CN220453410U - 一种基于气囊的低压储氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于气囊的低压储氢装置，所述一种基于气囊的低压储氢装置，包括水气分离器、第一止逆阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第一气囊组、第二气囊组、四通阀模块、第二止逆阀，第一气压传感器、第二气压传感器，控制器；所述四通阀模块用于第一气囊组的输入和第二气囊组的输出与第一气囊组的输出和第二气囊组的输入之间的切换。本实用新型用于小型电解水制氢设备的氟橡胶制储氢气囊，可实现0.3MPa以下的低压储氢，利用PEM堆的出口压力即可实现氢气的压缩。在较低的压力下储存氢气，充氢气的过程不需要使用泵，仅靠电解槽自身的气压即可完成储氢，简化了储氢的难度和设备要求，且可以最大程度地避免因氧气渗透而造成的氢气纯度降低。

Description

一种基于气囊的低压储氢装置

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢和储氢技术领域，具体涉及一种基于气囊的低压储氢装置。

背景技术

氢气的储存是氢能安全使用的关键一环，安全使用氢能才能进一步推广和应用氢能技术，实现“碳达峰、碳中和”的发展目标。现有的常用储氢技术分为高压气瓶储氢和固体氢化物储氢，前者需要专用高压泵组，才能将氢气压缩到钢瓶或碳纤维瓶中，储氢压力一般为5～35MPa，具有一定的安全隐患；后者除了需要专用的高压泵组外，还需要氢化物、制冷及加热设备等，储氢压力一般为1～5MPa，使用起来相当复杂。无论是哪种技术，均需要增压泵对氢气进行压缩。氢气压缩和储存的安全性存在隐患。

目前已有耐压达到3MPa以上的电解水制氢设备，其利用电堆本身即可完成对气体的压缩，但压缩效率较泵低得多，但两极产生的气体会通过质子缓缓膜相互发生渗透，导致氢气中混有少量的氧气，而氧气中则混有氢气。但在较低的操作压力下，如0.3MPa以下，气体渗透现象则不明显，甚至可以达到99.9％以上的氢气纯度。

为了解决氢气储存的安全性，以及高压储氢带来的气体渗透问题，同时简化储氢和净化设备，本实用新型设计了一种用于小型电解水制氢设备的氟橡胶制储氢气囊，可实现0.3MPa以下的低压储氢，利用PEM堆的出口压力即可实现氢气的压缩。

实用新型内容

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种基于气囊的低压储氢装置，包括水气分离器、第一止逆阀、第一气囊组、第二气囊组、四通阀模块、第二止逆阀，第一气压传感器、第二气压传感器、第一电磁阀、第二电磁阀，控制器；

所述第一气囊组、第二气囊组用于储氢；

所述第一止逆阀用于设置在水气分离器产生的氢气向第一气囊组、第二气囊组的输送管道上；

所述第二止逆阀用于设置第一气囊组、第二气囊组的输出管道上；

所述第一电磁阀用于开启和关闭水气分离器产生的氢气向第一气囊组、第二气囊组的输送；

所述第二电磁阀用于开启和关闭第一气囊组和第二气囊组的氢气输出，

所述第一气压传感器用于检测第一气囊组的气压；

所述第二气压传感器用于检测第二气囊组的气压；

所述四通阀模块用于第一气囊组的输入和第二气囊组的输出与第一气囊组的输出和第二气囊组的输入之间的切换。

优选地，还包括输送管道、第一气囊管道、第二气囊管道、输出管道，所述四通阀模块设有输送接口、第一气囊接口、第二气囊接口和输出接口；所述水气分离器通过输送管道与所述输送接口相连通，所述输送管道上设有第一止逆阀、第一电磁阀；所述第一气囊组通过第一气囊管道与所述第一气囊接口相连通，所述第一气囊管道上设第一气压传感器；所述第二气囊组通过第二气囊管道与所述第二气囊接口相连通，所述第二气囊管道上设第二气压传感器；所述输出管道与输出接口相连通，所述输出管道上设有第二止逆阀、第二电磁阀；所述四通阀模块用于输送管道与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换，以及输出管道与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换。

