构，包括：多个压缩器，所述压缩器并联连接形成压缩式组件，所述压缩式组件用于将低压氢气压缩成高压氢气，低压氢气生产件通过低压氢气输送管道与所述压缩式组件连接，所述压缩式组件通过高压氢气输送管道与储气组件连接。
本发明提供一种深海压缩氢气结构，应用于大规模海底量产高压气态储氢，这使得增大氢气压力的同时能耗大为降低，并且为大规模海上氢气生产提供高效的储存和运输方式，降低了生产成本。
作为优选技术方案，包括：活塞位置传感器，所述活塞位置传感器用于采集活塞的位置，所述活塞位置传感器与处理器电连接，所述处理器与阀门控制器电连接，所述阀门控制器用于控制低压氢气进口阀门、高压氢气出口阀门、海水进口阀门和海水出口阀门的工作状态。
作为优选技术方案，所述压缩器内设有活塞，所述活塞与驱动组件连接，所述驱动组件驱动所述活塞沿着所述压缩器高度方向移动以能够将低压氢气压缩成高压氢气。
作为优选技术方案，所述低压氢气输送管道上设有低压氢气进口阀门，且所述低压氢气输送管道与所述低压氢气进口阀门连接，所述高压氢气输送管道上设有高压氢气出口阀门，且所述高压氢气输送管道与所述高压氢气出口阀门连接，所述压缩器连接有海水输送管道，所述海水进口阀门和所述海水出口阀门分别设置于所述海水输送管道上，且所述海水进口阀门和所述海水出口阀门分别与所述海水输送管道连接。
作为优选技术方案，包括：海上平台和海底基座，所述海上平台与所述海底基座呈相对设置，所述海上平台和所述海底基座之间至少连接有一根上浮索道和下潜索道，所述上浮索道和所述下潜索道相互配合用于对储气组件的搬运。
作为优选技术方案，所述储气组件包括：储气罐和深海组件，所述深海组件一侧与所述储气罐连接，所述深海组件另一侧连接有吊耳，所述上浮索道穿过所述吊耳将储气组件从海底基座搬运至海上平台。
作为优选技术方案，所述深海组件包括：压缩空气室和配重室，所述压缩空气室与所述配重室连接，所述压缩空气室和所述配重室上均设有电磁阀，所述压缩空气室和所述配重室相互配合以能够调节储气组件的自身平均密度大于或小于海水的密度。
作为优选技术方案，所述储气罐为金属内胆与碳纤维缠绕结构，所述压缩空气室为金属内胆与碳纤维缠绕结构。
作为优选技术方案，所述储气罐内设有保温层，所述保温层用于将储气罐内的高压氢气保持低温。
作为优选技术方案，所述海水输送管道一端通过过滤件与海水进口连接，所述海水输送管道另一端上设有排水泵并与海水出口连接。
附图说明
图1为一种深海压缩氢气结构的主视图；
图2为一种深海压缩氢气结构的侧视图；
图3为一种深海压缩氢气结构中的储气组件的结构图；
图4为一种深海压缩氢气结构的流程图；
其中，1-低压氢气生产件；2-海上平台；3-海底钢围护结构；4-低压氢气输送管道；5-海水进口；6-过滤件；7-低压氢气进口阀门；8-压缩器；9-活塞；10-储气组件；11-海底基座；12-海底；13-排水泵；14-海水出口；15-上浮索道；16-下潜索道；17-储气罐；18-储气罐底座；19-电磁阀；20-压缩空气室；21-吊耳；22-配重室；23-高压氢气输送管道；24-高压氢气出口阀门；25-海水输送管道；26-海水进口阀门；27-海水出口阀门。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
可以理解，本发明是通过一些实施例达到本发明的目的。
如图1所示，本发明提供一种深海压缩氢气结构，包括：海底钢围护结构3，所述海底钢围护结构3内设有多个压缩器8，所述压缩器8并联连接形成压缩式组件，所述压缩式组件用于将低压氢气压缩成高压氢气，低压氢气生产件1通过低压氢气输送管道4与所述压缩式组件连接，所述压缩式组件通过高压氢气输送管道23与储气组件10连接；所述压缩器8内设有活塞9，所述活塞9与驱动组件(未示出)连接，所述驱动组件(未示出)驱动所述活塞9沿着所述压缩器8高度方向移动以能够将低压氢气压缩成高压氢气；所述低压氢气输送管道4上设有低压氢气进口阀门7，且所述低压氢气输送管道4与所述低压氢气进口阀门7连接，所述高压氢气输送管道23上设有高压氢气出口阀门24，且所述高压氢气输送管道23与所述高压氢气出口阀门24连接，所述压缩器8连接有海水输送管道25，所述海水进口阀门26和所述海水出口阀门27分别设置于所述海水输送管道25上，且所述海水进口阀门26和所述海水出口阀门27分别与所述海水输送管道25连接；所述活塞位置传感器用于采集活塞9的位置，所述活塞位置传感器与处理器电连接，所述处理器与阀门控制器电连接，所述阀门控制器用于控制低压氢气进口阀门7、高压氢气出口阀门24、海水进口阀门26和海水出口阀门