CN115247755A - 加氢装置以及方法、系统 - Google Patents

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何难
陈翼
金群莲
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Abstract

本申请提供一种加氢装置以及方法、系统。所述加氢装置包括氢气源氢罐、压缩机、第一加氢罐、第二加氢罐、加氢机构以及控制所述加氢机构与所述第一加氢罐和所述第二加氢罐导通或关闭的第一控制阀；以及控制所述氢气源与所述第一加氢罐和所述第二加氢罐导通或关闭的第二控制阀。本申请通过氢气源氢罐、第一加氢罐以及第二加氢罐循环加氢，并循环对第一加氢罐和第二加氢罐补充氢气，无需等待将低压氢气加压至高压状态，实现了加氢装置进行连续加氢的目的；同时，由于循环对第一加氢罐和第二加氢罐补氢，提高氢气压力，较高的氢气压力可以提高加氢装置氢气加注速度，避免用户氢气加注过程等待时间较长的现象。

Description

加氢装置以及方法、系统
技术领域
本申请涉及新能源技术领域，具体涉及一种加氢装置以及方法、系统。
背景技术
目前，氢能是一种储量大、能量密度高且清洁的新能源，大力发展氢能产业是未来能源利用低碳化发展的重要方向，其中包含制氢、储氢、氢能利用等已经成为世界各国在能源规划中优先布局的产业链。
目前对于无固定氢源的场景，例如对于移动式加氢装置，移动式加氢装置包括固定容量的储氢罐以及增压设备，当加注车辆到场后连接加氢机后，增压设备启动将储氢罐的氢气增压加注给车辆，最终使得加注车辆的氢气压力达到预设压力值(例如35Mpa)，然而储氢罐的氢气压力较低，加注过程需要等待压力缓慢上升，氢气加注时间较长；同时在连续加注的过程，因固定容量的储氢罐压力的降低，存在加注速度会越来越慢的现象，影响用户使用体验。
发明内容
本申请提供一种加氢装置以及方法、系统，旨在解决目前无固定氢源的加氢装置加注速度较慢的技术问题。
第一方面，本申请提供一种加氢装置，加氢装置包括：
加氢单元，加氢单元包括第一加氢罐、第二加氢罐、加氢机构以及控制加氢机构与第一加氢罐和第二加氢罐导通或关闭的第一控制阀；
补氢单元，补氢单元包括氢气源、压缩机以及控制氢气源与第一加氢罐和第二加氢罐导通或关闭的第二控制阀，压缩机用于向第一加氢罐和第二加氢罐补充氢气；
其中，在加氢装置处于工作状态时，第一控制阀控制第一加氢罐和第二加氢罐与加氢机构导通以向加氢对象加氢，且第二控制阀控制第一加氢罐和第二加氢罐与氢气源导通以向其补充氢气。
在一些实施例中，加氢装置具有第一工作状态以及第二工作状态，
在加氢装置处于第一工作状态时，第一控制阀控制第一加氢罐与加氢机构导通以向加氢对象一次加氢；
在加氢装置处于第二工作状态时，第一控制阀和第二控制阀控制第二加氢罐与加氢机构和氢气源导通，以向加氢对象二次加氢。
在一些实施例中，加氢装置具有第一工作状态以及第二工作状态；
在加氢装置处于第一工作状态时，第一控制阀控制第一加氢罐和第二加氢罐中的一者与加氢机构导通以向加氢对象一次加氢，且第二控制阀控制第一加氢罐和第二加氢罐中的另外一者与氢气源导通以向其补充氢气；
在加氢装置处于第二工作状态时，第一控制阀和第二控制阀控制第一加氢罐和第二加氢罐中已补充氢气的一者与加氢机构和氢气源导通，以向加氢对象二次加氢。
在一些实施例中，氢气源包括第一级储氢罐，压缩机用于抽取第一级储氢罐的氢气并向第一加氢罐和第二加氢罐提供补充的氢气。
在一些实施例中，第一级储氢罐与加氢机构连接，加氢单元还包括控制第一级储氢罐与加氢机构导通或关闭的第三控制阀；
第三控制阀用于控制第一级储氢罐与加氢机构导通以向加氢对象输入预先平衡压力的氢气。
在一些实施例中，第一级储氢罐内氢气的压力为15Mpa至30Mpa，第一加氢罐与第二加氢罐内氢气的压力为35Mpa至45Mpa；或者
第一级储氢罐内氢气的压力为30Mpa至40Mpa，第一加氢罐与第二加氢罐内氢气的压力为70Mpa至80Mpa。
在一些实施例中，氢气源还包括第二级储氢罐，压缩机用于抽取第二级储氢罐的氢气并向第一加氢罐和第二加氢罐提供补充的氢气。
在一些实施例中，第二级储氢罐与加氢机构连接，加氢单元还包括控制第二级储氢罐与加氢机构导通或关闭的第四控制阀；
第四控制阀用于控制第二级储氢罐与加氢机构导通以向加氢对象输入平衡最终压力的氢气。
在一些实施例中，第二级储氢罐内氢气的压力为35Mpa至45Mpa，第一加氢罐与第二加氢罐内氢气的压力为20Mpa至30Mpa；或者
第二级储氢罐内氢气的压力为70Mpa至80Mpa，第一加氢罐与第二加氢罐内氢气的压力为50Mpa至60Mpa。
在一些实施例中，第一加氢罐与第二加氢罐内氢气的压力为35Mpa至45Mpa；或者
第一加氢罐与第二加氢罐内氢气的压力为70Mpa至80Mpa。
在一些实施例中，加氢装置还包括移动机构，加氢单元和补氢单元位于移动机构上。
第二方面，本申请提供一种加氢方法，加氢方法包括：
提供第一加氢罐、第二加氢罐以及氢气源，其中，第一加氢罐和第二加氢罐内设有第一预设压力的氢气；
控制第一加氢罐和第二加氢罐中的一者与第一加氢对象连通，以向第一加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气，直至第一加氢对象的压力达到第一预设条件；
控制第一加氢罐和第二加氢罐中的另一者与第一加氢对象和氢气源连通，以向第一加氢对象输入第一预设压力的氢气，直至第一加氢对象的压力达到第二预设条件。