优选地，所述四通阀模块包括步进电机、壳体、转盘阀头，所述转盘阀头设于壳体内，所述步进电机的输出轴与转盘阀头相连，所述转盘阀头设有相互隔离的第一内管道和第二内管道，所述第一内管道和第二内管道的两个端口均开口于转盘阀头侧面，所述壳体设有所述输送接口、第一气囊接口、第二气囊接口和输出接口，在所述步进电机的驱动下，第一内管道用于输送管道与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换，所述第二内管道用于输出接口与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换。

优选地，所述输送接口、第一气囊接口、第二气囊接口和输出接口等间距设于壳体侧面。

优选地，所述输送管道、第一气囊管道、第二气囊管道、输出管道均为硅胶管。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型用于小型电解水制氢设备的氟橡胶制储氢气囊，可实现0.3MPa以下的低压储氢，利用PEM堆的出口压力即可实现氢气的压缩。在较低的压力下储存氢气，充氢气的过程不需要使用泵，仅靠电解槽自身的气压即可完成储氢，简化了储氢的难度和设备要求，且可以最大程度地避免因氧气渗透而造成的氢气纯度降低。

本实用新型采用气囊而非钢瓶对小功率氢燃料电池或应急发电设备的供氢，可以最大程度地降低质量，提高便携性。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种基于气囊的低压储氢装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的充放氢控制结构示意图；

图3为本实用新型提供的四通阀模块结构示意图；

图4为本实用新型提供的四通阀模块处于状态一时的充放气示意图；

图5为本实用新型提供的四通阀模块处于状态二时的充放气示意图；

图例说明：水气分离器1、第一止逆阀2、输送管道21、第一气囊组3、第一气囊管道31、第二气囊组4、第二气囊管道41、四通阀模块5、输送接口501、第一气囊接口503、第二气囊接口504、输出接口502、步进电机52、壳体50、第一内管道505、第二内管道506，第一电磁阀53、第二电磁阀54、第一气压传感器55、第二气压传感器56、转盘阀头57、第二止逆阀6、输出管道61。

具体实施方式

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。

参照图1-5，本实用新型提供的实施例：

一种基于气囊的低压储氢装置，包括水气分离器1、第一止逆阀2、第一气囊组3、第二气囊组4、四通阀模块5、第二止逆阀6，第一电磁阀53、第二电磁阀54、第一气压传感器55、第二气压传感器56、控制器；第一气囊组3、第二气囊组4用于储氢；第一电磁阀53用于开启和关闭水气分离器1的氢气向第一气囊组3、第二气囊组4的输送，第二电磁阀54用于开启和关闭第一气囊组3和第二气囊组4的输出，第一气压传感器55用于检测第一气囊组3的气压；第二气压传感器56用于检测第二气囊组4的气压；四通阀模块5用于第一气囊组3的输入和第二气囊组4的输出与第一气囊组3的输出和第二气囊组4的输入之间的切换。也就是说第一气囊组3和第二气囊组4交替进行充放氢气。

低压储氢装置还包括输送管道21、第一气囊管道31、第二气囊管道41、输出管道61、四通阀模块5设有输送接口501、第一气囊接口503、第二气囊接口504和输出接口502；水气分离器1通过输送管道21与输送接口501相连通，输送管道21上设有第一止逆阀2、第一电磁阀53；第一气囊组3通过第一气囊管道31与第一气囊接口503相连通，第一气囊管道31上设第一气压传感器55；第二气囊组4通过第二气囊管道41与第二气囊接口504相连通，第二气囊管道41上设第二气压传感器56；输出管道61与输出接口502相连通，输出管道61上设有第二止逆阀6、第二电磁阀54；四通阀模块5用于输送管道21与第一气囊管道31和第二气囊管道41之间的连通切换，以及输出接口502与第一气囊管道31和第二气囊管道41之间的连通切换。