27的工作状态；所述海水输送管道25一端通过过滤件6与海水进口5连接，所述海水输送管道25另一端上设有排水泵13并与海水出口14连接；所述海上平台2与所述海底基座11呈相对设置，所述海上平台2和所述海底基座11之间至少连接有一根上浮索道15和下潜索道16，所述上浮索道15和所述下潜索道16相互配合用于对储气组件10的搬运，所述上浮索道15和所述下潜索道16设置于海底钢围护结构3外部；所述储气组件包括：储气罐17和深海组件，所述深海组件一侧与所述储气罐17连接，所述深海组件另一侧连接有吊耳21，所述上浮索道15穿过所述吊耳21将储气组件从海底基座11搬运至海上平台2；所述深海组件包括：压缩空气室20和配重室22，所述压缩空气室20与所述配重室22连接，所述压缩空气室20和所述配重室22上均设有电磁阀19，所述压缩空气室20和所述配重室22相互配合以能够调节储气组件10的自身平均密度大于或小于海水的密度；所述储气罐17为金属内胆与碳纤维缠绕结构，所述压缩空气室20为金属内胆与碳纤维缠绕结构；所述储气罐17内设有保温层，所述保温层用于将储气罐17内的高压氢气保持低温。
高压气态储氢的压力范围为35～70MPa，根据所需氢气压力，该深海压缩氢气结构放置于大约3500～7000米海底，该深海压缩氢气结构能够通过海底海水压力将储存氢气的压力转化等于海底海水压力，达到提高储存氢气压力的目的。根据热力学原理，提高相同的压力，液体消耗的功小于气体，使得增大储存氢气压力的同时能耗大为降低，另外，海底产生的氢气温度较低，能够用于制冷，提高了氢气的使用价值。
本发明提供一种深海压缩氢气结构，低压氢气生产件1优选电解槽，电解槽利用海上风电的电能电解海水，生成低压氢气，低压氢气通过低压氢气输送管道4送入压缩式组件，压缩式组件由多个压缩器8并联连接组成，这样能够保证低压氢气的消耗流量和高压氢气的生产流量的稳定性。
如图4所示，所述活塞位置传感器用于采集活塞9的位置，所述活塞位置传感器与处理器电连接，所述处理器与阀门控制器电连接，所述阀门控制器用于控制低压氢气进口阀门7、高压氢气出口阀门24、海水进口阀门26和海水出口阀门27的工作状态，压缩器8内设有活塞9，当驱动组件(未示出)驱动活塞9从下止点上行至上止点时，所述活塞位置传感器采集活塞9位于上止点的位置信号，并对处理器发送活塞9位于上止点的位置信号，所述处理器检测到信号，处理信号，传输活塞位于上止点的位置数据至阀门控制器，阀门控制器控制关闭海水进口阀门26和高压氢气出口阀门24，并且打开海水出口阀门27和低压氢气进口阀门7，低压氢气充入压缩器8内，活塞9上方海水通过低压氢气的压力被排水泵13提高到当地海水压力后，先通过排水泵13排出压缩器8，再通过海水出口14被排出；当活塞9从上止点下行直至下止点时，所述活塞位置传感器采集活塞9位于下止点的位置信号，并对处理器发送活塞9位于下止点的位置信号，所述处理器检测到信号，处理信号，传输活塞9位于下止点的位置数据至阀门控制器，阀门控制器控制打开海水进口阀门26和高压氢气出口阀门24，并且关闭海水出口阀门27和低压氢气进口阀门7，低压氢气压力被压缩等于海底海水压力，并充入储气罐17中，多个压缩器8同时重复上述循环，保证处于不同循环过程中的压缩器8数量一致，该工艺应用于大规模海底量产高压气态储氢，使得增大氢气压力的同时能耗大为降低
如图2所示，本发明提供一种深海压缩氢气结构，上浮索道15和下潜索道16固定于海上平台2和海底基座11之间，根据结构规模大小，上浮索道15和下潜索道16分别设置1条或多条，上浮索道15与下潜索道16呈相对设置，上浮索道15和下潜索道16位于海底钢围护结构3之外，储气组件10从下潜索道16卸下至海底基座11上，机械手搬运与上浮索道15相互配合将储气组件上浮至海上平台2，为大规模海底量产高压气态储氢提供高效的氢气搬运方式，降低了生产成本。
如图3所示，本发明提供的储气组件，所述储气组件包括：储气罐17和深海组件，所述深海组件一侧与所述储气罐17连接，所述深海组件另一侧连接有吊耳21，所述上浮索道15穿过所述吊耳21将储气组件10从海底基座11搬运至海上平台2；所述深海组件包括：压缩空气室20和配重室22，所述压缩空气室20与所述配重室22连接，所述压缩空气室20和所述配重室22上均设有电磁阀19，所述压缩空气室20和所述配重室22相互配合以能够调节储气组件的自身平均密度大于或小于海水的密度；所述储气罐17为金属内胆与碳纤维缠绕结构，所述压缩空气室20为金属内胆与碳纤维缠绕结构，金属内胆与碳纤维缠绕结构降低了所述储气罐17和压缩空气室20的自重；