CN215294565U - 一种氢气供给系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种氢气供给系统。氢气供给系统包括氢气长管拖车、储氢系统、低压液压增压设备、高压液压增压设备、储水箱和干燥设备、加氢机等。液压增压系统用于对储水箱内的液压介质进行增压并注入到氢气长管拖车和储气瓶组中，将氢气在不降压的情况下置换出来或对氢气加压；储氢系统用于对氢气增压并储存氢气；低压液压增压设备设置于氢气长管拖车的上游；高压液压增压设备设置于储氢系统的上游；高压液压增压设备的工作压力大于低压液压增压设备的工作压力；干燥设备同时设置于储氢系统和氢气长管拖车的下游，用于干燥向外输出的氢气；本实用新型采用处理后的纯净水作为液压介质。

Description

一种氢气供给系统

技术领域

本实用新型涉及氢气储运加技术领域，特别涉及一种氢气供给系统。

背景技术

2019年氢能源首次写入《政府工作报告》，预计2050年氢能在中国能源体系中占比18-20％，氢气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元，全国加氢站达到10000座以上，燃料电池汽车产量达到520万辆。

《中国加氢站项目数据库》显示，截至2021年2月，中国已建成加氢站超过120座，另有约150座加氢站处于规划或建设阶段，后续加氢站的建设需求明显。

目前的加氢站，通常采用氢气长管拖车在加氢母站加氢，通过公路运输到加氢站，利用卸气柱将氢气长管拖车和站内设备连接，启动压缩机，将拖车内20MPa的氢气加压到最高45MPa，依次充装进入车载高压氢气罐、高压储气瓶组、中压储气瓶组中，直至瓶组压力达到45MPa，压缩机停机。

当有车辆加氢时，依次从氢气长管拖车、中压储气瓶组、高压储气瓶组、压缩机取气，直至加注到35MPa；

当储气瓶组的压力低于设定值时，压缩机启动，循环工作；

通常情况下，当拖车压力低于5-7MPa时，因压缩机排量过小，停止卸气，拖车返回制氢站加氢。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种运行稳定，维护方便，运行成本低的氢气供给方法，以解决现有技术中的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种氢气供给系统，包括：

储氢系统，用于储存氢气；且所述储氢系统的进口与所述氢气长管拖车相连；

低压液压增压设备，设置于与所述氢气长管拖车的上游；

高压液压增压设备，设置于所述储氢系统的上游；所述高压液压增压设备的工作压力大于所述低压液压增压设备的工作压力；

干燥设备，同时设置于所述储氢系统和所述卸气系统的下游，用于干燥向外输出的氢气；

所述低压液压增压设备和所述高压液压增压设备均通过对液压介质加压并注入到高压容器中，而实现氢气的加压与置换；所述低压液压增压设备将所述液压介质注入至所述氢气长管拖车，而使氢气输送至所述储氢系统或向外输送；所述高压液压增压设备将所述液压介质注入至所述储氢系统，而使氢气向外输送。