在一些实施例中，在第一加氢对象的压力达到第二预设条件之后，加氢方法还包括：
控制第一加氢罐和第二加氢罐中氢气压力满足第一预设压力的一者与第二加氢对象连通，以向第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气；
在向第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气的同时，控制第一加氢罐和第二加氢罐中低于第一预设压力的一者与氢气源连通，以使其恢复至第一预设压力。
在一些实施例中，第一预设压力为35Mpa至45Mpa；或者
第一预设压力为70Mpa至80Mpa。
在一些实施例中，第一预设条件为第一加氢罐和第二加氢罐中与第一加氢对象连通一者的压力与第一加氢对象压力平衡；
第二预设条件为第一加氢对象的压力达到第一预设压力。
第三方面，本申请提供一种加氢系统，包括如第一方面所述的加氢装置以及控制器，加氢装置与控制器通讯连接。
本申请通过氢气源、第一加氢罐以及第二加氢罐循环加氢，并循环对第一加氢罐和第二加氢罐补充氢气，无需等待将低压氢气加压至高压状态，实现了加氢装置进行连续加氢的目的；同时，由于循环对第一加氢罐和第二加氢罐补氢，提高氢气压力，较高的氢气压力可以提高加氢装置氢气加注速度，避免用户氢气加注过程等待时间较长的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例中提供的加氢装置的一种结构示意图；
图2是本申请实施例中提供的加氢装置的另一种结构示意图；
图3是本申请实施例中提供的加氢装置的另一种结构示意图；
图4是本申请实施例中提供的加氢装置的另一种结构示意图；
图5是本申请实施例中提供的加氢装置的另一种结构示意图；
图6是本申请实施例中提供的加氢装置的另一种结构示意图；
图7是本申请实施例中提供的加氢装置的另一种结构示意图；
图8是本申请实施例中提供的加氢方法的一种流程示意图。
其中：
10加氢单元，11第一加氢罐，12第二加氢罐，13加氢机构，14第一控制阀，15第三控制阀，16第一级储氢罐，17第二级储氢罐，18第四控制阀；
20补氢单元，21氢气源，22压缩机，23第二控制阀，30移动机构。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。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个所述特征。在本发明的描述中，“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，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
本申请实施例提供一种加氢装置、加氢方法以及加氢系统，特别适用于无固定氢气源的场景，例如移动式加氢场景，以下分别进行详细说明。
首先，参阅图1，图1示出了本申请实施例中加氢装置的一种结构示意图，其中，加氢装置包括：
加氢单元10，加氢单元10包括第一加氢罐11、第二加氢罐12、加氢机构13以及控制加氢机构13与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭的第一控制阀14；
补氢单元20，补氢单元20包括氢气源21、压缩机22以及控制氢气源21与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭的第二控制阀23，压缩机22用于向第一加氢罐11和第二加氢罐12补充氢气；
其中，在加氢装置处于工作状态时，第一控制阀14控制第一加氢罐11和第二加氢罐12与加氢机构13导通以向加氢对象加氢，且第二控制阀23控制第一加氢罐11和第二加氢罐12与氢气源21导通以向其补充氢气。
在一些实施例中，第一控制阀14可以控制第一加氢罐11和第二加氢罐12交替与加氢机构13导通以向加氢对象加氢，第二控制阀23控制第一加氢罐11和第二加氢罐12交替与氢气源21导通以向其补充氢气，进而无需等待将低压氢气加压至高压状态，实现了加氢装置进行连续加氢的目的；同时，由于交替对第一加氢罐11和第二加氢罐12补氢，提高氢气压力，较高的氢气压力可以提高加氢装置氢气加注速度，避免用户氢气加注过程等待时间较长的现象。
具体的，交替向加氢对象加氢可以是在针对本次加氢对象加氢过程中，先经过第一加氢罐11后，再经过第二加氢罐12加氢，在向下一加氢对象加氢时，先经过第二加氢罐12加氢，然后再经过第一加氢罐11加氢。可以理解的，交替向加氢对象加氢还可以是单个加氢对象经过第一加氢罐11、第二加氢罐12交替多次(例如3次)加氢；或者在本次加氢对象采用第一加氢罐11加氢，在下一加氢对象加氢时采用第二加氢罐12加氢。
第一加氢罐11和第二加氢罐12交替与氢气源21导通以向其补充氢气可以是在本次加氢对象持续对第一加氢罐11补氢，在向下一加氢对象加氢时，持续对第二加氢罐12补氢。可以理解的，第一加氢罐11和第二加氢罐12交替与氢气源21导通还可以是在对同一加氢对象加氢时，第一加氢罐11向加氢对象输入氢气，氢气源21向第二加氢罐12补氢，当第一加氢罐11氢气耗尽时，氢气源21向第一加氢罐11补氢，并且切换为第二加氢罐12向加氢对象输入氢气。
