CN115654800A - 一种加氢机循环冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加氢机循环冷却系统，属于氢气利用技术领域。包括除盐水制备系统、PEM电解制氢系统、加氢工作系统和循环冷却工作系统，所述的除盐水制备系统、PEM电解制氢系统、加氢工作系统和循环冷却工作系统相互之间通过管路连通设置；所述的除盐水制备系统设置有两套，所述的除盐水制备系统的接入端与自来水供水管路相连；所述的除盐水制备系统又包括除盐水制备装置，除盐水箱和除盐水补水泵，所述的除盐水制备装置，除盐水箱和除盐水补水泵从左到右依次设置。本发明通过注入一定量的冷冻液和水，冷水机制冷系统将水冷却，再由水泵将低温冷却水送入须冷却部件，冷水机冷冻水将热量带走，温度升高再回流到水箱，实现冷却。

Description

一种加氢机循环冷却系统

技术领域

本发明属于氢气利用技术领域，尤其涉及一种加氢机循环冷却系统。

背景技术

氢能是一种二次能源，被誉为21世纪最具潜力的能源。它具有重量最轻、导热性能最好、颜色通用、可回收利用、热值理想、燃烧性能好、无毒、利用形式多样、形式多样、用量少、利用率高、运输方便、减少温室效应等优点，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

氢气作为一种低能耗、低污染、高能效的能源材料，被广泛应用在能源动力设备中，现阶段已有部分汽车、轮船、飞机等采用氢气作为燃料能源。以氢燃料汽车为例，氢燃料汽车上通常可以设置有储氢装置(比如储氢瓶)，通过预先向储氢装置中充入氢气，使得储氢装置可以将存储的氢气通过燃料系统向驱动装置供电，驱动氢燃料汽车运动。在实际操作中，虽然将氢气作为能源可以降低能耗，但是，若氢气与空气中的氧气混合，则极易发生化学反应，产生大量热能，甚至可能引起爆炸。因此，如何安全高效地实现充氢及储氢的过程，对于保证用户安全、提高用户体验是非常重要的。

由鉴于此，发明一种加氢机循环冷却系统是非常必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种加氢机循环冷却系统，以解决现有的PEM制氢加氢过程中冷却性能不够理想的问题。

一种加氢机循环冷却系统，包括除盐水制备系统，PEM电解制氢系统，加氢工作系统和循环冷却工作系统，所述的除盐水制备系统，PEM电解制氢系统，加氢工作系统和循环冷却工作系统相互之间通过管路连通设置；所述的除盐水制备系统设置有两套，所述的除盐水制备系统的接入端与自来水供水管路相连；

所述的除盐水制备系统又包括除盐水制备装置，除盐水箱和除盐水补水泵，所述的除盐水制备装置，除盐水箱和除盐水补水泵从左到右依次设置；

所述的PEM电解制氢系统又包括PEM电解制氢装置，干燥净化装置和低压氢气缓冲罐，所述的PEM电解制氢装置，干燥净化装置和低压氢气缓冲罐从左到右依次设置；所述的PEM电解制氢系统同样设置有两套；

所述的加氢工作系统又包括一级氢气压缩机，氢气长管集装束，氢气装卸柱，二级氢气压缩机，高压氢气罐组，顺序控制盘和加氢机，所述的一级氢气压缩机设置有两个，所述的一级氢气压缩机的左端与低压氢气缓冲罐的右侧相螺纹连接；所述的氢气长管集装束设置有两个；所述的二级氢气压缩机设置有两个；所述的二级氢气压缩机一端与氢气长管集装束和氢气装卸柱相连接，另一端与高压氢气罐组相连接；

所述的循环冷却工作系统又包括连通管路，氢气置换系统和冷水机组，所述的连通管路，氢气置换系统和冷水机组之间相互连通设置。

优选的，所述的冷水机组又包括冷水机机组，冷却管路，进出口阀，流量阀和电气控制系统，所述的进出口阀和流量阀分别镶嵌在冷却管路上；所述的进出口阀位于流量阀的外侧；所述的电气控制系统与冷水机机组相电性连接设置。

