CN214467833U - 电解水制氢加氢站热管理系统 - Google Patents

电解水制氢加氢站热管理系统 Download PDF

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CN214467833U CN202120709637.3U CN202120709637U CN214467833U CN 214467833 U CN214467833 U CN 214467833U CN 202120709637 U CN202120709637 U CN 202120709637U CN 214467833 U CN214467833 U CN 214467833U
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张信真
林今
李汶颖
胡强
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Abstract

本实用新型提供一种电解水制氢加氢站热管理系统，涉及制氢技术领域。该系统包括电解水制氢加氢站和热管理设备，电解水制氢加氢站包括电解水制氢设备、气体纯化装置、第一压缩机、第一加氢枪；热管理设备包括热泵、第一换热管、第二换热管、换热器、第一液体泵和第二液体泵，其中，第一换热管的一端连接到热泵，另一端连接到换热器，换热器安装在气管上、用于冷却气管，第二换热管的一端连接到热泵，另一端连接到电解水制氢设备、用于吸收电解水制氢设备的冷却回路中热量，避免制氢设备温度过高。该系统能够控制电解水制氢设备的温度，并使加氢过程中氢气温度达到要求，避免设备温度越限对设备寿命带来伤害和避免氢气温度过高影响加注效率。

Description

电解水制氢加氢站热管理系统
技术领域
本实用新型涉及制氢技术领域，具体而言，涉及一种电解水制氢加氢站热管理系统。
背景技术
随着氢能汽车行业快速发展，加氢站作为氢能交通的基础设施成为了研究开发的热点。目前，加氢站主要模式为外供氢气加氢，但是，存在存储、运输氢气成本高的难题。
站内制氢加氢站可以有效地节省氢能运输成本，成为行业内发展关注点之一。电解水制氢加氢站作为站内制氢加氢站的技术路线之一，已经进入示范应用阶段。目前，电解水制氢加氢站中电解水设备和压缩机设备市场存在多个厂家产品，在站级系统角度尚未对两者热管理进行综合管理。
可见，电解水制氢加氢站尚未有一体化综合热管理技术，因此，亟需创新热管理技术提高设备温度控制精准度和降低冗余热管理系统带来的额外成本。
实用新型内容
本实用新型的目的包括提供了一种电解水制氢加氢站热管理系统，其能够控制电解水制氢设备的温度，并使加氢过程中氢气温度达到要求，避免设备温度越限对设备寿命带来伤害和避免氢气温度过高影响加注效率。
本实用新型的实施例可以这样实现：
第一方面，本实用新型提供一种电解水制氢加氢站热管理系统，系统包括：
电解水制氢加氢站，包括通过气管依次连通的电解水制氢设备、气体纯化装置、第一压缩机、第一储氢罐、第一减压阀和第一加氢枪；
热管理设备，包括热泵、第一换热管、第二换热管、换热器、第一液体泵和第二液体泵，其中，第一液体泵安装在第一换热管上，第一换热管的一端连接到热泵，第一换热管和第二换热管中填充有冷却液，第一换热管的另一端连接到换热器，换热器安装在气管上，换热器用于冷却气管，第二液体泵安装在第二换热管上，第二换热管的一端连接到热泵，第二换热管的另一端连接到电解水制氢设备，第二换热管用于吸收电解水制氢设备运行过程中产生的热量。
在可选的实施方式中，电解水制氢设备包括依次电连接的变压器、逆变器和电解槽，其中，变压器用于接入电网，电解槽用于产出氢气和氧气、并输送给气体纯化装置，气体纯化装置用于分离氢气和氧气、并将氢气输送给第一压缩机。
在可选的实施方式中，第一储氢罐的压力范围为：35MPa～45MPa。
在可选的实施方式中，第一储氢罐的压力范围为：70MPa～85MPa。
在可选的实施方式中，电解水制氢加氢站还包括通过气管依次连通的第二压缩机、第二储氢罐、第二减压阀和第二加氢枪，其中，第二压缩机连通到第一储氢罐。