所述储气罐17内设有保温层，所述保温层用于将储气罐17内的高压氢气保持低温；配重室22采用轻质塑料，降低了配重室22的自重；所述储气组件10下潜至海底基座11上时，压缩空气室20充满海水，配重室22装满海水，所述储气组件10内压强大于海底海水压强，储气罐17内氢气绝对压力等于大气压，此时所述储气组件10的自身平均密度大于海底海水密度，所述储气组件10在重力作用下下潜，当机器手将上浮索道15穿过吊耳21时，打开压缩空气室20出口的电磁阀19和配重室22出口的电磁阀19，压缩空气室20压缩空气将配重室22中的海水排空后，关闭压缩空气室20出口的电磁阀19和配重室22出口的电磁阀19，此时所述储气组件10的自身平均密度小于海底海水密度，在海水浮力作用下所述储气组件10上浮至海上平台2上。
本发明提供一种深海压缩氢气结构，应用于大规模海底量产高压气态储氢，这使得增大氢气压力的同时能耗大为降低，并且为大规模海上氢气生产提供高效的储存和运输方式，降低了生产成本。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种深海压缩氢气结构，其特征在于，包括：多个压缩器，所述压缩器并联连接形成压缩式组件，所述压缩式组件用于将低压氢气压缩成高压氢气，低压氢气生产件通过低压氢气输送管道与所述压缩式组件连接，所述压缩式组件通过高压氢气输送管道与储气组件连接。
2.根据权利要求1所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，包括：活塞位置传感器，所述活塞位置传感器用于采集活塞的位置，所述活塞位置传感器与处理器电连接，所述处理器与阀门控制器电连接，所述阀门控制器用于控制低压氢气进口阀门、高压氢气出口阀门、海水进口阀门和海水出口阀门的工作状态。
3.根据权利要求2所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，所述压缩式组件内设有活塞，所述活塞与驱动组件连接，所述驱动组件驱动所述活塞沿着所述压缩器高度方向移动以能够将低压氢气压缩成高压氢气。
4.根据权利要求2所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，所述低压氢气输送管道上设有低压氢气进口阀门，且所述低压氢气输送管道与所述低压氢气进口阀门连接，所述高压氢气输送管道上设有高压氢气出口阀门，且所述高压氢气输送管道与所述高压氢气出口阀门连接，所述压缩器连接有海水输送管道，所述海水进口阀门和所述海水出口阀门分别设置于所述海水输送管道上，且所述海水进口阀门和所述海水出口阀门分别与所述海水输送管道连接。
5.根据权利要求1所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，包括：海上平台和海底基座，所述海上平台与所述海底基座呈相对设置，所述海上平台和所述海底基座之间至少连接有一根上浮索道和下潜索道，所述上浮索道和所述下潜索道相互配合用于对储气组件的搬运。
6.根据权利要求5所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，所述储气组件包括：储气罐和深海组件，所述深海组件一侧与所述储气罐连接，所述深海组件另一侧连接有吊耳，所述上浮索道穿过所述吊耳将储气组件从海底基座搬运至海上平台。
7.根据权利要求6所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，所述深海组件包括：压缩空气室和配重室，所述压缩空气室与所述配重室连接，所述压缩空气室和所述配重室上均设有电磁阀，所述压缩空气室和所述配重室相互配合以能够调节储气组件的自身平均密度大于或小于海水的密度。
8.根据权利要求7所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，所述储气罐为金属内胆与碳纤维缠绕结构，所述压缩空气室为金属内胆与碳纤维缠绕结构。
9.根据权利要求6所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，所述储气罐内设有保温层，所述保温层用于将储气罐内的高压氢气保持低温。
10.根据权利要求4所述的深海压缩氢气结构，其特征在于，所述海水输送管道一端通过过滤件与海水进口连接，所述海水输送管道另一端上设有排水泵并与海水出口连接。
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