CN114935108B - 一种加氢站用伴冷式高压氢冷器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种加氢站用伴冷式高压氢冷器。它包括芯体和设置在芯体前后两侧的面板，所述芯体包括若干个并列搭接在一起的芯板，在奇数列的芯板内壁上设有第一流道，在偶数列的芯板内壁上设有第二流道，所述相邻芯板上的第一流道与第二流道交错设置，第一流道与第二流道的上端部设置在芯体上端的左右两侧。它采用微通道式氢气冷却器，在不额外增加冷源的情况下，通过增设的伴冷管路，对残留在加氢软管、拉断阀及加氢枪之间的氢气进行冷却换热，以保证再次充装氢气时，氢气能保持低温状态，无需增加安全阀也可实现氢气充装工序，节省设备制造成本，提高设备的安全性能，降低生产成本，解决了现有技术中存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及氢能技术、加氢制氢设备制造及技术领域，尤其涉及一种加氢站用伴冷式高压氢冷器。
背景技术
在氢能行业快速发展的背景下，加氢站作为产业上游制、储环节与下游应用市场的枢纽，其建设受到了我国的高度重视。加氢站是通过将不同来源的氢气通过压缩机增压储存在站内的高压罐中，再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气的燃气站，是氢燃料电池产业化、商业化的重要基础设施。
加氢站的主要设备包括储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等。因氢气其自身的负焦汤效应，在加注过程中氢气温度会大幅增加，所以氢气冷却器是加注设备中必须配备的重要设备之一。
目前，我国的加氢站储氢设备正由35MPa的三型瓶，逐渐向70MPa的四型瓶过渡。传统的氢气冷却器主要为管壳式换热器，近年来逐渐更新换代为耐高压且换热性能优良的微通道氢冷器。针对35MPa压力下的微通道氢冷器热侧采用一进一出接口配置，冷侧采用一进一出接口配置，可以满足现有工况的使用需求。但是，随着我国70MPa储氢设备的推广应用，与之相对应的冷却设备却无法满足其高压力工况的需求。
氢气加注过程中，高压氢气由气源管路，经过气体过滤器、进气阀、质量流量计，而进入氢冷器，经冷却降温后氢气进入加氢软管，流经拉断阀，加氢枪，最后注入汽车储氢瓶内。35MPa的氢气冷却器，将充装氢气降温度冷却至-5℃，可进行平稳高效的充装工作，在非充气时段，从加氢枪到氢冷器之间软管段内的温度会缓慢升高，当再次充装氢气时，滞留氢气温度与充装瓶内氢气温度存在一定的温度差，但不影响其充装工作。但是在70MPa的氢气充装工况下，根据氢气的特性，氢冷器需将氢气冷却至-40℃，而在非充气时段，滞留在软管段内的氢气在环境温度的影响下会迅速升温。如若长时间停用，滞留气体的温度可高于20℃，其温度差可达到约60℃。当再次充装使用时，受巨大温差的影响，充装管路会发生非常剧烈的反应，这无疑增大了充装的阻力，从而给充装工作带来严重的安全隐患。因此，充装管路为了解决此类安全隐患，常规的做法是加设安全阀，将充装管路中的气体排空，但是这样既增加了设备制造成本，又造成一定的能源气体的浪费。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，它结构设计合理，采用微通道式氢气冷却器，可满足氢气在高压状态下的冷却换热需求，并且，在不额外增加冷源的情况下，通过增设的伴冷管路，对残留在加氢软管、拉断阀及加氢枪之间的氢气进行冷却换热，以保证再次充装氢气时，氢气能保持低温状态，无需增加安全阀也可实现氢气充装工序，节省设备制造成本，进而提高氢气的利用率，避免氢气充装时因存在较大温差而出现较大的充装阻力，提高设备的安全性能，降低生产成本，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，包括芯体和设置在芯体前后两侧的面板，所述芯体包括若干个并列搭接在一起的芯板，在奇数列的芯板内壁上设有第一流道，在偶