在本申请的一些实施例中，为了适配于无稳定氢源的移动式加氢场景，避免移动式加氢场景氢气源21被消耗后压力降低而导致加注速度会越来越慢的现象，加氢装置具有第一工作状态以及第二工作状态。在加氢装置处于第一工作状态时，第一控制阀14控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中的一者与加氢机构13导通以向加氢对象一次加氢，且第二控制阀23控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中的另外一者与氢气源21导通以向其补充氢气；在加氢装置处于第二工作状态时，第一控制阀14和第二控制阀23控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中已补充氢气的一者与加氢机构13和氢气源21导通，以向加氢对象二次加氢。
本申请通过包括第一加氢罐11以及第二加氢罐12轮流交替对加氢对象加氢，可以在第一工作状态时，第一控制阀14控制第一加氢罐11和第二加氢罐12的一者与加氢机构13导通以向加氢对象进行预加氢，并向第一加氢罐11和第二加氢罐12中的另外一者补充氢气，在第二工作状态时，第一控制阀14和第二控制阀23控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中已补充氢气的一者与加氢机构13和氢气源21导通，以向加氢对象进而二次加氢达到储氢压力并完成加氢过程。
在下一加氢对象加氢时，由于第一加氢罐11和第二加氢罐12中的一者通过补氢单元20保压，可以直接使用其作为平压罐在第一工作状态向加氢对象输入氢气，并在同时补氢单元20对另外一者输入氢气使其补充氢气，然后在第二工作状态采用已补充氢气的罐体对加氢对象二次加氢，使其达到储氢压力并完成加氢过程。
上述过程第一加氢罐11以及第二加氢罐12交替循环加氢，并交替对第一加氢罐11和第二加氢罐12补充氢气，无需等待将低压氢气加压至高压状态，实现了加氢装置进行连续加氢的目的；同时，由于交替对第一加氢罐11和第二加氢罐12补氢，提高氢气压力，较高的氢气压力可以提高加氢装置氢气加注速度，避免用户氢气加注过程等待时间较长的现象。
在本申请另外的一些实施例中，例如对于加氢装置具有第一工作状态以及第二工作状态的实施例，针对每一加氢对象，加氢对象可以均按顺序经过第一加氢罐11、第二加氢罐12加氢，例如，在加氢装置处于第一工作状态时，第一控制阀14控制第一加氢罐11与加氢机构13导通以向加氢对象一次加氢；在加氢装置处于第二工作状态时，第一控制阀14和第二控制阀23控制第二加氢罐12与加氢机构13和氢气源21导通，以向加氢对象二次加氢。
在上述加氢过程中，由于第二加氢罐12需保持加氢对象的氢气达到预设压力(例如35Mpa)，因此在第二工作状态第二控制阀23控制第二加氢罐12与氢气源21导通，以保证第二加氢罐12的压力。可以理解的，当第二加氢罐12完成加氢并保持在一定压力(例如35Mpa)时，此时则可以控制第二控制阀23导通第一加氢罐11和氢气源21，以使得第一加氢罐11压力恢复，例如恢复至35Mpa，以避免下一加氢对象加氢时需等待第一加氢罐11压力恢复的现象。
本申请通过氢气源21氢罐、第一加氢罐11以及第二加氢罐12循环加氢，并循环对第一加氢罐11和第二加氢罐12补充氢气，无需等待将低压氢气加压至高压状态，实现了加氢装置进行连续加氢的目的；同时，由于循环对第一加氢罐11和第二加氢罐12补氢，提高氢气压力，较高的氢气压力可以提高加氢装置氢气加注速度，避免用户氢气加注过程等待时间较长的现象。
具体的，加氢单元10用于向加氢对象(例如氢能源汽车)输入氢气。其中，加氢单元10包括第一加氢罐11、第二加氢罐12、加氢机构13以及控制加氢机构13与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭的第一控制阀14。
第一加氢罐11、第二加氢罐12是指用于储存氢气的容器。在本申请的一些实施例中，第一加氢罐11、第二加氢罐12可以存储同处于第一预设压力的氢气，例如第一加氢罐11、第二加氢罐12的第一预设压力为35Mpa至45Mpa，或者70Mpa至80Mpa，以便于针对标准压力为35Mpa和70Mpa的容器充入氢气。第一加氢罐11、第二加氢罐12在加氢装置的第一工作状态以及第二工作状态时，第一加氢罐11、第二加氢罐12轮流交替输出初始压力为第一预设压力的氢气、保持在第一预设压力附近的氢气，以在第一工作状态对加氢对象预加氢，并在第二工作状态进行二次加氢以使其氢气达到第一预设压力。
示例性的，当第一加氢罐11作为第一工作状态的加氢罐时，第一加氢罐11向加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气，第一加氢罐11的氢气压力下降，加氢对象的氢气压力上升，当第一加氢罐11与加氢对象的压力平衡后，第二加氢罐12向加氢对象输入保持在第一预设压力附近的氢气，此时第二加氢罐12的压力保持在第一预设压力附近，而加氢对象的压力逐渐上升至第一预设压力并完成加氢。在对下一加氢对象进行加氢时，由于第二加氢罐12保持在第一预设压力附近，因此此时第二加氢罐12作为第一工作状态的加氢罐，在平衡与加氢对象氢气压力的同时恢复第一加氢罐11至第一预设压力，进而可以在第二工作状态采用第一加氢罐11进行二次加氢使加氢对象氢气压力上升至第一预设压力。
在本申请的一些实施例中，第一加氢罐11、第二加氢罐12可以设置入料口和出料口，以便于通过入料口吸入氢气，经出料口向加氢对象输出保持在第一预设压力附近的氢气。示例性的，第一加氢罐11、第二加氢罐12可以是聚乙烯储罐、聚丙烯储罐、玻璃钢储罐、陶瓷储罐、橡胶储罐、不锈钢储罐等。值得注意的是，第一加氢罐11、第二加氢罐12亦可指其他可以储存多相混合物的容器，例如亦可是密闭箱体等。