在可选的实施方式中，第一储氢罐的压力范围为：35MPa～45MPa，第二储氢罐的压力范围为：70MPa～85MPa。
在可选的实施方式中，电解水制氢设备的冷却液出口处安装有第一温度传感器，热泵的热源出口处安装有第二温度传感器，热泵的冷源出口处安装有第三温度传感器，换热器内安装有第四温度传感器。
在可选的实施方式中，第四温度传感器安装在第一压缩机出口位置的换热器内，第二压缩机的出口位置的换热器内安装有第五温度传感器。
在可选的实施方式中，系统还包括控制器，控制器与热泵、第一液体泵、第二液体泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及第五温度传感器电连接。
在可选的实施方式中，控制器用于控制第一液体泵的电机功率与第三温度传感器的检测温度成正比关系，控制第二液体泵的电机功率与第一温度传感器的检测温度成正比关系。
本实用新型实施例提供的电解水制氢加氢站热管理系统的有益效果包括：
1.热管理设备中的第一液体泵、第一换热管和换热器依次首尾相连，并连接在热泵与电解水制氢加氢站的气管之间，能够利用热泵吸收气管的热量，避免气管温度过高、降低氢气的加注效率；
2.热管理设备中的第二液体泵和第二换热管首尾相连，并连接在热泵与电解水制氢设备之间，能够利用热泵吸收电解水制氢设备的冷却回路中热量，避免设备温度越限、对设备寿命带来损害。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本实用新型第一实施例提供的电解水制氢加氢站热管理系统的组成示意图；
图2为第一实施例中电解水制氢加氢站的组成示意图；
图3为第一实施例中控制器的连接示意图；
图4为本实用新型第二实施例提供的电解水制氢加氢站热管理系统的组成示意图；
图5为第二实施例中电解水制氢加氢站的组成示意图；
图6为第二实施例中控制器的连接示意图。
图标：1-电解水制氢加氢站热管理系统；2-电解水制氢加氢站；21-气管；22-电解水制氢设备；221-变压器；222-逆变器；223-电解槽；23-气体纯化装置；24-第一压缩机；25-第一储氢罐；26-第一减压阀；27-第一加氢枪；28-第二压缩机；29-第二储氢罐；30-第二减压阀；31-第二加氢枪；4-热管理设备；41-热泵；42-第一换热管；43-第二换热管；44-换热器；45-第一液体泵；46-第二液体泵；5-第一温度传感器；6-第二温度传感器；7-第三温度传感器；8-第四温度传感器；9-第五温度传感器；10-控制器；11-站内控制系统。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。
市场中电解水设备主要分为碱性电解水设备、质子交换膜电解水设备、固体氧化物电解水设备。目前，电解水设备的热管理系统的主要采用水循环冷却和空气自然对流冷却两种热管理技术。其中，水循环冷却技术在低温地区面临结冰难题，需要在低温环境中对循环水进行预热处理和保温处理；空气自然对流冷却技术在低温和高温地区的冷却能力差异较大，对电解水制氢加氢站的温度控制能力较差，但是成本较低。
电解水制氢加氢站在生产氢气后经过提纯干燥后，需要使用压缩机将气体压缩至高压储氢罐，高压储氢罐中氢气需要进一步压缩实现对氢燃料电池汽车进行加氢服务。由于氢气体积密度较小，但氢气存储与加注压力较大，导致压缩机在压缩过程的压缩比较大，使得氢气压缩过程的气体温升较高，需要进行冷却。目前，压缩机主要分为隔膜式压缩机、液压活塞式压缩机和离子液压缩机，其采用冷却方式包括液体循环冷却和空气自然对流冷却。
目前，电解水制氢加氢站中热管理技术方案存在问题：
1.电解水制氢加氢站中电解设备和压缩机设备的热管理是分开的，导致热管理设备存在冗余，热管理设备购置成本和加氢站的运维成本高，具有较大优化提升空间；
2.电解水制氢加氢站的循环水冷却技术存在低温条件下结冰问题，需要在设备启动前进行循环水预热，提高了设备运维操作的难度和成本，电解水制氢加氢站的空气自然对流冷却技术，热管理能力差，限制设备使用区域；
3.压缩机的热管理技术中循环液体冷却技术存在设备冗余量大和成本高的问题，而压缩机采用的空冷技术，其热管理能力较差，在持续运行过程中会导致设备过热和氢气过热，带来较大安全隐患。