数列的芯板内壁上设有第二流道，所述相邻芯板上的第一流道与第二流道交错设置，第一流道与第二流道的上端部设置在芯体上端的左右两侧，第一流道与第二流道的下端部设置在芯体下端的左右两侧，在对应第一流道上端部位置的前侧面板上设有贯穿芯体的氢气进口，在对应第一流道下端部位置的前侧面板上设有贯穿芯体的氢气出口，在对应第二流道上端部位置的后侧面板上设有贯穿芯体的冷却液出口，在对应冷却液出口位置的前侧面板上设有伴冷回液口，在对应第二流道下端部位置的后侧面板上设有贯穿芯体的冷却液进口，在对应冷却液进口位置的前侧面板上设有伴冷进液口，一伴冷管路的两端分别连接在伴冷进液口与伴冷出液口上，所述伴冷管路绕设在加氢软管、拉断阀及加氢枪上。
可选地，所述设置在各个芯板上的第一流道呈L形、U形、Z形、人字形或凸形排布。
可选地，所述设置在各个芯板上的第二流道呈L形、U形、Z形、人字形或凸形排布。
可选地，在第一流道内的芯板上沿介质流动方向平行间隔设有若干个第一导流条。
可选地，在第二流道内的芯板上沿介质流动方向平行间隔设有若干个第二导流条。
本发明采用上述技术方案，所具有的优点是：结构设计合理，采用微通道式氢气冷却器，可满足氢气在高压状态下的冷却换热需求，并且，在不额外增加冷源的情况下，通过增设的伴冷管路，对残留在加氢软管、拉断阀及加氢枪之间的氢气进行冷却换热，以保证再次充装氢气时，氢气能保持低温状态，无需增加安全阀也可实现氢气充装工序，节省设备制造成本，进而提高氢气的利用率，避免氢气充装时因存在较大温差而出现较大的充装阻力，提高设备的安全性能，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的芯体、面板的侧视立体结构示意图；
图2为设有第一流道的芯板立体结构示意图；
图3为设有第二流道的芯板立体结构示意图；
图4为本发明的芯体、面板的侧视立体结构示意图；
图5为本发明的结构示意图；
图中，1、芯体；101、芯板；102、第一流道；103、第二流道；
2、面板；3、氢气进口；4、氢气出口；5、冷却液出口；6、伴冷回液口；7、冷却液进口；8、伴冷进液口；9、伴冷管路；10、第一导流条；11、第二导流条。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
如图1-5所示，本实施例中，一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，包括芯体和设置在芯体1前后两侧的面板2，所述芯体1包括若干个并列搭接在一起的芯板101，在奇数列的芯板101内壁上设有第一流道102，在偶数列的芯板101内壁上设有第二流道103，所述相邻芯板101上的第一流道102与第二流道103交错设置，第一流道102与第二流道103的上端部设置在芯体1上端的左右两侧，第一流道102与第二流道103的下端部设置在芯体1下端的左右两侧，在对应第一流道102上端部位置的前侧面板2上设有贯穿芯体1的氢气进口3，在对应第一流道102下端部位置的前侧面板2上设有贯穿芯体1的氢气出口4，在对应第二流道102上端部位置的后侧面板2上设有贯穿芯体1的冷却液出口5，在对应冷却液出口5位置的前侧面板2上设有伴冷回液口6，在对应第二流道103下端部位置的后侧面板2上设有贯穿芯体1的冷却液进口7，在对应冷却液进口7位置的前侧面板2上设有伴冷进液口8，一伴冷管路9的两端分别连接在伴冷进液口8与伴冷出液口6上，所述伴冷管路9绕设在加氢软管、拉断阀及加氢枪上。
可选地，所述设置在各个芯板101上的第一流道102呈L形、U形、Z形、人字形或凸形排布。延长第一流道102在该芯板101内的路径长度，从而在有限的区域内，增大与相邻芯板101的接触面积，进而提高换热效率。
可选地，所述设置在各个芯板101上的第二流道102呈L形、U形、Z形、人字形或凸形排布。延长第二流道103在该芯板101内的路径长度，从而在有限的区域内，增大与相邻芯板101的接触面积，进而提高换热效率。