优选的，所述的加氢机与冷却管路相连通设置。

优选的，所述的除盐水制备装置的左侧与自来水的供水管路相连接。

优选的，所述的除盐水补水泵与PEM电解制氢装置相管路连接设置。

优选的，所述的低压氢气缓冲罐与一级氢气压缩机相管路连接设置。

优选的，所述的氢气装卸柱氢气补充的运氢长管拖车相管路连接设置。

优选的，所述的加氢机与氢燃料电池车相连通设置。

优选的，所述的电气控制系统主要由可编程控制器、模拟量采集模块、触摸屏人机界面和外围电路组成，电气线路和原理请参考电控柜门板内随机粘贴的电气原理图；所述的冷水机机组的电气控制系统的核心部件分为可编程控制器和人机界面两部分：支持多种通讯协议，可实现网络通讯；人机界面采用触摸屏，全中文显示机组运行信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过往冷水机机组的机内水箱注入一定量的冷冻液和水，通过冷水机制冷系统将水冷却，再由水泵将低温冷却水送入须冷却部件，冷水机冷冻水将热量带走后温度升高再回流到水箱，达到冷却的作用；

冷却系统是以防冻液为介质，与冷却水相比，其显著的特点是防冻，我国大部分地区冬季最低温度会低于0℃，如果用水来充当防冻液，管路中的水在冬季就会结冰，水结冰以后体积膨胀，很可能会损坏冷却系统。另外，防冻液还具有防腐、防锈、防垢的功能，而水产生的水垢导热系数很小，危害大，会大大降低防冻液的热传导性；

风冷式冷水机又称为风冷箱型工业冷水机组，是一种对多种不同工艺的行业，将设备通过冷却形式来冷却达到工艺目的的一种设备；其广泛用于电子、电镀、食品、机械、化工、激光、制卡、医疗等行业。在本套系统中，单独为纯化装置散热。

附图说明

图1是本发明的循环冷却系统应用场景结构示意图。

图2是本发明的冷水机组的结构示意图。

图3是本发明的循环冷却工作系统的改进方式结构示意图。

图中：

1、除盐水制备系统；11、除盐水制备装置；12、除盐水箱；13、除盐水补水泵；2、PEM电解制氢系统；21、PEM电解制氢装置；22、干燥净化装置；23、低压氢气缓冲罐；3、加氢工作系统；31、一级氢气压缩机；32、氢气长管集装束；33、氢气装卸柱；34、二级氢气压缩机；35、高压氢气罐组；36、顺序控制盘；37、加氢机；4、循环冷却工作系统；41、连通管路；42、氢气置换系统；43、冷水机组；411、冷水机机组；412、冷却管路；413、进出口阀；414、流量阀；415、电气控制系统；441、散热扇；442、冷凝器；443、压缩机；444、蒸发器；445、水泵；446、水箱；447、膨胀阀；448、过滤器；449、储液器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图2所示，本发明提供一种加氢机循环冷却系统，包括除盐水制备系统1、PEM电解制氢系统2、加氢工作系统3和循环冷却工作系统4、所述的除盐水制备系统1、PEM电解制氢系统2、加氢工作系统3和循环冷却工作系统4相互之间通过管路连通设置；所述的除盐水制备系统1设置有两套、所述的除盐水制备系统1的接入端与自来水供水管路相连；

所述的除盐水制备系统1又包括除盐水制备装置11、除盐水箱12和除盐水补水泵13、所述的除盐水制备装置11、除盐水箱12和除盐水补水泵13从左到右依次设置；

所述的PEM电解制氢系统2又包括PEM电解制氢装置21、干燥净化装置22和低压氢气缓冲罐23，所述的PEM电解制氢装置21、干燥净化装置22和低压氢气缓冲罐23从左到右依次设置；所述的PEM电解制氢系统2同样设置有两套；

所述的加氢工作系统3又包括一级氢气压缩机31、氢气长管集装束32、氢气装卸柱33、二级氢气压缩机34、高压氢气罐组35、顺序控制盘36和加氢机37、所述的一级氢气压缩机31设置有两个；所述的一级氢气压缩机31的左端与低压氢气缓冲罐23的右侧相螺纹连接；所述的氢气长管集装束32设置有两个；所述的二级氢气压缩机34设置有两个；所述的二级氢气压缩机34一端与氢气长管集装束32和氢气装卸柱33相连接、另一端与高压氢气罐组35相连接、所述的加氢机37与氢燃料电池车相连通设置；所述的氢气装卸柱33氢气补充的运氢长管拖车相管路连接设置；