4.电解水制氢加氢站的安全运行温度区间为60℃～95℃，而压缩机出口温度需要控制在110℃以下，设备不同温度空间需要综合热管理系统进行优化。
第一实施例
请参考图1，本实施例提供了一种电解水制氢加氢站热管理系统1(以下简称“系统”)，该系统主要用于35MPa或70MPa级别制氢加氢站，系统包括电解水制氢加氢站2和热管理设备4。
具体的，电解水制氢加氢站2包括通过气管21依次连通的电解水制氢设备22、气体纯化装置23、第一压缩机24、第一储氢罐25、第一减压阀26和第一加氢枪27。
热管理设备4包括热泵41、第一换热管42、第二换热管43、换热器44、第一液体泵45和第二液体泵46，其中，第一液体泵45安装在第一换热管42上，第一换热管42的一端连接到热泵41，第一换热管42的另一端连接到换热器44，换热器44安装在气管21上，换热器44用于冷却气管21，第二液体泵46安装在第二换热管43上，第二换热管43的一端连接到热泵41，第二换热管43的另一端连接到电解水制氢设备22，第二换热管43用于吸收电解水制氢设备22的冷却回路中热量，避免制氢设备温度过高。
第一换热管42和第二换热管43中填充有冷却液，冷却液可以选用乙二醇水溶液、氯化钙水溶液，并根据环境最低温度确定乙二醇或者氯化钙浓度，以避免冷却液在低温条件下发生凝固。
电解水制氢设备22的冷却液出口处安装有第一温度传感器5，热泵41的热源出口处安装有第二温度传感器6，热泵41的冷源出口处安装有第三温度传感器7，换热器44内安装有第四温度传感器8。
请参阅图2，电解水制氢设备22包括依次电连接的变压器221、逆变器222和电解槽223，其中，变压器221用于接入电网，电解槽223利用电力将水电解为氢气和氧气、并输送给气体纯化装置23，气体纯化装置23用于分离氢气和氧气、并将氢气输送给第一压缩机24，第一压缩机24用于将氢气压缩后存入第一储氢罐25，第一储氢罐25中的氢气经过第一减压阀26减压至35MPa后，氢气由第一加氢枪27加注给氢能汽车。其中，氧气可以选择排放空气中，或则经过压缩机存储到氧气罐，为工业用户供应高纯氧气。
因为氢气运输和存储成本高，导致加氢站盈利困难且限制氢能交通行业发展。本实施例采用的电解水制氢加氢站2可以利用输电代替输氢，降低氢气储能成本，有效地提升加氢站的盈利水平。
其中，电解水制氢加氢站2中电解槽223的类型包括碱液电解水制氢槽、质子交换膜电解水制氢槽、高温固体介质电解水制氢槽。本实施例中的电解槽223为低温电解水制氢槽，包括碱液电解水制氢槽和质子交换膜电解水制氢槽。低温电解水制氢槽需要保持在设定温度范围内，以保障电解槽223内部材料结构稳定和避免设备寿命衰减。碱液电解水制氢槽的运行温度范围为：60℃～95℃，质子交换膜电解水制氢槽的运行温度范围为：50℃～80℃。低温电解水制氢设备需要控制在上述范围内避免设备内部材料性能衰减，影响设备使用寿命。
目前，外供氢加氢站的加氢压力等级分为35MPa和70MPa两种规格，因此，需要加氢站内采用多级压力存储方式，常用配置为运输用长管存储(20MPa)、低压储氢罐(20MPa～30MPa)、中压储氢罐(35MPa～45MPa)、高压储氢罐(70MPa～85MPa)，采用多级压力储氢罐能够提高加氢效率。
本实施例中，第一储氢罐25可以为中压储氢罐或高压储氢罐，中压储氢罐的压力范围为：35MPa～45MPa，高压储氢罐的压力范围为：70MPa～85MPa。
其中，第一压缩机24的类型包括活塞式氢气压缩机、隔膜式氢气压缩机和离子液氢气压缩机。
电解槽223输出的氢气压入到第一储氢罐25中的压缩机需要进行预冷却，之后氢气在第一储氢罐25中进行自然冷却。由于氢气压缩比较大，第一压缩机24的出口温度较高，约110℃～135℃，需要及时冷却至室温温度，才能为氢能汽车加注氢气。因此，本实施例中，换热器44覆盖了第一压缩机24与第一储氢罐25之间的气管21上，以便及时降低第一压缩机24输出的氢气的温度，也实现对氢气压缩前的预冷却。