加氢机构13主要用于与第一加氢罐11、第二加氢罐12连接，在对加氢对象加氢时与加氢对象的氢气输入口连接，以避免氢气泄漏的风险。以对氢能源汽车进行加氢为例，加氢机构13可以为加氢枪，加氢枪通过其出口向加氢对象输入氢气。可以理解的，加氢机构13还可以为加氢嘴、加氢快速连接器、加氢快速接头、加氢机等以向其他储存氢气、使用氢气的对象(例如小型储氢罐)输入氢气。
第一控制阀14用于控制加氢机构13与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭，以便于在加氢时加氢机构13导通符合第一工作状态或第二工作状态的加氢罐。作为一示例性的，参阅图1，第一控制阀14可以为单个阀门，例如三通阀门，以便于直接通过单个阀门控制加氢机构13与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭，减少阀门数量并降低控制复杂程度。
作为另外一示例性的，参阅图2，图2示出了本申请实施例中加氢装置的另外一种结构示意图，其中第一控制阀14还可以为多个阀门，例如设置在第一加氢罐11和第二加氢罐12出料口处的两个二通阀门。示例性的，第一控制阀14可以为电动阀、气动阀、液动阀或电磁阀等。
补氢单元20主要用于对第一加氢罐11和第二加氢罐12补充氢气，以使其保持在第一预设压力附近/恢复至第一预设压力。其中，补氢单元20包括氢气源21、压缩机22以及控制氢气源21与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭的第二控制阀23。在本申请的一些实施例中，例如对于移动式加氢场景，氢气源21可以是储存氢气的储氢罐，在本申请的另外一些实施例中，例如对于固定式加氢场景，氢气源21可以是可持续补充氢气的氢气管网。可以理解的，氢气源21还可以是制氢装置，例如通过天然气制氢或电解水制氢以持续产生充足的氢气。
压缩机22作为压缩氢气源21的氢气并将其输入第一加氢罐11和第二加氢罐12的动力源。在本申请的一些实施例中，如图1所示，压缩机22可以为单个压缩装置，单个压缩机22通过两根管线分别与第一加氢罐11和第二加氢罐12连接并输入氢气。示例性的，压缩机22可以为往复式压缩机或旋转式压缩机，例如活塞式压缩机、滑片式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机、涡流式压缩机等。可以理解的，氢气源21还可以分别通过两根单独的管线与第一加氢罐11和第二加氢罐12连接，并同时在两根单独的管线设置两个压缩机22以分别向第一加氢罐11和第二加氢罐12输入氢气。
第二控制阀23用于控制氢气源21与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭的第二控制阀23，以使得第一加氢罐11和第二加氢罐12保持在第一预设压力附近或恢复至第一预设压力。作为一示例性的，参阅图1，第二控制阀23可以为多个阀门，例如设置第一加氢罐11和第二加氢罐12入料口处的两个二通阀门，以便于针对第一加氢罐11和第二加氢罐12进行导通或关闭的独立控制。
作为另外一示例性的，参阅图3，图3示出了本申请实施例中加氢装置的另外一种结构示意图，其中，第一加氢罐11和第二加氢罐12分别通过两根管路支路以及同一根管线与氢气源21导通，第一控制阀14可以为设置于两根管路支路与同一根管线交汇处的单个阀门，例如三通阀门，以便于直接通过单个阀门控制氢气源21与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭，减少阀门数量并降低控制复杂程度。
作为一种加氢装置的加氢示意性过程描述，当对加氢对象进行加氢时，第一加氢罐11和第二加氢罐12均处于第一预设压力状态，在第一工作状态第一控制阀14导通第一加氢罐11与加氢机构13，加氢机构13向加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气，第一加氢罐11压力降低，加氢对象的氢气压力上升，压力平衡后实现对加氢对象的预加氢。在第二工作状态第二控制阀23导通第二加氢罐12与加氢机构13，同时第一控制阀14导通第二加氢罐12与氢气源21，通过压缩机22向第二氢气罐输送氢气，以使得第二加氢罐12保持在在第一预设压力附近的情况下对加氢对象进行加氢，当加氢对象的氢气压力上升至第一预设压力后，即可完成该加氢对象的加氢过程。
当对下一加氢对象进行加氢时，由于第二加氢罐12保持第一预设压力，第一加氢罐11压力低于第一预设压力，因此可以采用第二加氢罐12在第一工作状态对加氢对象进行加氢，同时向第一加氢罐11补充氢气以使其氢气压力上升至第一预设压力，以便于在第二工作状态无需等待第一加氢罐11压力上升，最终实现第一加氢罐11以及第二加氢罐12交替轮流进行氢气加注的过程，避免了加氢对象等待氢气压力上升再进行氢气加注的现象。
在本申请的一些实施例中，为了便于针对无固定氢源的加氢场景使第一加氢罐11和第二加氢罐12保持在第一预设压力附近或恢复至第一预设压力，例如移动式加氢装置中，例如参阅图4，图4示出了本申请实施例中加氢装置的另外一种结构示意图，氢气源21包括第一级储氢罐16，压缩机用于抽取第一级储氢罐16的氢气并向第一加氢罐11和第二加氢罐12提供补充的氢气，在无固定氢源的加氢场景中保证较高压力的第一加氢罐11和第二加氢罐12具有充足的氢气源21的目的。
