CN115479208A - 一种长管拖车供氢系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加氢系统领域，提供一种长管拖车供氢系统及方法，包括：长管拖车、控制单元、循环单元、加氢单元和压缩机；所述长管拖车与所述控制单元连接，所述控制单元与所述循环单元连接，所述循环单元与所述加氢单元和所述压缩机连接。本发明提供一种长管拖车供氢系统，在结构简单的前提下能提供多种工作模式，满足加氢站的各种工作需求；本发明的长管拖车供氢系统可实现压缩机为长管拖车增压流程，在没有额外氢气补充时，优先保证一部分氢气瓶能被充满，为氢能汽车提供20Mpa氢气。

Description

一种长管拖车供氢系统及方法
技术领域
本发明涉及加氢系统领域，尤其涉及一种长管拖车供氢系统及方法。
背景技术
当前氢能汽车的数量越来越多，相对应的加氢站的数量也随之增长，现有的加氢站外部供氢均采用长管拖车，随着氢气的使用，因为长管拖车容积有限，压力会随之降低，而氢压机的排气能力是与入口压力密切相关的(即入口压力越高，氢压机排量越大)，这就会影响氢压机的工作效率与工作能耗。
并且长管拖车中的氢气瓶在充装的时候，有可能会出现有些氢气瓶没有充满的情况，并且随着氢气瓶的使用，在没有额外氢气补充时氢气瓶内的氢气气压也会越来越低；而没有充满的氢气瓶在为氢能汽车充氢时，由于氢气气压不足20Mpa会导致充氢的速度太慢，导致氢能汽车充氢的效率过低。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种长管拖车供氢系统，包括：长管拖车、控制单元、循环单元、加氢单元和压缩机；
所述长管拖车与所述控制单元连接，所述控制单元与所述循环单元连接，所述循环单元与所述加氢单元和所述压缩机连接。
优选的，所述长管拖车包括：k个氢气瓶；k取2至16之间的正整数；
所述控制单元包括：控制模块A和控制模块B；
第i号氢气瓶的进口与所述控制模块A的第i出口连接，第i号氢气瓶的的出口与所述控制模块B的第i进口连接；i为氢气瓶的编号，最大值为k；
若氢气瓶充满则定义为高压氢气瓶，若氢气瓶未充满则定义为低压氢气瓶。
优选的，所述循环单元包括：气动球阀XV-3001、气动球阀XV-3002、气动球阀XV-3003、气动球阀XV-3004、气动球阀XV-3005、调压阀PCV-3001、套管式换热器E-3001和压缩机膜头；
控制模块B的出口与所述气动球阀XV-3001的一端连接，所述气动球阀XV-3001的另一端与所述压缩机膜头的进口和所述气动球阀XV-3005的一端连接；
所述气动球阀XV-3005的另一端与所述气动球阀XV-3003的一端和所述调压阀PCV-3001的一端连接，所述气动球阀XV-3003的另一端与控制模块A的进口连接；
所述调压阀PCV-3001的另一端与所述气动球阀XV-3004的一端连接，所述气动球阀XV-3004的另一端与所述气动球阀XV-3002的一端和所述套管式换热器E-3001的一端连接；
所述气动球阀XV-3002的另一端与所述加氢单元连接，所述套管式换热器E-3001的另一端与所述压缩机膜头的出口连接，所述压缩机膜头与所述压缩机连接。
一种长管拖车供氢方法，包括：
判断加氢站的工作状态；
若加氢站的工作状态为：无加氢任务，则进行压缩机为长管拖车增压流程；
若加氢站的工作状态为：有加氢任务，则进行长管拖车供氢流程；
若加氢站的工作状态为：需要氢气循环，则进行氢气循环流程。
优选的，所述压缩机为长管拖车增压流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002关闭，气动球阀XV-3003开启，气动球阀XV-3004开启，气动球阀XV-3005关闭；
长管拖车从第i号氢气瓶开始，将小于20Mpa氢气经过控制模块B、气动球阀XV-3001和压缩机膜头输入压缩机，若第i号氢气瓶为空，则令第i+1号氢气瓶提供氢气；i为氢气瓶的编号；i的初始值为1，最大值为k；
压缩机将小于20Mpa氢气压缩至45Mpa氢气，45Mpa氢气经过套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3004输入调压阀PCV-3001；