在其中一实施方式中，所述液压介质为纯净水。

在其中一实施方式中，所述低压液压增压设备包括：

低压液压配套储箱，用于储存所述液压介质；

低压液压泵，设置于所述氢气长管拖车与所述低压液压储箱之间，进而能够将所述液压介质泵入所述氢气长管拖车内。

在其中一实施方式中，所述氢气长管拖车与所述低压液压储箱连通，而能够使所述液压介质返回至所述低压液压储箱。

在其中一实施方式中，所述高压液压增压设备包括：

高压液压配套储箱，用于储存所述液压介质；

高压液压泵，设置于所述储氢系统与所述高压液压储箱之间，而能够将所述液压介质泵入所述储氢系统内。

在其中一实施方式中，所述储氢系统与所述高压液压储箱连通，而能够使所述液压介质返回至所述高压液压储箱。

在其中一实施方式中，所述氢气供给系统还包括净化装置；所述净化装置同时与所述低压液压增压设备和所述高压液压增压设备连接而净化所述液压介质。

在其中一实施方式中，所述高压液压增压设备的工作压力为35Mpa～90Mpa；所述低压液压增压设备的工作压力为20～45MPa。

在其中一实施方式中，所述氢气供给系统还包括设置于所述干燥设备上游的顺序控制盘和设置于所述干燥设备下游的加氢机；

所述加氢机用于与氢气动力车的车载高压氢气罐连接，进而向外输送氢气；所述顺序控制盘同时连接于所述氢气长管拖车的下游和所述储氢系统的下游，用于控制供氢的顺序。

在其中一实施方式中，所述储氢系统分为两组或三组，其中瓶组1和瓶组2具有液压增压功能，两组瓶组交替增压，连续工作；根据需要设置瓶组3，增压后的氢气进入瓶组3进行储存并向后续设备供氢，提高了瓶组储氢的利用率；

在其中一实施方式中，储氢系统中每组瓶组的型式和数量、容积可以根据需要进行设定，以保证加气速度，提出储氢瓶组的利用率；

所述储氢瓶的最大工作压力大于或等于所述高压液压增压设备的工作压力。

本实用新型还提供一种氢气供给方法，包括以下步骤：

提供一氢气长管拖车和储氢系统；

向所述氢气长管拖车注入液压介质，使所述氢气长管拖车内的氢气在不降压的情况下向外输出，并输送至所述储氢系统或经干燥后向外输送；

向所述储氢系统注入液压介质，使所述储氢系统内的氢气经干燥后向外输送；

其中，所述储氢系统向外输送氢气时的压力大于所述氢气长管拖车向外输送氢气时的压力。

在其中一实施方式中，所述液压介质为纯净水。

由上述技术方案可知，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型的氢气供给系统中低压液压增压设备和高压液压增压设备均注入液压介质而实现氢气输出，且在氢气输出的过程中，氢气长管拖车和储氢瓶组内的压力均未下降，加注速度恒定；

通过液压瓶推的工艺，拖车和瓶组的压力保持不变，避免了压力下降而需再增压的现象，降低了能耗。

高、低压液压增压系统的加注能力可以根据需要进行更大流量的选型，进而相对容易的实现快速加注的目的，提高了加氢站的加注能力；

相较于相关技术中采用压缩机进行供气的氢气供给系统，该氢气供给系统的低压液压增压设备和高压液压增压设备均采用液压系统实现加气操作，便于维护，费用远远低于液压活塞、机械活塞、离子液、隔膜式等压缩机的高压氢气增压方式。

可选的，低压液压增压设备和高压液压增压设备的液压介质均采用纯净水，水的成本相对较低，因此，降低了该氢气供给系统的运行成本。且采用纯净水做液压介质，避免了对氢气和环境的污染。

附图说明

图1是本实用新型一种氢气供给系统，其中一实施例的流程示意图。

附图标记说明如下：

1、氢气长管拖车；21、低压液压增压系统配套储水箱；22、高压液压增压系统配套储水箱31、低压液压泵；32、高压液压泵；41、氢气储气瓶组1；42、氢气储气瓶组；43、氢气储气瓶组3；5、氢气干燥装置；6、加氢机；7、车载高压氢气罐；8、水纯化设备；9、顺序取气控制盘。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的优选实例进行详细说明。

本实用新型提供一种氢气供给系统，该氢气供气系统为氢气动力车提供氢气。

参阅图1，本实施例中的氢气供给系统包括1、氢气长管拖车；21、低压液压增压系统配套储水箱；22、高压液压增压系统配套储水箱31、低压液压泵；32、高压液压泵；41、氢气储气瓶组1；42、氢气储气瓶组；43、氢气储气瓶组3；5、氢气干燥装置；6、加氢机；7、车载高压氢气罐；8、水纯化设备；9、顺序取气控制盘。