进一步的，为了降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率，参见图4，其中，第一级储氢罐16与加氢机构13连接，加氢单元10还包括控制第一级储氢罐16与加氢机构13导通或关闭的第三控制阀15；第三控制阀15用于控制第一级储氢罐16与加氢机构13导通以向加氢对象输入预先平衡压力的氢气，其中，第一级储氢罐16用于存储第一级预设压力的氢气，第一级预设压力低于第一预设压力，例如，第一级预设压力为15Mpa至30Mpa，第一预设压力为35Mpa至45Mpa；或者第一级预设压力为30Mpa至40Mpa，第一预设压力为70Mpa至80Mpa。
在加氢装置处于第一工作状态之前，第三控制阀15控制第一级储氢罐16与加氢机构13导通，以向加氢对象输入第一级预设压力的氢气，由于第一级预设压力的氢气低于第一预设压力，因此可以预先平衡加氢对象的压力，例如可以采用15Mpa的氢气预先平衡氢气压力处于5Mpa的加氢对象，避免直接采用35Mpa的氢气直接平衡氢气压力处于5Mpa的加氢对象，进而可以减小压力损失，降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率。
在本申请的一些实施例中，例如针对每一加氢对象，加氢对象可以均按顺序经过第一加氢罐11、第二加氢罐12加氢的实施例中，加氢装置依次通过第一级储氢罐16、第一加氢罐11以及第二加氢罐12按顺序加氢，第一级储氢罐16预先与加氢对象平衡压力，然后由第一加氢罐11升压，最终由第二加氢罐12加注至预设压力(例如35Mpa)，在降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率的同时，第一加氢罐11、第二加氢罐12的高压氢气提高了氢气加注速度，同时也避免了因固定容量的储氢罐压力的降低，导致氢气加注速度越来越慢的现象。
在本申请的一些实施例中，为了便于针对无固定氢源的加氢场景使第一加氢罐11和第二加氢罐12保持在第一预设压力附近或恢复至第一预设压力，例如移动式加氢装置中，参阅图5，图5示出了本申请实施例中加氢装置的另外一种结构示意图，氢气源21还包括第二级储氢罐17，压缩机22用于抽取第二级储氢罐17的氢气并向第一加氢罐11和第二加氢罐12提供补充的氢气，在无固定氢源的加氢场景中保证较高压力的第一加氢罐11和第二加氢罐12具有充足的氢气源21的目的。
作为降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率的另一示例性的，参见图5，其中，第二级储氢罐17与加氢机构13连接，加氢单元10还包括控制第二级储氢罐17与加氢机构13导通或关闭的第四控制阀18；第四控制阀18用于控制第二级储氢罐17与加氢机构13导通以向加氢对象输入平衡最终压力的氢气。其中，第二级储氢罐17用于存储第二级预设压力的氢气，其中第二级预设压力大于第一预设压力，例如第二级预设压力35Mpa至45Mpa，第一预设压力为20Mpa至30Mpa；或者第二级预设压力70Mpa至80Mpa，第一预设压力为50Mpa至60Mpa。
在加氢装置处于第二工作状态之后，第四控制阀18控制第二级储氢罐17与加氢机构13导通，以向加氢对象输入平衡最终压力的氢气，即加氢对象在经第一工作状态、第二工作状态压力上升后，最终采用压力较高的第二级储氢罐17平衡最终压力，例如加氢对象在经第一工作状态、第二工作状态压力上升至25Mpa，然后采用压力为40Mpa的第二级储氢罐17平衡最终压力，进而实现了多级加氢以减小压力损失的目的，降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率。
可以理解的，加氢装置还可以设置更多的加氢罐，例如如图5所示，加氢装置同时包括第一级加氢罐以及第二级加氢罐，又例如，设置第三级加氢罐、第四级加氢罐，实现四级加氢、五级加氢过程。
在本申请的一些实施例中，为了便于针对移动加氢场景进行移动式的氢气加注，参阅图6，图6示出了本申请实施例中加氢装置的另外一种结构示意图，其中加氢装置还包括移动机构30，加氢单元10和补氢单元20位于移动机构30上，便于通过进行移动式的氢气加注。示例性的，移动机构30可以为移动货车、拖车等。
值得注意的是，上述关于加氢装置的说明描述仅为清楚说明本申请的验证过程，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述装置做出等同的修改设计，例如，参阅图7，图7示出了本申请实施例中加氢装置的另一种结构示意图，其中，加氢装置具有两个加氢单元10，两个加氢单元10均与补氢单元20连接，进而可以实现两个加氢单元10轮流交替进行氢气加注的过程。
为了更好实施本申请实施例中加氢装置，在加氢装置基础之上，本申请实施例中还提供一种加氢方法，如图8所示，图8示出了本申请实施例中加氢方法的一种流程示意图，加氢方法包括：
步骤S801，提供第一加氢罐11、第二加氢罐12以及氢气源21，其中，第一加氢罐11和第二加氢罐12内设有第一预设压力的氢气；