调压阀PCV-3001将45Mpa氢气减压至20Mpa氢气，20Mpa氢气经过气动球阀XV-3003和控制模块A输入长管拖车中的第k号氢气瓶，若第k号氢气瓶充满，则令第k-1号氢气瓶接收氢气，保证编号大的氢气瓶优先充满。
优选的，所述长管拖车供氢流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002开启，气动球阀XV-3003关闭，气动球阀XV-3004关闭，气动球阀XV-3005关闭；
长管拖车中的高压氢气瓶将20Mpa氢气经过控制模块B、气动球阀XV-3001、压缩机膜头、套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3002输入至加氢单元进行加氢。
优选的，所述氢气循环流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002关闭，气动球阀XV-3003关闭，气动球阀XV-3004开启，气动球阀XV-3005开启；
控制模块B的出口向循环单元输入预设量的20Mpa氢气；
20Mpa氢气经过压缩机压缩至45Mpa氢气，45Mpa氢气经过套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3004输入调压阀PCV-3001；调压阀PCV-3001将45Mpa氢气减压至20Mpa氢气，20Mpa氢气经过气动球阀XV-3005和压缩机膜头输入压缩机，压缩机将20Mpa氢气压缩至45Mpa氢气，完成一次氢气循环；
重复氢气循环，直至加氢站的工作状态改变。
本发明具有以下有益效果：
1、提供一种长管拖车供氢系统，在结构简单的前提下能提供多种工作模式，满足加氢站的各种工作需求；
2、本发明的长管拖车供氢系统可实现压缩机为长管拖车增压流程，在没有额外氢气补充时，优先保证一部分氢气瓶能被充满，为氢能汽车提供20Mpa氢气。
附图说明
图1为本发明实施例系统结构图；
其中，1-第1号氢气瓶、2-第2号氢气瓶、3-压缩机、4-压缩机膜头、5-加氢单元、6-控制模块A、7-控制模块B；
图2为本发明实施例方法流程图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明提供一种长管拖车供氢系统，包括：长管拖车、控制单元、循环单元、加氢单元和压缩机；
所述长管拖车与所述控制单元连接，所述控制单元与所述循环单元连接，所述循环单元与所述加氢单元和所述压缩机连接。
进一步的，所述长管拖车包括：k个氢气瓶；k取2至16之间的正整数；
所述控制单元包括：控制模块A和控制模块B；
第i号氢气瓶的进口与所述控制模块A的第i出口连接，第i号氢气瓶的的出口与所述控制模块B的第i进口连接；i为氢气瓶的编号，最大值为k；
若氢气瓶充满则定义为高压氢气瓶，若氢气瓶未充满则定义为低压氢气瓶。
具体的，参考图1，在本实施例中将k的值取2，此时系统中具有两个氢气瓶，包括：第1号氢气瓶和第2号氢气瓶；氢气瓶根据当前瓶内的氢气压力分为高压氢气瓶和低压氢气瓶；当氢气瓶充满，即瓶内的氢气压力为20Mpa，此时氢气瓶被认为是高压氢气瓶；当氢气瓶未充满，即瓶内的氢气压力小于20Mpa，此时氢气瓶被认为是低压氢气瓶。
进一步的，所述循环单元包括：气动球阀XV-3001、气动球阀XV-3002、气动球阀XV-3003、气动球阀XV-3004、气动球阀XV-3005、调压阀PCV-3001、套管式换热器E-3001和压缩机膜头；
控制模块B的出口与所述气动球阀XV-3001的一端连接，所述气动球阀XV-3001的另一端与所述压缩机膜头的进口和所述气动球阀XV-3005的一端连接；
所述气动球阀XV-3005的另一端与所述气动球阀XV-3003的一端和所述调压阀PCV-3001的一端连接，所述气动球阀XV-3003的另一端与控制模块A的进口连接；
所述调压阀PCV-3001的另一端与所述气动球阀XV-3004的一端连接，所述气动球阀XV-3004的另一端与所述气动球阀XV-3002的一端和所述套管式换热器E-3001的一端连接；
所述气动球阀XV-3002的另一端与所述加氢单元连接，所述套管式换热器E-3001的另一端与所述压缩机膜头的出口连接，所述压缩机膜头与所述压缩机连接。