采用低压液压增泵31和高压液压泵32向氢气长管拖车1和氢气储气瓶组41、42注入液压介质，实现氢气加压进而实现氢气的输出，无需压缩机的压缩，节约了能耗。可选的，液压介质为纯净水，成本较低，对氢气无污染，对环境非常友好，绿色环保。

本实施例中，氢气长管拖车1的氢气瓶组可倾斜设置，此时顶端在高度方向上高于底端。其中，在本实施例中，氢气瓶组在氢气供给的过程中倾斜设置。在运输和保存过程中可不做要求。氢气长管拖车1的顶端设置有出气口，底端设有进液口和回液口。

储氢系统用于储存和压缩氢气。储氢系统包括并联设置的两组储氢瓶组41和42，也可以在两组瓶组的后端配置储氢瓶组43。储氢瓶组41和42对氢气进行储存、加压后，进入储氢瓶组43进行储存。储氢瓶组41和42的进口与氢气长管拖车1的出口相连，进而能够接收氢气长管拖车1所输出的氢气。

具体地，储氢瓶组41、42、43采用站内大容积无缝钢瓶。本实施例中，储氢系统包括三组储氢瓶组41、42、43，各储氢瓶组的水容积2m³，工作压力45MPa。各储氢瓶组包括2个单瓶水容积为1m³的大容积无缝钢瓶。

其他实施例中，储氢系统内的储氢瓶组4的型式和数量以及各储氢瓶组4内的储氢瓶的型式和数量均可以依据实际需要而设置。

各储氢瓶4上均设置有气相进出口和液相进出口。储氢瓶组4还包括进气管路、出气管路、气相汇总管路、进液管路、回液管路和液相汇总管路。其中，进气管路和出气管路并联设置，并均与气相汇总管路连接。进液管路和回液管路并联设置，并均与汇总管路连接。各储氢瓶4上的气相输送口均与气相汇总管路连接，液相输送口均与液相汇总管路连接。

其中，进气管路与氢气长管拖车1的出口相连通，进而接收氢气长管拖车1内的氢气，实现储氢系统的充装以及氢气长管拖车1的卸车。

该氢气供给系统因为包括至少两组储氢瓶组41和41，因此，可以利用其中一储氢瓶组41进行供气，另一储氢瓶组42进行充装，进而只需保证有一辆氢气长管拖车1与卸车柱连接，即可保证供氢的连贯性。

在储氢瓶组41和42后面增加储氢瓶组43，接收41、42的高压氢气并进行储存，可以提出加氢速度，增加站内的储氢量和提高储氢瓶组的储氢利用率；

低压液压泵31设置于与氢气长管拖车1的上游，用于对氢气长管拖车1进行加压，进而实现氢气的输出。具体地，低压液压泵31从低压液压增压系统配套储水箱21抽取液压介质，加压后注入氢气长管拖车1的钢瓶中，将氢气在不降压的情况下置换出来。

低压液压增压系统配套储水箱21内部具有储存空间，用于储存液压介质。具体地，液压介质为纯净水。

低压液压输送泵31对应低压液压增压系统配套储水箱21设置并与低压液压增压系统配套储水箱21的储存空间连通，以将低压液压增压系统配套储水箱21内的液压介质向外输送。

具体地，低压液压泵31的出口与该氢气长管拖车1的进液口相连，以将液压介质注入氢气长管拖车1内，进而压缩氢气长管拖车1内的氢气，实现加压，使氢气长管拖车1内的氢气向外输出。

低压液压增压系统配套储水箱21与该氢气长管拖车1的回液口相连，以接收氢气长管拖车1回液的液压介质。即，在氢气长管拖车1内的氢气卸载完毕后，将氢气长管拖车1内的液压介质回收至低压液压增压系统配套储水箱21。