所述的循环冷却工作系统4又包括连通管路41、氢气置换系统42和冷水机组43、所述的连通管路41、氢气置换系统42和冷水机组43之间相互连通设置。

上述实施方案中，具体的，所述的冷水机组43又包括冷水机机组411、冷却管路412、进出口阀413、流量阀414和电气控制系统415、所述的进出口阀413和流量阀414分别镶嵌在冷却管路412上；所述的进出口阀413位于流量阀414的外侧；所述的电气控制系统415与冷水机机组411相电性连接设置。

上述实施方案中，具体的，所述的加氢机37与冷却管路412相连通设置；所述的冷却管路412为多管道设置，其中包含有冷却水管道和防冻液管道，并在不同的工序步骤用不同的冷却管道，制氢开始阶段用防冻液，中期是水，后段再次用防冻液。

上述实施方案中，具体的，所述的除盐水制备装置11的左侧与自来水的供水管路相连接。

上述实施方案中，具体的，所述的除盐水补水泵13与PEM电解制氢装置21相管路连接设置。

上述实施方案中，具体的，所述的低压氢气缓冲罐23与一级氢气压缩机31相管路连接设置。

如附图3所示，上述实施方案中，具体的，所述的循环冷却工作系统4还可以包括散热扇441，冷凝器442，压缩机443，蒸发器444，水泵445，水箱446，膨胀阀447，过滤器448和储液器449，所述的压缩机443，蒸发器444，水泵445，水箱446，膨胀阀447，过滤器448和储液器449之间通过管路连通设置；所述的散热扇441独立设置与冷凝器442的后侧；所述的冷凝器442与压缩机443和储液器449之间的管路相连接。

如附图3所示，上述实施方案中，具体的，所述的循环冷却工作系统4的另一种方式的工作状态的方式说明：工作时制冷工质(即制冷剂)在蒸发器内吸收被冷却物的热量并汽化成蒸汽，压缩机吸入低压制冷剂气体，压缩为高压气体， 排入冷凝器向环境放热后冷凝为高压液体，流过膨胀阀后节流为低压低温的液体制冷剂，进入蒸发器后从冷冻水吸热，蒸发为气体后又回到压缩机，如此反复循环，提供持续的制冷功能。

为了保证该发明的最优选，所述的电气控制系统415主要由可编程控制器、模拟量采集模块、触摸屏人机界面和外围电路组成，电气线路和原理请参考电控柜门板内随机粘贴的电气原理图；所述的冷水机机组411的电气控制系统的核心部件分为可编程控制器和人机界面两部分：支持多种通讯协议，可实现网络通讯；人机界面采用触摸屏，全中文显示机组运行信息，界面友好，操作直观简便；整个控制装置自动化水平高，可靠性高。

作为一种改进的技术方案，具体的，该所述的加氢工作系统3的所应用到的循环冷却工作系统4的具体操作步骤：

S1：启动电气控制系统415：通过启动电气控制系统415，对整个循环冷却工作系统4的电器设备进行运转，特别是进行防冻液和冷却水的预备；

S2：启动冷水机机组411：在电气控制系统415的控制下控制冷水机机组411的工作，对防冻液和冷却水进行分别输送，控制防冻液和冷却水的交替时间在三十分钟至五十分钟循环一次；

S3：进出口阀413的流量控制：通过对进出口阀413的自动调节，控制防冻液和冷却水的流量，保障冷却管路412内防冻液和冷却水的正常流动；

S4：流量阀414开关，通过对进出口阀流量阀414的自动调节，控制防冻液和冷却水的流量，保障冷却管路412内防冻液和冷却水的正常流动。

上述实施方案中，具体的，所述的当冷却管路412内的冷却水的温度高于60℃时，启动冷水机机组411，进行防冻液的补充，保障冷却管路412的液体温度控制在20℃-30℃。

实施例2：

在上述实施方案中，具体的，所述的PEM电解制氢系统2采用水处理技术，有效去除水中各种离子、盐份及杂质，使出水水质达到制氢用水工艺要求，通过液位连锁的方式进行智能控制，使纯水设备在预设的程序下运行，自动为系统供水。