具体的，气动球阀是球阀配上气动执行器，气动执行器的执行速度相对较快，最快的开关速度0.05秒/次；气动球阀通常配置各种附件，比如电磁阀、气源处理三联件、限位开关、定位器、控制箱等，以实现就地控制和远距离集中控制；在控制室里就可以控制气动球阀阀门的开关。
本发明提供一种长管拖车供氢方法，包括：
判断加氢站的工作状态；
若加氢站的工作状态为：无加氢任务，则进行压缩机为长管拖车增压流程；
若加氢站的工作状态为：有加氢任务，则进行长管拖车供氢流程；
若加氢站的工作状态为：需要氢气循环，则进行氢气循环流程。
进一步的，所述压缩机为长管拖车增压流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002关闭，气动球阀XV-3003开启，气动球阀XV-3004开启，气动球阀XV-3005关闭；
长管拖车从第i号氢气瓶开始，将小于20Mpa氢气经过控制模块B、气动球阀XV-3001和压缩机膜头输入压缩机，若第i号氢气瓶为空，则令第i+1号氢气瓶提供氢气；i为氢气瓶的编号，i的初始值为1，最大值为k；
压缩机将小于20Mpa氢气压缩至45Mpa氢气，45Mpa氢气经过套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3004输入调压阀PCV-3001；
调压阀PCV-3001将45Mpa氢气减压至20Mpa氢气，20Mpa氢气经过气动球阀XV-3003和控制模块A输入长管拖车中的第k号氢气瓶，若第k号氢气瓶充满，则令第k-1号氢气瓶接收氢气，保证编号大的氢气瓶优先充满。
具体的，参考图1，以系统有两个氢气瓶为例，若两个氢气瓶均未充满，即两个氢气瓶均为低压氢气瓶，则令第1号氢气瓶将小于20Mpa氢气经过控制模块B、气动球阀XV-3001和压缩机膜头输入压缩机(即a-1路线)，经过压缩和减压后将20Mpa氢气经过控制模块A输入第2号氢气瓶(即a-2路线)，当第2号氢气瓶的瓶内气压到达20Mpa后会被认定为高压氢气瓶，此时停止压缩机为长管拖车增压流程；若中途第1号氢气瓶为空，则停止压缩机为长管拖车增压流程。
进一步的，所述长管拖车供氢流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002开启，气动球阀XV-3003关闭，气动球阀XV-3004关闭，气动球阀XV-3005关闭；
长管拖车中的高压氢气瓶将20Mpa氢气经过控制模块B、气动球阀XV-3001、压缩机膜头、套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3002输入至加氢单元进行加氢。
具体的，给氢能汽车充氢时，20Mpa氢气的充氢效果是最好的，经过压缩机为长管拖车增压流程后编号大的氢气瓶会被优先充满，因此编号大的氢气瓶会被定义为高压氢气瓶，此时可将高压氢气瓶中的20Mpa氢气用于氢能汽车的充氢操作。
进一步的，所述氢气循环流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002关闭，气动球阀XV-3003关闭，气动球阀XV-3004开启，气动球阀XV-3005开启；
控制模块B的出口向循环单元输入预设量的20Mpa氢气；
20Mpa氢气经过压缩机压缩至45Mpa氢气，45Mpa氢气经过套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3004输入调压阀PCV-3001；调压阀PCV-3001将45Mpa氢气减压至20Mpa氢气，20Mpa氢气经过气动球阀XV-3005和压缩机膜头输入压缩机，压缩机将20Mpa氢气压缩至45Mpa氢气，完成一次氢气循环；
重复氢气循环，直至加氢站的工作状态改变。
具体的，在加氢站工作时，若压缩机反复启动关闭则会极大的减少压缩机的工作寿命，因此当加氢站在完成加氢操作，并将高压氢气瓶加注完毕时，为保持压缩机持续运转，将开启大循环模式，而此时氢气将在循环单元内不断地循环，压缩机也在不断的做功，避免压缩机的反复启停。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种长管拖车供氢系统，其特征在于，包括：长管拖车、控制单元、循环单元、加氢单元和压缩机；
所述长管拖车与所述控制单元连接，所述控制单元与所述循环单元连接，所述循环单元与所述加氢单元和所述压缩机连接。