具体的，第一加氢罐11、第二加氢罐12作为加氢单元10的组成部分，加氢单元10还包括与用于与加氢对象连接的加氢机构13，以及控制加氢机构13与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭的第一控制阀14；补氢单元20，氢气源21作为补氢单元20的组成部分，补氢单元20还包括压缩机22以及控制氢气源21与第一加氢罐11和第二加氢罐12导通或关闭的第二控制阀23，压缩机22用于向第一加氢罐11和第二加氢罐12补充氢气。在本申请的一些实施例中，第一预设压力为35Mpa至45Mpa；或者第一预设压力为70Mpa至80Mpa，以便于针对35Mpa以及70Mpa标准压力的罐体充入氢气。
步骤S802，控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中的一者与第一加氢对象连通，以向第一加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气，直至第一加氢对象的压力达到第一预设条件。
具体的，加氢对象是指存储或使用氢气的装置，例如氢能源汽车。其中，控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中的一者与第一加氢对象连通，以向第一加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气可以是通过阀门控制方式实现，例如，控制第一控制阀14导通第一加氢罐11与加氢机构13导通，以向第一加氢对象预加氢输入初始压力为第一预设压力的氢气。
在本申请的一些实施例中，第一预设条件可以是第一加氢对象的压力值达到阈值，例如第一预设条件为第一加氢对象的压力值达到15Mpa。在本申请另外的一些实施例中，第一预设条件还可以是第一加氢罐和第二加氢罐中与第一加氢对象连通一者的压力与第一加氢对象压力平衡，例如，第一加氢对象的氢气压力与第一加氢罐11的氢气压力均为15Mpa。
步骤S803，控制第一加氢罐和第二加氢罐中的另一者与第一加氢对象和氢气源连通，以向第一加氢对象输入第一预设压力的氢气，直至第一加氢对象的压力达到第二预设条件。
当第一加氢对象的氢气压力满足第一预设条件时，则可以控制补氢单元20和第一加氢罐11和第二加氢罐12中的另一者工作，以向第一加氢对象输入保持在第一预设压力附近的氢气，以使得第一加氢对象的氢气压力最终达到第一预设压力。其中，可以控制补氢单元20和第二加氢罐12工作可以通过阀门控制实现，例如控制第一控制阀14和第二控制阀23导通第二加氢罐12与加氢机构13和氢气源21，在想第一加氢对象输入氢气的同时。氢气源21向其补充氢气，以向加氢对象输入保持在第一预设压力附近的氢气。
在本申请的一些实施例中，第二预设条件可以是指第一加氢对象的压力值达到阈值，例如第一加氢对象的压力值达到35Mpa或70Mpa。在本申请的另外一些实施例中，第二预设条件为第一加氢对象的压力达到第一预设压力。当第一加氢对象的氢气压力满足第二预设条件后，即可以完成对第一加氢对象的加氢过程。
在本申请的一些实施例中，在第一加氢对象的压力达到第二预设条件之后，加氢方法还包括：
控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中氢气压力满足第一预设压力的一者与第二加氢对象连通，以向第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气；
在向第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气的同时，控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中低于第一预设压力的一者与氢气源21连通，以使其恢复至第一预设压力。
当第一加氢对象的氢气压力满足第二预设条件后完成加氢过程后，对于下一加氢对象，例如第二加氢对象进行加氢，由于在对第一加氢对象加氢过程中第一加氢罐11和第二加氢罐12中的一者保持第一预设压力左右，因此此时可以直接控制其向第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气，避免第二加氢对象需等待加氢罐压力恢复至第一预设压力的现象。具体的，可以通过控制阀门实现，例如，控制第一控制阀14导通第二加氢罐12与加氢机构13导通，以向第一加氢对象预加氢输入初始压力为第一预设压力的氢气。
在第一加氢对象的压力达到第二预设条件之后，向第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气的同时，控制第一加氢罐11和第二加氢罐12中低于第一预设压力的一者与氢气源21连通，以使其恢复至第一预设压力，以便于第一加氢罐11和第二加氢罐12中低于第一预设压力的一者恢复至第一预设压力并对第二加氢对象进行加氢，避免对第二加氢对象加氢时需等待加氢罐恢复至第一预设压力的现象。具体的，可以通过控制阀门以及压缩机22实现加氢罐的氢气补充，例如，可以通过控制第二控制阀23导通第一加氢罐11与氢气源21，并控制压缩机22工作以使第一加氢罐11恢复至第一预设压力。
上述过程第一加氢罐11以及第二加氢罐12交替循环加氢，并交替对第一加氢罐11和第二加氢罐12补充氢气，无需等待将低压氢气加压至高压状态，实现了加氢装置进行连续加氢的目的；同时，由于交替对第一加氢罐11和第二加氢罐12补氢，提高氢气压力，较高的氢气压力可以提高加氢装置氢气加注速度，避免用户氢气加注过程等待时间较长的现象。