可选的，低压液压泵31为低压液压泵，其工作压力为20～45Mpa，即低压液压泵31的工作压力为20～45Mpa。因此，氢气长管拖车1内的压力不会大于45MPa。低压液压泵31的工作压力具体可以依据实际而设置，例如20MPa、30MPa或45MPa等。

高压液压泵32设置于储氢系统的上游，用于对储氢系统进行加压，进而实现氢气的输出。具体地，高压液压泵32从高压液压增压系统配套储水箱22中抽取液压介质，加压后注入到储气系统41、42中，依次对储气系统41、42的氢气增压。

高压液压增压系统配套储水箱22内部具有储存空间，用于储存液压介质。具体地，液压介质为纯净水。

高压液压泵32对应高压液压增压系统配套储水箱22设置并与高压液压增压系统配套储水箱22的储存空间连通，以将高压液压增压系统配套储水箱22内的液压介质向外泵送。

高压液压泵32的出口与储氢系统41、42相连，以将液压介质泵入储氢系统内，进而压缩储氢系统41、42内的氢气，实现加压，使储氢系统内的氢气向外输出。具体地，高压液压泵32与各储氢瓶组41、42的进液管路连通。

高压液压增压系统配套储水箱22与储氢系统的相连，以接收储氢系统回液的液压介质。具体地，高压液压增压系统配套储水箱22与各储氢瓶组41、42的回液管路连通。即，在储氢瓶组41、42的氢气向外供应完毕后，将储氢瓶组41、42内的液压介质回收至高压液压增压系统配套储水箱22。

可选的，本实施例中，高压液压泵32为高压液压泵，其工作压力为35～90Mpa，即高压液压泵32的工作压力为35～90Mpa。

水纯化设备8同时与低压液压增压系统配套储水箱21和高压液压增压系统配套储水箱22相连通，以提供净化后的液压介质。因液压介质为纯净水，相应地，水纯化设备8对水进行软化、净化等，除去水中的离子和微生物，避免污染氢气，避免产生水垢。

可选的，将低压液压泵31和高压液压泵32集成于一个橇上，并定义该橇为液压橇。该液压橇中，低压液压增压设备配套储水箱21和高压液压增压系统配套储水箱22并排设置。低压液压输送泵22设置于低压液压增压设备配套储水箱21远离高压液压增压系统配套储水箱22的另一侧，高压液压泵32设置于高压液压增压系统配套储水箱22远离低压液压增压设备配套储水箱21的另一侧。即，按照顺序，依次布置为低压液压泵31、低压液压增压设备配套储水箱21、高压液压增压系统配套储水箱22以及高压液压泵32。

低压液压泵31和高压液压泵32均注入液压介质而实现氢气输出，且在氢气输出的过程中，氢气长管拖车1和储氢瓶组41、42内的压力均未下降，避免了压力下降而需再增压的现象，降低了能耗。

低压液压泵31和高压液压泵32的液压介质均采用纯净水，水的成本相对于较低，因此，降低了该氢气供给系统的成本。且采用纯净水做液压介质，避免了对氢气和环境的污染。

低压液压泵31和高压液压泵32均采用液压系统实现加气操作，便于维护，费用远远低于液压活塞、机械活塞、隔膜式压缩机等其他高压氢气增压方式。

顺序取气控制盘9设置于储氢系统和氢气长管拖车1的下游，用于依据实时工况而控制向外供氢的顺序。具体地，顺序取气控制盘9与储氢瓶组43的出气管路连接，与氢气长管拖车1的出气口连接。

本实施例中，控制系统还要包括配套的控制柜、仪表风、报警器以及各种仪表。

氢气干燥装置5设置于顺序取气控制盘9的下游，用于干燥向外输送的氢气。氢气干燥装置5还能起到缓冲作用。

可选的，氢气干燥装置5和顺序取气控制盘9集成于一个底橇上。

加氢机6设置于氢气干燥装置5的下游，为氢气动力车的车载高压氢气罐7进行加注。具体地，加氢机6基本包括箱体、用户显示面板、加氢口、加氢软管、拉断阀、流量计量、控制系统、过滤器、节流保护、管道、阀门、管件和安全系统等。