可选地，在第一流道102内的芯板101上沿介质流动方向平行间隔设有若干个第一导流条10。使介质可以更均匀的分布在第一流道102内，从而增大与相邻芯板101的接触面积，进而提高换热效率。
可选地，在第二流道102内的芯板101上沿介质流动方向平行间隔设有若干个第二导流条11。使介质可以更均匀的分布在第二流道103内，从而增大与相邻芯板101的接触面积，进而提高换热效率。
本装置在组装管路时，需将气源管路的进口连接在前侧面板2的氢气进口3上，并将加氢软管连接在前侧面板2的氢气出口4上；然后，将冷却液进液管连接在冷却液进口7上，再将冷却液出液管连接在冷却液出口5上；再将伴冷管路9的一端连接在伴冷回液口6上，并将伴冷管路9缠绕在加氢软管、拉断阀及加氢枪上，另一端连接在伴冷进液口8上。氢冷器在工作时，高压氢气由气源管路，经过气体过滤器、进气阀、质量流量计，进入氢冷器的氢气进口3，并从各个芯板101的第一流道102上端部进入第一流道102内，氢气经过各个第一导流条10充满第一流道102，最后，从各个第一流道102下端部汇流到氢气出口4。与此同时，冷却液则通过冷却液进液管进入到各个芯板101的第二流道103内，一部分冷却液从各个芯板101的第二流道103下端部进入到第二流道103内，冷却液经过各个第二导流条11充满第二流道103，最后，从各个第二流道103上端部汇流到冷却液出口5，进而流入冷却液出液管；另一部分冷却液则从伴冷进液口8进入到伴冷管路9内，最后，流入伴冷回液口6，汇流后从冷却液出口5流出。在不额外增加冷源的情况下，通过增设的伴冷管路9，对残留在加氢软管、拉断阀及加氢枪之间的氢气进行冷却换热，以保证再次充装氢气时，氢气能保持低温状态，无需增加安全阀也可实现氢气充装工序，节省设备制造成本，进而提高氢气的利用率，避免氢气充装时因存在较大温差而出现较大的充装阻力，提高设备的安全性能，降低生产成本，解决了现有技术中存在的问题。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (5)
1.一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，其特征在于，包括芯体和设置在芯体前后两侧的面板，所述芯体包括若干个并列搭接在一起的芯板，在奇数列的芯板内壁上设有第一流道，在偶数列的芯板内壁上设有第二流道，相邻芯板上的第一流道与第二流道交错设置，第一流道与第二流道的上端部设置在芯体上端的左右两侧，第一流道与第二流道的下端部设置在芯体下端的左右两侧，在对应第一流道上端部位置的前侧面板上设有贯穿芯体的氢气进口，在对应第一流道下端部位置的前侧面板上设有贯穿芯体的氢气出口，在对应第二流道上端部位置的后侧面板上设有贯穿芯体的冷却液出口，在对应冷却液出口位置的前侧面板上设有伴冷回液口，在对应第二流道下端部位置的后侧面板上设有贯穿芯体的冷却液进口，在对应冷却液进口位置的前侧面板上设有伴冷进液口，一伴冷管路的两端分别连接在伴冷进液口与伴冷出液口上，所述伴冷管路绕设在加氢软管、拉断阀及加氢枪上。
2.根据权利要求1所述的一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，其特征在于，所述设置在各个芯板上的第一流道呈L形、U形、Z形、人字形或凸形排布。
3.根据权利要求1或2所述的一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，其特征在于，所述设置在各个芯板上的第二流道呈L形、U形、Z形、人字形或凸形排布。
4.根据权利要求3所述的一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，其特征在于，在第一流道内的芯板上沿介质流动方向平行间隔设有若干个第一导流条。
5.根据权利要求3所述的一种加氢站用伴冷式高压氢冷器，其特征在于，在第二流道内的芯板上沿介质流动方向平行间隔设有若干个第二导流条。
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