在本申请的一些实施例中，为了降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率，在向第一加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气之前，加氢方法还包括：
控制第一级储氢罐16向第一加氢对象输入第一级预设压力的氢气，第一级预设压力小于第一预设压力，以向第一加氢对象输入第一级预设压力的氢气。
在本申请的一些实施例中，第一级预设压力为15Mpa至30Mpa，第一预设压力为35Mpa至45Mpa；或者第一预设压力为30Mpa至40Mpa，第一预设压力为70Mpa至80Mpa。由于第一级预设压力的氢气低于第一预设压力，因此可以预先平衡加氢对象的压力，例如可以采用15Mpa的氢气预先平衡氢气压力处于5Mpa的加氢对象，避免直接采用35Mpa的氢气直接平衡氢气压力处于5Mpa的加氢对象，进而可以减小压力损失，降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率。具体的，可以通过控第三控制阀15控制第一级储氢罐16与加氢机构13导通，以向加氢对象输入第一级预设压力的氢气。
在本申请的一些实施中，作为降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率的另一示例性的，在第一加氢对象的氢气压力满足第二预设条件之后，加氢方法还包括：
控制第二级储氢罐17向第一加氢对象输入第二级预设压力的氢气，第二级预设压力大于第一预设压力，以向第一加氢对象输入第二级预设压力的氢气。
在本申请的一些实施例中，第二级预设压力为35Mpa至45Mpa，第一预设压力为20Mpa至30Mpa；或者第二级预设压力为70Mpa至80Mpa，第一预设压力为50Mpa至60Mpa。由于第二级预设压力的氢气高于第一预设压力，因此在采用第一加氢罐11和第二加氢罐12预先平衡第一加氢对象的压力后，最终采用压力较高的第二级储氢罐17平衡最终压力，例如加氢对象在经第一加氢罐11和第二加氢罐12加氢后压力上升至25Mpa，然后采用压力为40Mpa的第二级储氢罐17平衡最终压力，进而实现了多级加氢以减小压力损失的目的，降低对加氢对象加注氢气所消耗的压缩机22功率。
值得注意的是，上述关于加氢方法的说明描述仅为清楚说明本申请的验证过程，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述方法做出等同的修改设计，例如，还可以在步骤S801之前或在步骤S803之后采用更低或更高的压力对加氢对象进行预先平压或最终平压。
进一步的，为了更好实施本申请实施例中加氢装置以及加氢方法，在加氢装置基础以及加氢方法之上，本申请实施例中还提供一种加氢系统，加氢系统包括如上述任一实施例的加氢装置以及控制器，加氢装置与控制器通讯连接。
其中，控制器是该加氢系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个系统的各个部分，通过运行或执行存储的程序，执行装置的各种功能，从而对系统进行整体控制。可选的，控制器可包括一个或多个处理核心；控制器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件、采用可编程逻辑控制器(PLC控制器)等。
总线是该加氢系统的通信网络，使得系统各部分之间可以进行通讯，以促进信息和/或数据的传输。可选的，工业通讯网络可以包括有线通信，例如现场总线、工业以太网、工业互联网(TSN)等，还可以包括无线通信，例如窄带物联网(Narrow Band Internet ofThings,NB-IoT)等。
加氢装置是执行加氢工作的设备，具体的，加氢装置通过总线与控制器连接，例如，第一控制阀14、第二控制阀23等可以通过总线与控制器连接。
值得注意的是，上述关于加氢系统的说明描述仅为清楚说明本申请的验证过程，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述系统做出等同的修改设计，例如，加氢系统还可以包括显示器，对加氢装置中的参数(例如压力、温度)进行显示，又例如，加氢系统还可以包括检测加氢对象、第一加氢罐11、第二加氢罐12压力的压力计。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
以上对本申请实施例所提供的一种加氢装置以及方法、系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种加氢装置，其特征在于，所述加氢装置包括：
加氢单元，所述加氢单元包括第一加氢罐、第二加氢罐、加氢机构以及控制所述加氢机构与所述第一加氢罐和所述第二加氢罐导通或关闭的第一控制阀；
补氢单元，所述补氢单元包括氢气源、压缩机以及控制所述氢气源与所述第一加氢罐和所述第二加氢罐导通或关闭的第二控制阀，所述压缩机用于向所述第一加氢罐和所述第二加氢罐补充氢气；
其中，在所述加氢装置处于工作状态时，所述第一控制阀控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐与所述加氢机构导通以向加氢对象加氢，且所述第二控制阀控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐与所述氢气源导通以向其补充氢气。
2.如权利要求1所述的加氢装置，其特征在于，所述加氢装置具有第一工作状态以及第二工作状态，
在所述加氢装置处于所述第一工作状态时，所述第一控制阀控制所述第一加氢罐与所述加氢机构导通以向所述加氢对象一次加氢；