氢气的转化温度是-68.55℃，高于这个温度的膨胀过程都是升温的过程，即使是冷却到-40℃，加氢过程中氢气减压膨胀过程也是升温过程，因此，高压储氢罐减压加氢过程需要预冷。第一压缩机24需要将氢气从1MPa～3MPa压缩到35MPa～45MPa的中压储氢罐中，该过程氢气压缩比较大，因此气体温度升高较为明显。35MPa的氢能汽车的氢气加注过程中，氢气从35MPa～45MPa的中压储氢罐的减压加注到35MPa的车上储氢罐，该过程属于减压过程，该过程的氢气温度提升幅度有限。70MPa的氢能汽车的氢气加注过程中，氢气从70MPa～85MPa的高压储氢罐的减压加注到70MPa的车上储氢罐，该过程属于减压过程，该过程的氢气温度提升幅度也有限。
因此，氢气加注环节中第一压缩机24出口的氢气温度需要制冷，第一减压阀26出口的氢气也需要制冷以满足加氢行业的技术标准。对此，本实施例中，换热器44不仅覆盖了第一压缩机24出口位置的气管21，也覆盖了第一减压阀26与第一加氢枪27之间的气管21，以便完成氢气加注到氢能汽车前的冷却。
请参阅图3，系统还包括控制器10，控制器10与热泵41、第一液体泵45、第二液体泵46、第一温度传感器5、第二温度传感器6、第三温度传感器7、第四温度传感器8、电解水制氢设备22、第一压缩机24、站内控制系统11、第一储氢罐25、第一加氢枪27和逆变器222等通信。
控制器10获取站内设备、温度传感器的数据，包括第一储氢罐25的压力数据以及第一温度传感器5、第二温度传感器6、第三温度传感器7和第四温度传感器8的温度数据等，控制器10根据热管理控制算法向第一液体泵45、第二液体泵46和热泵41下发控制指令，以控制第一液体泵45、第二液体泵46的转速和热泵41的制冷量，进而调节电解槽223的温度、第一压缩机24出口和第一减压阀26出口的氢气温度。热管理设备4所采集的逆变器222的运行数据包括启停状态、功率、电压、电流、故障状态等数据。热管理设备4所采集的电解水制氢设备22的运行数据包括启停状态、温度、碱液流量、氧气流量、氢气流量、故障状态等数据。热管理设备4所采集的第一压缩机24的运行数据包括启停状态、功率、气流量、故障状态等数据。热管理设备4所采集的制氢加氢站的站内控制系统11的运行数据包括电解水制氢设备22的运行计划、氢能汽车加氢负荷预测。站内控制系统11与热管理设备4之间是双向通讯，站内控制系统11可以在紧急情况下直接给热管理设备4下发调控指令，控制热管理设备4以满足紧急情况下的热管理需求。
以第一储氢罐25为中压储氢罐、电解水制氢加氢站2为35MPa级别为例：
热管理设备4中的热泵41从经过电解槽223的冷却液中吸热热能、并转换为冷能，为加氢环节的氢气进行冷却。
针对碱性电解制氢设备，电解水制氢设备22上第一换热管42出口的冷却液温度为80℃～95℃，利用第二液体泵46驱动进入热泵41的热源端，在热泵41内部完成热交换后冷却液的温度降到55℃，之后冷却液进入碱性电解槽223对其进行冷却。
针对质子交换膜电解制氢设备，电解水制氢设备22上第一换热管42出口的冷却液温度为65℃～80℃，利用第二液体泵46驱动进入热泵41的热源端，在热泵41内部完成热交换后冷却液的温度降到45℃，之后冷却液进入质子交换膜电解槽223对其进行冷却。
加氢环节的第二换热管43中冷却液由第一液体泵45进行驱动，冷却液在热泵41出口的温度为-5℃，之后到第一压缩机24和第一减压阀26出口位置的换热器44为该处的氢气进行冷却，之后冷却液回流到热泵41。
35MPa级别电解水制氢加氢站2在谷电价时段制氢储氢，之后由第一储氢罐25内高压氢气为氢能汽车提供燃料加注服务。由于高压氢气在第一储氢管内温度接近环境温度，且减压加注过程中温度提升有限，热管理设备4主要管理电解水制氢和压缩机联合运行过程中热量综合管理问题。
35MPa级别电解水制氢加氢站2的热管理模式分为两种，第一种模式为谷电价时段，电解水制氢设备22和压缩机联合运行，将中压储氢管内氢气压力达到45MPa，该过程需要联合控制热泵41、第一液体泵45、第二液体泵46；第二种模式为中压储氢罐内氢气到达45MPa后，由中压储氢罐内高压氢气减压为氢能汽车提供加氢服务，该过程只需要控制第一液体泵45的转速，热泵41和第二液泵处于停机状态。
针对35MPa级别电解水制氢加氢站2的热管理设备4在第一种模式的控制方法如下：