在上述实施方案中，具体的，所述的加氢工作系统3的具体工作原理涉及注意事项：所述的加氢机37的最大工作压力：45MPa、加注压力：35MPa 工作温度：常温；所述的加氢机上的安全附件应按国家有关规定，定期进行检定校验：压力表、压力计、温度计每半年1次；安全阀每年至少应校验1次。

在上述实施方案中，具体的，所述的加氢机37的加氢站不得为无技术监督部门检验合格证的汽车储气瓶加氢。不得为非汽车储气瓶以外的任何氢气装置、气瓶加氢；作业时每台加氢机应有一名操作人员，但一人不能同时操作两把加氢枪作业。

在上述实施方案中，具体的，所述的加氢机37的加氢前，操作员应对车辆的储气瓶安全检查，查看其是否在使用期内；作业时加氢软管不应交叉或绕过其他设备；氢气做放空操作时，枪口不得对准人；加氢过程中，应注意监视加氢机计量仪表及压力是否正常；

在上述实施方案中，具体的，所述的加氢机37的加氢期间，操作人员不应离开现场，不得非操作人员代为操作，不得非操作人员自己主动充装；加氢过程中如遇紧急情况（如车辆或设备泄漏）应立即停止作业。

在上述实施方案中，具体的，所述的PEM电解制氢系统2的具体工作原理涉及注意事项：

解制氢系统：

电解制氢系统包括汽水分离器、管壳式换热器及氢气纯化装置等。电解反应产生的氢气首先进入一级汽水分离器将电解反应生成的还原产物—氢气及电解透过的水进行处理。氢气和水在汽水分离器中进行气液分离，再进入管壳式换热器换热，将氢气中含有的饱和水蒸气进行冷凝。随后进入纯化装置，该装置主要是去除冷凝后的水分、脱除氢气中含有的微量氧，保证氢气的纯度和氢中氧指标。在纯化装置内，氢气首先做冷凝处理和脱氧处理，再进行干燥处理，判断处理后的氢气满足要求时即可进行储存，若不满足要求指标，可直接排空。一级汽水分离器分离出的液态水含有少量的氢气，因此设置二级汽水分离器，将一级汽水分离器的水排至二级，以除去水中溶解的微量氢气，二级汽水分离器中的水再通过管路流回水箱进行回收利用。

另外需要特别说明的是，循环冷却工作系统4的安装注意事项：

安装地平面保持水平，保持一定承重的水平地基；

安装要求空间周围通风性良好，保持散热效果良好，如需室内安装需保持室内通风或具有足够空间可以散热，保持散热性良好；

机器四周具有足够的检修空间，易于检修；

管道安装需具有一定的活接用于可拆卸检修；管道进出口使用软管连接，防止发生共振。

另外需要特别说明的是，循环冷却工作系统4的开机前准备工作：

检查电源进线是否符合机组的要求，包括电压，频率及线径等是否与铭牌上的要求一致；

检查水系统是否已按工程要求安装完毕，水系统是否已经过清洗，空气是否已放净，然后起动水泵，观察水流情况，流量开关是否能正常接通；

必要时，在不启动压缩机的条件下（不给压缩机供电）启动机组。查看控制器所有动作是否正常，有无警报输出；

检查制冷系统的所有阀门，确认机组的各阀门已打开；

检查机组系统管路、接头及法兰有无泄漏。应保证系统无渗漏；

检查并锁紧所有的电线接头，应保证接头紧固不松动。

另外需要特别说明的是，循环冷却工作系统4的开关机操作：

先开水泵，后开压缩机，当屏幕中压缩机及泵显示灯长亮时为正常工作状态；

停机顺序与开机顺序相反，后开的先关，先关机组，再关其他辅助设备。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加氢机循环冷却系统，其特征在于，该加氢机循环冷却系统，包括除盐水制备系统（1）、PEM电解制氢系统（2）、加氢工作系统（3）和循环冷却工作系统（4），所述的除盐水制备系统（1）、PEM电解制氢系统（2）、加氢工作系统（3）和循环冷却工作系统（4）相互之间通过管路连通设置；所述的除盐水制备系统（1）设置有两套，所述的除盐水制备系统（1）的接入端与自来水供水管路相连；

