CN117588684A - 一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统 - Google Patents

一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统 Download PDF

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Abstract

本申请为一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，包括液氢储氢罐，液氢储氢罐的出液管路连接有第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置，第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置并联连接，第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置的出液管路共同连接有第一汽化器和第二汽化器，第一汽化器和第二汽化器并联连接，第一汽化器和第二汽化器的进液端连接有连通管，第一汽化器和第二汽化器的出液端连接有气液混合喷嘴，气液混合喷嘴的出气管路上连接有加氢机；通过上述方案可以交替使用两个液驱增压泵和两个汽化器，当其中一个液驱增压泵出现故障时，整个系统仍可运行；同时还能够在不停止系统运行的基础上清理汽化器上结的霜，避免汽化器结霜而降低换热效率。

Description

一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统
技术领域
本发明涉及液氢加氢领域，尤其涉及一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统。
背景技术
液氢站加氢系统主要是将液态氢转化为氢气供燃料电池车使用。目前的液氢站加氢工艺流程一般包括液态氢储存、液态氢泵送、(氢气储存)、氢气加氢。因为液氢站加氢系统是一个复杂的管路系统，其上的零部件也较多，尤其是用于液态氢泵送的增压泵(通常采用液驱柱塞泵，又叫液氢泵)，由于其是整个系统的动力部件，且不断的进行高压泵送，因此长期的工作中不可避免的会出现故障或者是液驱系统的故障。故而，在工作过程中需要停机对其进行检修、更换等。然而液氢站加氢系统管路复杂，检修起来花费时间较长，如果检修期间需要对燃料电池车加注氢气，就需要燃料电池车等待较长时间，严重降低液氢加氢站的加注效率。同时，液氢站加氢系统一般会采用汽化器将液氢汽化，由于液氢温度很低，汽化器长时间工作会在表面出现结霜现象，结霜后的汽化器会大大降低换热效率，为了保证换热效率，需要定期清理换热部件上的结霜，然而，清理的过程仍然需要液氢系统停止运行，显然这会大大降低整个液氢站加氢效率。
发明内容
本申请解决的技术问题是如何在不停机运行的基础上实现系统部件的检修或更换，以此保证液氢站加氢系统的加注效率，本申请设计一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其具体采用的技术方案为：
一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，包括液氢储氢罐，液氢储氢罐的出液管路连接有第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置，第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置并联连接，第一液氢泵送装置的两侧对应设有第一开关阀，第二液氢泵送装置的两侧对应设有第二开关阀，第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置的出液管路共同连接有第一汽化器和第二汽化器，第一汽化器和第二汽化器并联连接，第一汽化器的两侧对应设有第三开关阀，第二汽化器的两侧对应设有第四开关阀，第一汽化器和第二汽化器的进液端连接有连通管，连通管上连接有第五开关阀，第一汽化器和第二汽化器的出液端连接有储氢瓶，储氢瓶的出气端连接有气液混合喷嘴，气液混合喷嘴通过液氢管与第一液氢泵送装置或第二液氢泵送装置连通，液氢管上设有第六开关阀，气液混合喷嘴的出气管路上连接有加氢机。
优选的，第一汽化器和所述第二汽化器共同的出气端、储氢瓶的进气端之间连接有水浴换热器。
优选的，储氢瓶设置三个，三个储氢瓶并联连接且三个储氢瓶的储氢压力不同。
优选的，第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置的结构相同，第一液氢泵送装置/第二液氢泵送装置包括液驱增压泵、液压泵和换向阀，液驱增压泵连接于液氢储氢罐与第一汽化器/第二汽化器之间，液压泵的出油管和回油管通过换向阀对应与液驱增压泵的液压缸的两个油腔连通。