【模式一】对于碱性电解水制氢设备22。控制器10需要控制热泵41的运行功率以实现第二温度传感器6的温度为55℃和第三温度传感器7的温度为-5℃，第二液体泵46的电机功率与第一温度传感器5的温度成正比关系。
热泵41的功率控制公式为：
P3hpALK(Δt1，Δt2)＝a11a*Δt1 2+a12a*Δt1+b11a*Δt2 2+b12a*Δt2+c11a
其中，a11a、a12a、b11a、b12a、c11a分别为热泵41的功率控制公式中的参数因子，为设备运行数据计算而来；Δt1、Δt2分别为热泵41的热源端和冷源端的进口和出口的温度差，热泵41具备监测进出口温度的功能。
Δt1＝Thi-Tho
Δt1＝Tci-Tco
第二液体泵46的电机功率控制公式为：
P3p1ALK(T1)＝d11a*T1+e11a
其中，d11a、e11a分别为液体泵B设备功率控制公式中参数因子，为设备运行数据计算而来，T1为第一温度传感器5的温度数据，温度范围为80℃～95℃。
第一液体泵45的电机功率控制公式为
P3p2ALK(T3)＝d12a*T3+e12a
其中，d12a、e12a分别为第一液体泵45的功率控制公式中的参数因子，为设备运行数据计算而来，T3为第三温度传感器7的温度数据，温度数据与第一压缩机24的运行功率有关。
对于质子交换膜电解水制氢设备22。控制器10需要控制热泵41的运行功率以实现第二温度传感器6的温度为45℃和第三温度传感器7的温度为-5℃，第二液体泵46的电机功率与第一温度传感器5的温度成正比关系。
热泵41的功率控制公式为：
P3hpPEM(Δt1，Δt2)＝a11p*Δt1 2+a12p*Δt1+b11p*Δt2 2+b12p*Δt2+c11p
其中，a11p、a12p、b11p、b12p、c11p分别为热泵41的功率控制公式中的参数因子，为设备运行数据计算而来；Δt1、Δt2分别为热泵41的热源端和冷源端的进口和出口的温度差，热泵41具备监测进出口温度的功能。
第二液体泵46的电机功率控制公式为：
P3p1PEM(T1)＝d11p*T1+e11p
其中，d11p、e11p分别为第二液体泵46功率控制公式中的参数因子，为设备运行数据计算而来，T1为第一温度传感器5的温度数据，温度范围为：65℃～80℃。
第一液体泵45的电机功率控制公式为：
P3p2PEM(T2)＝d12p*T2+e12p
其中，d12p、e12p分别为第一液体泵45设备功率控制公式中的参数因子，为设备运行数据计算而来，T2为第二温度传感器6的温度数据。
针对35MPa级别电解水制氢加氢站2的热管理设备4在第二种模式的控制方法如下：
【模式二】该模式下控制器10控制第一液体泵45的转速，以控制第一储气罐中氢气在减压过程中温度升高。
第一液体泵45的电机功率控制公式为：
P3p2(T4)＝d1p*T4+e1p
其中，d1p、e1p分别为第一液体泵45功率控制公式中的参数因子，为设备运行数据计算而来，T4为第四温度传感器8的温度数据。
以第一储氢罐25为高压储氢罐、电解水制氢加氢站2为70MPa级别为例：
热管理设备4中的热泵41从经过电解槽223的冷却液中吸热热能、并转换为冷能，为加氢环节的氢气进行冷却。
针对碱性电解制氢设备，电解水制氢设备22上第一换热管42出口的冷却液温度为80℃～95℃，利用第二液体泵46驱动进入热泵41的热源端，在热泵41内部完成热交换后冷却液的温度降到55℃，之后冷却液进入碱性电解槽223对其进行冷却。
针对质子交换膜电解制氢设备，电解水制氢设备22上第一换热管42出口的冷却液温度为60℃～80℃，利用第二液体泵46驱动进入热泵41的热源端，在热泵41内部完成热交换后冷却液的温度降到45℃，之后冷却液进入质子交换膜电解槽223对其进行冷却。
加氢环节的第二换热管43中冷却液由第一液体泵45进行驱动，冷却液在热泵41出口的温度为-10℃，之后到第一压缩机24和第一减压阀26出口位置的换热器44为该处的氢气进行冷却，之后冷却液回流到热泵41。
由于70MPa级别电解水制氢加氢站2中存在两个氢气压缩机和多个减压阀，加氢环节冷却液温度需要更低，以达到预期设计的制冷效果。