该氢气供给系统还包括吹扫装置，用于对氢气长管拖车1进行吹扫，去除氢气长管拖车1回液后剩余的游离态水，保证氢气长管拖车1在行驶过程中管路、阀门等不出现冰堵问题。

上述氢气供给系统的管路均采用不锈钢材质，能够避免管路发生氢脆和水锈现象。例如储氢瓶组4的进气管路、出气管路、气相汇总管路、进液管路、回液管路和液相汇总管路，连接氢气长管拖车1和储氢瓶组4之间的管路，连接低压液压泵31与氢气长管拖车1之间的管路，连接储氢系统与高压液压泵32之间的管路，连接储氢瓶组4和氢气干燥装置5之间的管路。

且，在储氢瓶组4上游的管路，按照低压液压泵31的工作压力设计，在储氢瓶组4下游的管路，按照高压液压泵32的工作压力设计。

该氢气供给系统的工作原理如下：

在一氢气长管拖车1与站内连接进行卸气时，低压液压泵31向氢气长管拖车1注入液压介质，增加氢气长管拖车1内的压力，使氢气输送至储氢系统4，进行卸车。

在卸车完毕后，通过高压液压泵32将液压介质注入储氢系统的储氢瓶组4内，压缩氢气，增加压力至预设工作压力。该预设工作压力为35～90Mpa。

在氢气长管拖车1与卸车柱连接且有一氢气动力车需要加氢时，通过顺序取气控制盘9的控制使氢气长管拖车1进行供氢，此时，低压液压泵31向氢气长管拖车1注入液压介质，使氢气向外输出。因此，实现了利用液压增压装置将氢气长管拖车1内的较低压力的氢气增加压力并加注到更高压力的车载高压氢气罐的目的。

在不断向外供氢的过程中，车载高压氢气罐7内的压力不断增加，在压力增加至预设的工作压力时，停止氢气长管拖车1向氢气动力车供氢。其中，该预设的工作压力为20～45Mpa。再通过顺序取气控制盘9控制储氢系统的其中一储氢瓶组43向氢气动力车供氢。此时，高压液压泵32向该储氢瓶组41、42注入液压介质，使氢气向外输出。

停止氢气长管拖车1向氢气动力车供氢后，继续通过低压液压泵31向氢气长管拖车1内注入液压介质，使氢气长管拖车1内的氢气卸载至储氢系统的另一组储氢瓶组42内。即，一储氢瓶组43向氢气动力车供氢，一储氢瓶组41或42接收氢气长管拖车1内的氢气，同时进行，节约时间。

氢气长管拖车1卸车完毕后，进行回液操作，即将氢气长管拖车1内的液压介质回至低压液压增压设备配套储水箱21。然后再更换一氢气长管拖车1继续供氢，循环工作，保证供氢的连续性。储氢系统的两储氢瓶组41、42，其中储氢瓶组41在向外供氢时，储氢瓶组42在接收氢气长管拖车1内所卸载的氢气。供氢的储氢瓶组41内的氢气用尽后，进行回液操作，即将该储氢瓶组41内的液压介质回至高压液压增压系统配套储水箱22。然后储氢瓶组42接收氢气长管拖车1内的氢气，储氢瓶组41进行向外供氢，循环工作，保证供氢的连续性。

储氢瓶组41、42向外输送的氢气，进入储氢瓶组43进行储存，并根据需要，通过储氢瓶组43向外供氢。

该氢气供给方法通过向氢气长管拖车1和储氢系统41、42内注入液压介质，实现加压，进而输出氢气。该氢气供给方法避免了随着氢气的输出导致的压力下降而需再增压的现象，降低了能耗。