在所述加氢装置处于所述第二工作状态时，所述第一控制阀和所述第二控制阀控制所述第二加氢罐与所述加氢机构和所述氢气源导通，以向所述加氢对象二次加氢。
3.如权利要求1所述的加氢装置，其特征在于，所述加氢装置具有第一工作状态以及第二工作状态；
在所述加氢装置处于所述第一工作状态时，所述第一控制阀控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中的一者与所述加氢机构导通以向所述加氢对象一次加氢，且所述第二控制阀控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中的另外一者与所述氢气源导通以向其补充氢气；
在所述加氢装置处于所述第二工作状态时，所述第一控制阀和所述第二控制阀控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中已补充氢气的一者与所述加氢机构和所述氢气源导通，以向所述加氢对象二次加氢。
4.如权利要求1所述的加氢装置，其特征在于，所述氢气源包括第一级储氢罐，所述压缩机用于抽取所述第一级储氢罐的氢气并向所述第一加氢罐和所述第二加氢罐提供补充的氢气。
5.如权利要求4所述的加氢装置，其特征在于，所述第一级储氢罐与所述加氢机构连接，所述加氢单元还包括控制所述第一级储氢罐与所述加氢机构导通或关闭的第三控制阀；
所述第三控制阀用于控制所述第一级储氢罐与所述加氢机构导通以向所述加氢对象输入预先平衡压力的氢气。
6.如权利要求4所述的加氢装置，其特征在于，所述第一级储氢罐内氢气的压力为15Mpa至30Mpa，所述第一加氢罐与所述第二加氢罐内氢气的压力为35Mpa至45Mpa；或者
所述第一级储氢罐内氢气的压力为30Mpa至40Mpa，所述第一加氢罐与所述第二加氢罐内氢气的压力为70Mpa至80Mpa。
7.如权利要求4所述的加氢装置，其特征在于，所述氢气源还包括第二级储氢罐，所述压缩机用于抽取所述第二级储氢罐的氢气并向所述第一加氢罐和所述第二加氢罐提供补充的氢气。
8.如权利要求7所述的加氢装置，其特征在于，所述第二级储氢罐与所述加氢机构连接，所述加氢单元还包括控制所述第二级储氢罐与所述加氢机构导通或关闭的第四控制阀；
所述第四控制阀用于控制所述第二级储氢罐与所述加氢机构导通以向所述加氢对象输入平衡最终压力的氢气。
9.如权利要求7所述的加氢装置，其特征在于，所述第二级储氢罐内氢气的压力为35Mpa至45Mpa，所述第一加氢罐与所述第二加氢罐内氢气的压力为20Mpa至30Mpa；或者
所述第二级储氢罐内氢气的压力为70Mpa至80Mpa，所述第一加氢罐与所述第二加氢罐内氢气的压力为50Mpa至60Mpa。
10.如权利要求1所述的加氢装置，其特征在于，所述第一加氢罐与所述第二加氢罐内氢气的压力为35Mpa至45Mpa；或者
所述第一加氢罐与所述第二加氢罐内氢气的压力为70Mpa至80Mpa。
11.如权利要求1所述的加氢装置，其特征在于，所述加氢装置还包括移动机构，所述加氢单元和所述补氢单元位于所述移动机构上。
12.一种加氢方法，其特征在于，所述加氢方法包括：
提供第一加氢罐、第二加氢罐以及氢气源，其中，所述第一加氢罐和所述第二加氢罐内设有第一预设压力的氢气；
控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中的一者与第一加氢对象连通，以向所述第一加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气，直至所述第一加氢对象的压力达到第一预设条件；
控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中的另一者与所述第一加氢对象和所述氢气源连通，以向所述第一加氢对象输入所述第一预设压力的氢气，直至所述第一加氢对象的压力达到第二预设条件。
13.如权利要求12所述的加氢方法，其特征在于，在所述第一加氢对象的压力达到第二预设条件之后，所述加氢方法还包括：
控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中氢气压力满足所述第一预设压力的一者与第二加氢对象连通，以向所述第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气；
在向所述第二加氢对象输入初始压力为第一预设压力的氢气的同时，控制所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中低于所述第一预设压力的一者与所述氢气源连通，以使其恢复至所述第一预设压力。
14.如权利要求12所述的加氢方法，其特征在于，所述第一预设压力为35Mpa至45Mpa；或者
所述第一预设压力为70Mpa至80Mpa。
15.如权利要求12所述的加氢方法，其特征在于，所述第一预设条件为所述第一加氢罐和所述第二加氢罐中与所述第一加氢对象连通一者的压力与所述第一加氢对象压力平衡；
所述第二预设条件为所述第一加氢对象的压力达到所述第一预设压力。
16.一种加氢系统，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的加氢装置以及控制器，所述加氢装置与所述控制器通讯连接。
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