70MPa级别电解水制氢加氢站2在谷电价时段制氢储氢，之后由第一储氢罐25内高压氢气为氢能汽车提供燃料加注服务。由于高压氢气在第一储氢管内温度接近环境温度，且减压加注过程中温度提升有限，热管理设备4主要管理电解水制氢和压缩机联合运行过程中热量综合管理问题。
70MPa级别电解水制氢加氢站2的热管理模式分为两种，第一种模式为谷电价时段，电解水制氢设备22和压缩机联合运行，将高压储氢管内氢气压力达到85MPa，该过程需要联合控制热泵41、第一液体泵45、第二液体泵46；第二种模式为高压储氢罐内氢气到达85MPa后，由高压储氢罐内高压氢气减压为氢能汽车提供加氢服务，该过程只需要控制第一液体泵45的转速，热泵41和第二液泵处于停机状态。
70MPa级别电解水制氢加氢站2的两种热管理模式的方法与35MPa级别电解水制氢加氢站2的两种热管理模式的方法相同，这里不再赘述。
第二实施例
请参阅图4，本实施例提供了一种电解水制氢加氢站热管理系统1，其与第一实施例提供的系统相近，不同之处在于，本实施例提供系统主要用于35MPa和70MPa级别制氢加氢站。
在第一实施例提供的系统的结构基础上，本实施例中的电解水制氢加氢站2还包括通过气管21依次连通的第二压缩机28、第二储氢罐29、第二减压阀30和第二加氢枪31，其中，第二压缩机28连通到第一储氢罐25。
本实施例中，第一储氢罐25为中压储氢罐，中压储氢罐的压力范围为：35MPa～45MPa，第二储氢罐29为高压储氢罐，高压储氢罐的压力范围为：70MPa～85MPa。
第二压缩机28的出口位置的换热器44内安装有第五温度传感器9。第五温度传感器9与控制器10电连接。
第二压缩机28与第二储氢罐29之间的气管21上以及第二减压阀30与第二加氢枪31之间的气管21上均覆盖有换热器44。
请参阅图5，电解水制氢设备22包括依次电连接的变压器221、逆变器222和电解槽223，其中，变压器221用于接入电网，电解槽223利用电力将水电解为氢气和氧气、并输送给气体纯化装置23，气体纯化装置23用于分离氢气和氧气、并将氢气输送给第一压缩机24，第一压缩机24用于将氢气压缩后存入第一储氢罐25，第一储氢罐25中的氢气经过第一减压阀26减压至35MPa后，氢气由第一加氢枪27加注给氢能汽车。第二压缩机28用于将第一储氢罐25中的氢气压缩后存入第二储氢罐29，第二储氢罐29中的氢气经过第二减压阀30减压至70MPa后，氢气由第二加氢枪31加注给氢能汽车。其中，氧气可以选择排放空气中，或则经过压缩机存储到氧气罐，为工业用户供应高纯氧气。
请参阅图6，系统还包括控制器10，控制器10与热泵41、第一液体泵45、第二液体泵46、第一温度传感器5、第二温度传感器6、第三温度传感器7、第四温度传感器8、第五温度传感器9、电解水制氢设备22、第一压缩机24、第二压缩机28、站内控制系统11、第一储氢罐25、第二储氢罐29、第一加氢枪27、第二加氢枪31和逆变器222等通信。
控制器10获取站内设备、温度传感器的数据，包括第一储氢罐25、第二储氢罐29的压力数据以及第一温度传感器5、第二温度传感器6、第三温度传感器7、第四温度传感器8和第五温度传感器9的温度数据等，控制器10根据热管理控制算法向第一液体泵45、第二液体泵46和热泵41下发控制指令，以控制第一液体泵45、第二液体泵46的转速和热泵41的制冷量，进而调节电解槽223的温度、第一压缩机24出口和第一减压阀26出口的氢气温度。热管理设备4所采集的逆变器222的运行数据包括启停状态、功率、电压、电流、故障状态等数据。热管理设备4所采集的电解水制氢设备22的运行数据包括启停状态、温度、碱液流量、氧气流量、氢气流量、故障状态等数据。热管理设备4所采集的第一压缩机24和第二压缩机28的运行数据包括启停状态、功率、气流量、故障状态等数据。热管理设备4所采集的制氢加氢站的站内控制系统11的运行数据包括电解水制氢设备22的运行计划、氢能汽车加氢负荷预测。站内控制系统11与热管理设备4之间是双向通讯，站内控制系统11可以在紧急情况下直接给热管理设备4下发调控指令，控制热管理设备4以满足紧急情况下的热管理需求。
35MPa和70MPa级别电解水制氢加氢站2在谷电价时段制氢储氢，之后储氢罐内高压氢气为氢能汽车提供燃料加注服务。由于高压氢气在储氢管内温度接近环境温度，且减压加注过程中温度提升有限，制氢加氢站中热管理系统的主要管理电解水制氢和压缩机联合运行过程中热量综合管理问题。