优选的，第一液氢泵送装置/第二液氢泵送装置还包括第三换热器，第三换热器设置于液压泵的所述回油管上。
优选的，出油管与回油管之间还连接有溢流管路，溢流管路上设有溢流阀。
优选的，第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置共同连接有一油箱，油箱通过补油管路连接于回油管。
优选的，液压泵与换向阀之间的出油管还连接有两位三通换向阀，两位三通换向阀与回油管连接。
优选的，还包括氮气吹扫系统，氮气吹扫系统包括氮气罐，氮气罐连接有主管道，主管道上设有手动开关阀，主管道上连接有多个分支管道，各分支管道设有第七开关阀，各分支管道与液氢加氢系统管道各处连通。
优选的，还包括氢气放散系统，其包括排放管路，排放管路设置多个，多个排放管路对应与靠近液氢储氢罐、第一液氢泵送装置/第二液氢泵送装置、第一汽化器、第二汽化器以及加氢机处的管路连接，多个排放管路与排放总管连通，排放总管上设有排放阀和阻火器。
本发明通过设置两个液驱增压泵和两个汽化器，并且将两个液驱增压泵并联、两个汽化器并联，在工作时，交替使用两个液驱增压泵和两个汽化器，因此，液氢加氢系统就形成四条通路交替输送液氢，这样可以减轻单个液驱增压泵的工作负担，两者交替使用也可以增长液驱增压泵的使用寿命，尤其是当其中一个液驱增压泵出现故障时，整个系统仍可运行；同时还能够在不停止系统运行的基础上清理汽化器上结的霜，避免汽化器结霜而降低换热效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为氢气放散系统的结构示意图；
图3为氮气吹扫系统的结构示意图。
图中，1、液氢储氢罐，2、第一液氢泵送装置，3、第二液氢泵送装置，4、连通管，5、第五开关阀，6、第一汽化器，7、水浴换热器，8、液氢管，9、储氢瓶，10、气液混合喷嘴，11、加氢机，12、第六开关阀，13、第三开关阀，14、第四开关阀，15、第二汽化器；
201、液驱增压泵，202、换向阀，203、液压泵，204、回油管，205、出油管，206、油箱，207、液位传感器，208、第三换热器，209、两位三通换向阀，210、溢流阀，211、溢流管路，212、第一开关阀，213、补油管路，214、第二开关阀；
1501、排放管路，1502、排放总管，1503、阻火器，1504、排放阀；
1601、分支管道，1602、氮气罐，1603、手动开关阀，1604、第七开关阀，1605、主管道。
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。
另外，在本发明的描述中，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。
如图1-3所示，一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，包括液氢储氢罐1，液氢储氢罐1的出液管路连接有第一液氢泵送装置2和第二液氢泵送装置3，第一液氢泵送装置2和第二液氢泵送装置3并联连接，第一液氢泵送装置2的两侧对应设有第一开关阀212，两个第一开关阀212可以单独控制第一液氢泵送装置2所在管路的通断，第二液氢泵送装置3的两侧对应设有第二开关阀214，两个第二开关阀214可以单独控制第二液氢泵送装置3所在管路的通断，当使用第一液氢泵送装置2时，打开两个第一开关阀212、关闭两个第二开关阀214，使用第二液氢泵送装置3时，打开两个第二开关阀214、关闭两个第一开关阀212，液氢加氢系统工作中交替使用第一液氢泵送装置2和第二液氢泵送装置3，但始终保证一个液氢泵送装置。第一液氢泵送装置2和第二液氢泵送装置3的出液管路共同连接有第一汽化器6和第二汽化器17，第一汽化器6和第二汽化器17并联连接，这里的第一汽化器6和第二汽化器17为自然风换热形式的汽化器，第一汽化器6的两侧对应设有第三开关阀13，两个第三开关阀13可以单独控制第一汽化器6所在管路的通断，第二汽化器17的两侧对应设有第四开关阀14，两个第四开关阀14可以单独控制第二汽化器17所在管路的通断。第一汽化器6和第二汽化器17的进液端连接有连通管4，连通管4上连接有第五开关阀5，第五开关阀5控制连通管4的通断，第一汽化器6和第二汽化器17的出液端连接有储氢瓶9，储氢瓶9的出气端连接有气液混合喷嘴10，气液混合喷嘴10通过液氢管8与第一液氢泵送装置2或第二液氢泵送装置3连通，液氢管8上设有第六开关阀12，第六开关阀12可以单独控制液氢管8的通断，气液混合喷嘴10的出气管路上连接有加氢机11，液氢储氢罐1内的液氢通过液氢管8进入气液混合喷嘴10，气液混合喷嘴10喷出液氢并汽化、吸热，汽化的氢气与预冷后的氢气一同注入加氢机11中。