2.根据权利要求1所述的长管拖车供氢系统，其特征在于，所述长管拖车包括：k个氢气瓶；k取2至16之间的正整数；
所述控制单元包括：控制模块A和控制模块B；
第i号氢气瓶的进口与所述控制模块A的第i出口连接，第i号氢气瓶的的出口与所述控制模块B的第i进口连接；i为氢气瓶的编号，最大值为k；
若氢气瓶充满则定义为高压氢气瓶，若氢气瓶未充满则定义为低压氢气瓶。
3.根据权利要求1所述的长管拖车供氢系统，其特征在于，所述循环单元包括：气动球阀XV-3001、气动球阀XV-3002、气动球阀XV-3003、气动球阀XV-3004、气动球阀XV-3005、调压阀PCV-3001、套管式换热器E-3001和压缩机膜头；
控制模块B的出口与所述气动球阀XV-3001的一端连接，所述气动球阀XV-3001的另一端与所述压缩机膜头的进口和所述气动球阀XV-3005的一端连接；
所述气动球阀XV-3005的另一端与所述气动球阀XV-3003的一端和所述调压阀PCV-3001的一端连接，所述气动球阀XV-3003的另一端与控制模块A的进口连接；
所述调压阀PCV-3001的另一端与所述气动球阀XV-3004的一端连接，所述气动球阀XV-3004的另一端与所述气动球阀XV-3002的一端和所述套管式换热器E-3001的一端连接；
所述气动球阀XV-3002的另一端与所述加氢单元连接，所述套管式换热器E-3001的另一端与所述压缩机膜头的出口连接，所述压缩机膜头与所述压缩机连接。
4.一种长管拖车供氢方法，其特征在于，包括：
判断加氢站的工作状态；
若加氢站的工作状态为：无加氢任务，则进行压缩机为长管拖车增压流程；
若加氢站的工作状态为：有加氢任务，则进行长管拖车供氢流程；
若加氢站的工作状态为：需要氢气循环，则进行氢气循环流程。
5.根据权利要求4所述的长管拖车供氢方法，其特征在于，所述压缩机为长管拖车增压流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002关闭，气动球阀XV-3003开启，气动球阀XV-3004开启，气动球阀XV-3005关闭；
长管拖车从第i号氢气瓶开始，将小于20Mpa氢气经过控制模块B、气动球阀XV-3001和压缩机膜头输入压缩机，若第i号氢气瓶为空，则令第i+1号氢气瓶提供氢气；i为氢气瓶的编号；i的初始值为1，最大值为k；
压缩机将小于20Mpa氢气压缩至45Mpa氢气，45Mpa氢气经过套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3004输入调压阀PCV-3001；
调压阀PCV-3001将45Mpa氢气减压至20Mpa氢气，20Mpa氢气经过气动球阀XV-3003和控制模块A输入长管拖车中的第k号氢气瓶，若第k号氢气瓶充满，则令第k-1号氢气瓶接收氢气，保证编号大的氢气瓶优先充满。
6.权利要求4所述的长管拖车供氢方法，其特征在于，所述长管拖车供氢流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002开启，气动球阀XV-3003关闭，气动球阀XV-3004关闭，气动球阀XV-3005关闭；
长管拖车中的高压氢气瓶将20Mpa氢气经过控制模块B、气动球阀XV-3001、压缩机膜头、套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3002输入至加氢单元进行加氢。
7.权利要求4所述的长管拖车供氢方法，其特征在于，所述氢气循环流程具体为：
将气动球阀XV-3001开启，气动球阀XV-3002关闭，气动球阀XV-3003关闭，气动球阀XV-3004开启，气动球阀XV-3005开启；
控制模块B的出口向循环单元输入预设量的20Mpa氢气；
20Mpa氢气经过压缩机压缩至45Mpa氢气，45Mpa氢气经过套管式换热器E-3001和气动球阀XV-3004输入调压阀PCV-3001；调压阀PCV-3001将45Mpa氢气减压至20Mpa氢气，20Mpa氢气经过气动球阀XV-3005和压缩机膜头输入压缩机，压缩机将20Mpa氢气压缩至45Mpa氢气，完成一次氢气循环；
重复氢气循环，直至加氢站的工作状态改变。
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