所述的除盐水制备系统（1）包括除盐水制备装置（11）、除盐水箱（12）和除盐水补水泵（13），所述的除盐水制备装置（11）、除盐水箱（12）和除盐水补水泵（13）从左到右依次设置；

所述的PEM电解制氢系统（2）又包括PEM电解制氢装置（21）、干燥净化装置（22）和低压氢气缓冲罐（23），所述的PEM电解制氢装置（21）、干燥净化装置（22）和低压氢气缓冲罐（23）从左到右依次设置；所述的PEM电解制氢系统（2）同样设置有两套；

所述的循环冷却工作系统（4）又包括连通管路（41）、氢气置换系统（42）和冷水机组（43），所述的连通管路（41）、氢气置换系统（42）和冷水机组（43）之间相互连通设置。

2.如权利要求1所述的加氢机循环冷却系统，其特征在于，所述的加氢工作系统（3）又包括一级氢气压缩机（31）、氢气长管集装束（32）、氢气装卸柱（33）、二级氢气压缩机（34）、高压氢气罐组（35）、顺序控制盘（36）和加氢机（37），所述的一级氢气压缩机（31）设置有两个，所述的一级氢气压缩机（31）的左端与低压氢气缓冲罐（23）的右侧相螺纹连接；所述的氢气长管集装束（32）设置有两个；所述的二级氢气压缩机（34）设置有两个；所述的二级氢气压缩机（34）一端与氢气长管集装束（32）和氢气装卸柱（33）相连接，另一端与高压氢气罐组（35）相连接。

3.如权利要求1所述的加氢机循环冷却系统，其特征在于，所述的冷水机组（43）又包括冷水机机组（411）、冷却管路（412）、进出口阀（413）、流量阀（414）和电气控制系统（415），所述的进出口阀（413）和流量阀（414）分别镶嵌在冷却管路（412）上；所述的进出口阀（413）位于流量阀（414）的外侧；所述的电气控制系统（415）与冷水机机组（411）相电性连接设置。

4.如权利要求1所述的加氢机循环冷却系统，其特征在于，所述的冷却管路（412）为多管道设置，其中包含有冷却水管道和防冻液管道，所述的冷却水管道和防冻液管道与PEM电解制氢系统（2）相连通设置；

所述的冷却水管道和防冻液管道与加氢工作系统（3）相连通设置。

5.如权利要求1所述的加氢机循环冷却系统，其特征在于，所述的加氢机（37）与冷却管路（412）相连通设置。

6.如权利要求1所述的加氢机循环冷却系统，其特征在于，所述的除盐水制备装置（11）的左侧与自来水的供水管路相连接。

7.如权利要求3所述的加氢机循环冷却系统，其特征在于，所述的除盐水补水泵（13）与PEM电解制氢装置（21）相管路连接设置；所述的加氢机（37）与氢燃料电池车相连通设置。

8.如权利要求2所述的加氢机循环冷却系统，其特征在于，所述的低压氢气缓冲罐（23）与一级氢气压缩机（31）相管路连接设置；所述的氢气装卸柱（33）氢气补充的运氢长管拖车相管路连接设置。

9.一种加氢机循环冷却方法，包括权利要求1-8任一项所述加氢机循环冷却系统，其特征在于，包含如下步聚：

S1：启动电气控制系统（415）：通过启动电气控制系统（415），对整个循环冷却工作系统（4）的电器设备进行运转，进行防冻液和冷却水的预备；

S2：启动冷水机机组（411）：在电气控制系统（415）的控制下控制冷水机机组（411）的工作，对防冻液和冷却水进行分别输送，控制防冻液和冷却水的交替时间在三十分钟至五十分钟循环一次；

S3：进出口阀（413）的流量控制：通过对进出口阀（413）的自动调节，控制防冻液和冷却水的流量，保障冷却管路（412）内防冻液和冷却水的正常流动；

S4：流量阀（414）开关，通过对进出口阀流量阀（414）的自动调节，控制防冻液和冷却水的流量，保障冷却管路（412）内防冻液和冷却水的正常流动。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当冷却管路（412）内的冷却水的温度高于60℃时，启动冷水机机组（411），进行防冻液的补充，保障冷却管路（412）的液体温度控制在20℃-30℃。

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