上述连通管4的存在使得液氢加氢系统形成四条通路，四条通路交替使用，当其第一液氢泵送装置2工作一段时间后或者第一液氢泵送装置2发生故障时，将第一开关阀212关闭，打开第二开关阀214，第二液氢泵送装置3工作，此时可以打开第四开关阀14或第五开关阀5，保证其中一个汽化器工作，即始终保证一条通路连通，保证液氢加氢系统能够持续运行。在运行的过程中两个汽化器中工作中的汽化器会结霜，然而一旦结霜会影响换热效率，为了能够在不停止液氢加氢系统运行的前提下清理汽化器结的霜，将两个汽化器并联，当需要清理第一汽化器6时，关闭第三开关阀13，打开第四开关阀14，第二汽化器17工作；当需要清理第二汽化器17时，打开第三开关阀13，关闭第四开关阀14，第一汽化器6工作。
上述第一开关阀212、第二开关阀214、第三开关阀13、第四开关阀14和第五开关阀5可以为电磁开关阀，为了实现自动运行，可以通过其分别与控制器连接，控制器自动化控制其开关动作。当然，实际使用中，为了满足要求，在整个系统的其他管路上也可能设置电磁开关阀、压力传感器以及温度传感器等部件。
进一步的，第一汽化器6和所述第二汽化器17共同的出气端、储氢瓶9的进气端之间连接有水浴换热器7，水浴换热器7能够与上述第一汽化器6、第二汽化器17配合形成系统的两级汽化程序，水浴换热器7可以进一步汽化第一汽化器6/第二汽化器17中携带的少许液氢，故而能够减少氢气中携带的液氢量。
进一步的，储氢瓶9设置三个，三个储氢瓶9并联连接且三个储氢瓶9的储氢压力不同，在本系统中，三个储氢瓶9用于储存低压、中压和高压三种级别的氢气，在加注氢气时，先通过低压储氢瓶9向燃料电池车加注、然后依次通过中压储氢瓶9、高压储氢瓶9向燃料电池车加注，这样能够降低液氢泵送的能耗。
进一步的，第一液氢泵送装置2和第二液氢泵送装置3的结构相同，第一液氢泵送装置2/第二液氢泵送装置3具体的结构包括液驱增压泵201、液压泵203和换向阀202，为了实现自动化控制，液压泵203可以与控制器连接，液驱增压泵201连接于液氢储氢罐1与第一汽化器6/第二汽化器17之间，液压泵203的出油管205和回油管204通过换向阀202对应与液驱增压泵201的液压缸的两个油腔连通。
进一步的，第一液氢泵送装置2/第二液氢泵送装置3还包括第三换热器208，第三换热器208设置于液压泵203的所述回油管204上，第三换热器208为自然风换热器，第三换热器208能够对循环而来的液压油加热升温，弥补液压油在液驱增压泵201内与液氢换热产生的温降积累，避免了液压油因温度不断降低其粘性降低，降低流动性。
在某些实施例中，为了保证液压油的纯净，在第三换热器208与液驱增压泵201之间还设有过滤器，同时为了避免液压油回流，在其之间还设有单向阀或止回阀。
进一步的，出油管205与回油管204之间还连接有溢流管路211，溢流管路211上设有溢流阀210，溢流阀210能够在出油管205上的油压较大时，通过溢流阀210溢流调整管路压力，保持进入液压泵203压力的稳定。
进一步的，第一液氢泵送装置2和第二液氢泵送装置3共同连接有一油箱206，油箱206通过补油管路213连接于回油管204，油箱206通过补油管路213及时向回油管204内补油。
在其他实施例中，为了实现油箱206自动补油，在回油管204上还可以设置视油管，可以通过其观察回油管204路上的油液多少，以便于及时补油，另外为了保证油箱206内的油液充足，在油箱206内可以设置液位传感器207，液位传感器207可以与控制器连接，其能够监测油液液位信号，当低于液位时，控制器提醒加油。
进一步的，液压泵203与换向阀202之间的出油管205还连接有两位三通换向阀209，两位三通换向阀209与回油管204连接，两位三通换向阀209的存在能够使得液压管路形成两个循环管路，一个是液压泵203、两位三通换向阀209、第三换热器208形成的小循环，另外一个是液压泵203、两位三通换向阀209、换向阀202、液驱增压泵201、第三换热器208形成的大循环，小循环管路可以在启动液压泵203时循环，先让油液循环起来，稳定油压，在稳定后，两位三通换向阀209动作启动大循环为液驱增压泵201提供动力。
进一步的，为了在本系统启动前将管路内的空气排空，以及在检修时，将管路内的氢气排空，还包括氮气吹扫系统，氮气吹扫系统包括氮气罐1602，氮气罐1602连接有主管道1605，主管道1605上设有手动开关阀1603，其正常使用时其为常开的，主管道1605上连接有多个分支管道1601，各分支管道1601设有第七开关阀1604，这里第七开关也可以为电磁开关阀，当然为了实现自动控制，其可以与控制器连接，各分支管道1601与液氢加氢系统管道各处连通，具体的连接位置可见附图1中系统中的吹扫1、吹扫2、吹扫3、吹扫4和吹扫5等。