该级别电解水制氢加氢站2的热管理模式分为两种，第一种模式为谷电价时段，电解水制氢设备22和压缩机联合运行，将中压储氢罐和高压储氢罐内氢气压力分别达到45MPa和85MPa，该过程需要联合控制热泵41、第一液体泵45、第二液体泵46；第二种模式为储氢罐内氢气到达预设压力后，由储氢罐内高压氢气减压为相应压力级别的氢能汽车提供加氢服务，该过程只需要控制第一液体泵45的转速，热泵41和第二液泵处于停机状态。由于第二压缩机28在加氢站运行过程可以根据需要临时启动，以保障高压储氢罐内具有足够的氢气。
针对35MPa和70MPa级别电解水制氢加氢站2的热管理设备4在第一种模式的控制方法如下：
【模式一】对于碱性电解水制氢设备22。控制器10控制热泵41的运行功率以实现第二温度传感器6的温度为55℃和第三温度传感器7的温度为-10℃，第二液体泵46的电机功率与第一温度传感器5的温度成正比关系。
热泵41的功率控制公式、第二液体泵46的电机功率控制公式、第一液体泵45的电机功率控制公式与第一实施例中的相同。
对于质子交换膜电解水制氢设备22。控制器10控制热泵41的运行功率以实现第二温度传感器6的温度为45℃和第三温度传感器7的温度为-10℃，第二液体泵46的电机功率与第一温度传感器5的温度成正比关系。
热泵41的功率控制公式、第二液体泵46的电机功率控制公式、第一液体泵45的电机功率控制公式与第一实施例中的相同。
【模式二】该模式下热管理设备4为控制第一液体泵45的转速，以控制氢气罐中氢气减压过程中温度升高。由于存在两个压力等级的储氢罐，站内第一压缩机24在高压储氢罐内压力不足时会启动，将中压储氢罐的氢气压入到高压储氢罐中。
第一液体泵45的电机功率控制公式为：
P2p2(T4，T5)＝d31p*T4+d32p*T5+e3p
其中，d31p、d32p、e3p分别为第一液体泵45的功率控制公式中的参数因子，为设备运行数据计算而来，T4、T5分别为第四温度传感器8和第五温度传感器9的温度数据。
不同压力等级制氢加氢站的热管理设备4的控制模式除了上述两种控制模式之外，热管理设备4还可以接受制氢加氢站内其他设备运行状态动态调整的热泵41和液体泵的运行状态。
例如1：当中压储氢罐内氢气压力≤37MPa时候，为了保障制氢加氢站内具有足够氢能提供加氢服务，电解水制氢设备22和压缩机均需要启动，提供临时制氢储氢。这种情况下制氢加氢站可以根据站控软件下发的指令或者监测到电解水制氢设备22启动和压缩机启动运行，启动热泵41以保障热管理达到预期效果。
例如2：当夏天季节环境温度较高时候，热管理设备4可以接受站控软件下发的指令，提高运行功率以保障热管理达到预期效果。
本实用新型以上实施例提供的电解水制氢加氢站热管理系统1的有效效果包括：
1.热管理设备4中的第一液体泵45、第一换热管42和换热器44依次首尾相连，并连接在热泵41与电解水制氢加氢站2的气管21之间，能够利用热泵41吸收气管21的热量，避免气管21温度过高、降低氢气的加注效率；
2.热管理设备4中的第二液体泵46和第二换热管43首尾相连，并连接在热泵41与电解水制氢设备22之间，能够利用热泵41吸收电解水制氢设备22的冷却回路中热量，避免制氢设备温度过高、对设备寿命带来损害；
3.实现了电解水制氢设备22、压缩机、减压阀等设备的热量综合管理，提高热管理系统的集成度，且降低不同设备单独配置热管理设备4带来的设备冗余问题，该系统提高热管理精度，有效地降低了空冷热管理系统精确度差问题；
4.通过使用热泵41吸收电解水制氢设备22运行过程中产生的热能为压缩机和减压阀制冷提供热源，有效地降低了设备制冷过程的能耗，于此同时，根据制氢加氢站的运行模式进行精细控制，有效地降低了热管理系统待机过程的运行能耗；
5.该系统采用了防冻冷却液设计，有效地避免水冷却系统存在水结冰带来的问题；
6.该系统可以接受制氢加氢站的站控软件的指令，根据整站运行情况动态调节热管理系统的运行状态，有效地提高热管理系统的灵活性。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述系统包括：