可选的，液压介质为纯净水，不仅成本较低，且避免了对氢气和环境的污染，绿色环保。

由上述技术方案可知，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型的氢气供给系统中低压液压增压设备和高压液压增压设备均注入液压介质而实现氢气输出，且在氢气输出的过程中，氢气长管拖车压力未下降，通过高压液压增压实现了对储氢瓶组内氢气的增压，的避免了压力下降而需再增压的现象，降低了能耗。

相较于相关技术中采用压缩机进行供气的氢气供给系统，该氢气供给系统的低压液压增压设备和高压液压增压设备均采用液压系统实现加气操作，便于维护，费用远远低于液压活塞、机械活塞、隔膜式压缩机等其他高压氢气增压方式。

可选的，低压液压增压设备和高压液压增压设备的液压介指介质均采用纯净水，水的成本相对较低，因此，降低了该氢气供给系统的成本。且采用纯净水做液压介质，避免了对氢气和环境的污染。

通过在站内设置两组瓶组进行储气和循环增压，再设置第三组瓶组进行氢气储存，增加了站内的氢气储量，提高了储气系统的利用率

虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种氢气供给系统，其特征在于，包括：

储氢系统，用于氢气加压和储存；且所述储氢系统的进口与液压瓶推专用氢气长管拖车相连；

低压液压增压设备，设置于氢气长管拖车的上游；

高压液压增压设备，设置于所述储氢系统的上游；所述高压液压增压设备的工作压力大于所述低压液压增压设备的工作压力；

干燥系统，同时设置于所述储氢系统和所述氢气长管拖车的下游，用于干燥向外输出的氢气；

所述低压液压增压设备和所述高压液压增压设备均通过液压介质的增压并注入拖车和储氢瓶组中，实现对氢气的加压并置换出氢气；所述低压液压增压设备将所述液压介质注入至所述氢气长管拖车，而使氢气输送至所述储氢系统或向外输送；所述高压液压增压设备将所述液压介质注入至所述储氢系统，而使氢气向外输送。

2.根据权利要求1所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述液压介质为经过纯化后的纯净水。

3.根据权利要求1所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述低压液压增压设备包括：

低压配套储箱，用于储存所述液压介质；

低压液压泵，设置于所述氢气长管拖车与所述低压配套储箱之间，进而能够将所述液压介质加注到所述氢气长管拖车内。

4.根据权利要求3所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述氢气长管拖车与所述低压配套储箱连通，而能够使所述液压介质返回至所述低压配套储箱。

5.根据权利要求1所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述高压液压增压设备包括：

高压配套储箱，用于储存所述液压介质；

高压液压输送泵，设置于所述储氢系统与所述高压液压增压储箱之间，进而能够将所述液压介质泵入所述储氢系统内。

6.根据权利要求5所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述储氢系统与所述高压配套储箱连通，进而能够使所述液压介质返回至所述高压配套储箱。

7.根据权利要求6所述一种氢气供给系统，其特征在于：储氢系统分为两组或三组，其中瓶组1和瓶组2具有液压增压功能，两组瓶组交替增压，连续工作；根据需要设置瓶组3，增压后的氢气进入瓶组3进行储存并向下游供氢，提高了瓶组储氢的利用率。

8.根据权利要求7所述一种氢气供给系统，其特征在于：每组瓶组的型式和数量、容积可以根据需要进行设定，以保证加气速度，提高储氢瓶的利用率。

9.根据权利要求1所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述氢气供给系统还包括纯净水纯化装置；所述纯化装置同时与所述低压液压增压设备和所述高压液压增压设备连接而净化所述液压介质。

10.根据权利要求1所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述高压液压增压设备的工作压力为35Mpa～90Mpa；所述低压液压增压设备的工作压力为20～45MPa。

11.根据权利要求1所述一种氢气供给系统，其特征在于：所述储氢瓶的最大工作压力大于或等于所述第二增压设备的工作压力。

Images