进一步的，还包括氢气放散系统，其包括排放管路1501，排放管路1501设置多个，多个排放管路1501对应与靠近液氢储氢罐1、第一液氢泵送装置2/第二液氢泵送装置3、第一汽化器6、第二汽化器17以及加氢机11处的管路连接，多个排放管路1501与排放总管1502连通，排放总管1502上设有排放阀1504和阻火器1503，排放管路1501用于排放各部件在加注初始时的空气，当然在排空气时可能会不可避免的掺杂有少许的氢气，因此，这里的排放管会伸至高空位置，向高空排放。
然而多个排放管路15011501在系统中的连接位置可见附图1中结点1、结点2、结点3……结点15。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，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 (10)

1.一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，包括液氢储氢罐，所述液氢储氢罐的出液管路连接有第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置，第一液氢泵送装置和第二液氢泵送装置并联连接，所述第一液氢泵送装置的两侧对应设有第一开关阀，所述第二液氢泵送装置的两侧对应设有第二开关阀，所述第一液氢泵送装置和所述第二液氢泵送装置的出液管路共同连接有第一汽化器和第二汽化器，所述第一汽化器和所述第二汽化器并联连接，所述第一汽化器的两侧对应设有第三开关阀，所述第二汽化器的两侧对应设有第四开关阀，所述第一汽化器和所述第二汽化器的进液端连接有连通管，所述连通管上连接有第五开关阀，所述第一汽化器和所述第二汽化器的出液端连接有储氢瓶，所述储氢瓶的出气端连接有气液混合喷嘴，所述气液混合喷嘴通过液氢管与所述第一液氢泵送装置或所述第二液氢泵送装置连通，所述液氢管上设有第六开关阀，所述气液混合喷嘴的出气管路上连接有加氢机。
2.根据权利要求1所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，所述第一汽化器和所述第二汽化器共同的出气端、所述储氢瓶的进气端之间连接有水浴换热器。
3.根据权利要求1或2所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，所述储氢瓶设置三个，三个所述储氢瓶并联连接且三个所述储氢瓶的储氢压力不同。
4.根据权利要求1所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，所述第一液氢泵送装置和所述第二液氢泵送装置的结构相同，所述第一液氢泵送装置/所述第二液氢泵送装置包括液驱增压泵、液压泵和换向阀，所述液驱增压泵连接于所述液氢储氢罐与所述第一汽化器/第二汽化器之间，所述液压泵的出油管和回油管通过所述换向阀对应与液驱增压泵的液压缸的两个油腔连通。
5.根据权利要求4所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，所述第一液氢泵送装置/所述第二液氢泵送装置还包括第三换热器，所述第三换热器设置于所述液压泵的所述回油管上。
6.根据权利要求5所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，所述出油管与所述回油管之间还连接有溢流管路，所述溢流管路上设有溢流阀。
7.根据权利要求4所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，所述第一液氢泵送装置和所述第二液氢泵送装置共同连接有一油箱，所述油箱通过补油管路连接于所述回油管。
8.根据权利要求4或5或6或7所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，所述液压泵与所述换向阀之间的所述出油管还连接有两位三通换向阀，所述两位三通换向阀与所述回油管连接。
9.根据权利要求1所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，还包括氮气吹扫系统，所述氮气吹扫系统包括氮气罐，所述氮气罐连接有主管道，所述主管道上设有手动开关阀，所述主管道上连接有多个分支管道，各所述分支管道设有第七开关阀，各所述分支管道与液氢加氢系统管道各处连通。
10.根据权利要求1或9所述的一种双泵送装置交替使用的液氢加氢系统，其特征在于，还包括氢气放散系统，其包括排放管路，所述排放管路设置多个，多个所述排放管路对应与靠近所述液氢储氢罐、所述第一液氢泵送装置/所述第二液氢泵送装置、所述第一汽化器、所述第二汽化器以及所述加氢机处的管路连接，多个所述排放管路与排放总管连通，所述排放总管上设有排放阀和阻火器。
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