电解水制氢加氢站(2)，包括通过气管(21)连通的电解水制氢设备(22)、第一压缩机(24)、第一储氢罐(25)和第一减压阀(26)；
热管理设备(4)，包括热泵(41)、第一换热管(42)、第二换热管(43)、换热器(44)、第一液体泵(45)和第二液体泵(46)，其中，所述第一液体泵(45)安装在所述第一换热管(42)上，所述第一换热管(42)的一端连接到所述热泵(41)，所述第一换热管(42)和所述第二换热管(43)中填充有冷却液，所述第一换热管(42)的另一端连接到所述换热器(44)，所述换热器(44)安装在所述第一压缩机(24)和所述第一减压阀(26)出口位置的所述气管(21)上，所述换热器(44)用于冷却所述气管(21)，所述第二液体泵(46)安装在所述第二换热管(43)上，所述第二换热管(43)的一端连接到所述热泵(41)，所述第二换热管(43)的另一端连接到所述电解水制氢设备(22)，所述第二换热管(43)用于吸收所述电解水制氢设备(22)在运行过程中产生的热量。
2.根据权利要求1所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述电解水制氢加氢站(2)还包括气体纯化装置(23)，所述电解水制氢设备(22)包括依次电连接的变压器(221)、逆变器(222)和电解槽(223)，其中，所述变压器(221)用于接入电网，电解槽(223)用于产出氢气和氧气、并输送给所述气体纯化装置(23)，所述气体纯化装置(23)用于分离所述氢气和所述氧气、并将所述氢气输送给所述第一压缩机(24)。
3.根据权利要求1所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述第一储氢罐(25)的压力范围为：35MPa～45MPa。
4.根据权利要求1所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述电解水制氢加氢站(2)还包括通过气管(21)依次连通的第二压缩机(28)、第二储氢罐(29)、第二减压阀(30)和第二加氢枪(31)，其中，所述第二压缩机(28)连通到所述第一储氢罐(25)。
5.根据权利要求4所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述第一储氢罐(25)的压力范围为：35MPa～45MPa，所述第二储氢罐(29)的压力范围为：70MPa～85MPa。
6.根据权利要求5所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述电解水制氢设备(22)的冷却液出口处安装有第一温度传感器(5)，所述热泵(41)的热源出口处安装有第二温度传感器(6)，所述热泵(41)的冷源出口处安装有第三温度传感器(7)，所述换热器(44)内安装有第四温度传感器(8)。
7.根据权利要求6所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述第四温度传感器(8)安装在所述第一压缩机(24)出口位置的所述换热器(44)内，所述第二压缩机(28)的出口位置的所述换热器(44)内安装有第五温度传感器(9)。
8.根据权利要求7所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述系统还包括控制器(10)，所述控制器(10)与所述热泵(41)、所述第一液体泵(45)、所述第二液体泵(46)、所述第一温度传感器(5)、所述第二温度传感器(6)、所述第三温度传感器(7)、所述第四温度传感器(8)以及所述第五温度传感器(9)电连接。
9.根据权利要求8所述的电解水制氢加氢站热管理系统，其特征在于，所述控制器(10)用于控制所述第一液体泵(45)的电机功率与所述第三温度传感器(7)的检测温度成正比关系，控制所述第二液体泵(46)的电机功率与所述第一温度传感器(5)的检测温度成正比关系。
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