四通阀模块5包括步进电机52、壳体50、转盘阀头57，转盘阀头57设于壳体50内，步进电机52的输出轴与转盘阀头57相连，转盘阀头57设有相互隔离的第一内管道505和第二内管道506，在步进电机52的驱动下，第一内管道505用于输送管道21与第一气囊管道31和第二气囊管道41之间的连通切换，第二内管道506用于输出管道61与第一气囊管道31和第二气囊管道41之间的连通切换。其中，四通阀模块5的工作原理为：四通阀模块5工作分两种状态：

“状态一”：第一内管道505四通阀模块5的第一内管道505与输送管道21和第一气囊管道31相连通，此时第一气囊组3充氢,第二内管道506与输出管道61和第二气囊管道41相连通,此时第二气囊组4放氢；

“状态二”:第一内管道505四通阀模块5的第一内管道505与输送管道21和第二气囊管道41相连通，此时第二气囊组4充氢,第二内管道506与输出管道61和第一气囊管道31相连通,此时第一气囊组3放氢；

步进电机52驱动转盘阀头57顺时针或逆时针转动90度，实现四通阀模块5的两种状态的切换。

利用四通阀模块5即可实现对气囊组的同时充氢和放氢，最大程度地保障了上游的电解水制氢工作的同时，不影响下游氢燃料电池(输出端)的工作，且机构结构简单，可靠性高；

第一内管道505和第二内管道506的两个端口均开口于转盘阀头57侧面，壳体50设有输送接口501、第一气囊接口503、第二气囊接口504和输出接口502。

输送接口501、第一气囊接口503、第二气囊接口504和输出接口502等间距设于壳体50侧面。

输送管道21、第一气囊管道31、第二气囊管道41、输出管道61均为硅胶管。

为实现低压储氢气囊装置的持续充气和放气，其充放氢控制方法，包括如下步骤：

S1:通过第一气压传感器55和第二气压传感器56，实时采集第一气囊和第二气囊的气压数据，

S2:对采集的第一气压传感器55和第二气压传感器56的数据进行判断，

S21:若第一气囊组3的气压值不大于0.05MPa，且第二气囊组4中气压值不大于0.05MPa，对应于初始状态；第一电磁阀53打开，控制四通阀模块5的第一内管道505连通输送管道21和第一气囊管道31，第一气囊组3充气，同时，四通阀模块5的第二内管道506连通输出管道61和第二气囊管道41，但此时，第二电磁阀54关闭；

S22:若第一气囊组3的气压值等于0.3MPa时，且第二气囊组4的气压值小于0.3MPa时，四通阀模块5的第一内管道505连通输送管道21和第二气囊管道41，第二气囊组4充气，同时，四通阀模块5的第二内管道506连通输出管道61和第一气囊管道31，第二电磁阀54打开，第一气囊组3放气；

S23:若第一气囊组3的气压值小于0.3MPa，且第二气囊组4中气压值等于0.3MPa，控制四通阀模块的第一内管道505连通输送管道21和第一气囊管道31，第一气囊组3充气，同时，四通阀模块的第二内管道506连通输出管道61和第二气囊管道41，第二气囊组4放气。

如此，通过四通阀模块5连通不同的管道，能实现持续的充气和放气，从而实现了低压储氢气囊装置持续供应氢气。

另外在充放氢过程中若出现第一气囊组3或第二气囊组4的气压值大于0.3MPa，第一电磁阀53关闭，或出现第一气囊组3或第二气囊组4的气压值不大于0.05MPa，第二电磁阀53关闭。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于气囊的低压储氢装置，其特征在于，包括水气分离器、第一止逆阀、第一气囊组、第二气囊组、四通阀模块、第二止逆阀，第一气压传感器、第二气压传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、控制器；

所述第一气囊组、第二气囊组用于储氢；

所述第一止逆阀用于设置在水气分离器产生的氢气向第一气囊组、第二气囊组的输送管道上；

所述第二止逆阀用于设置第一气囊组、第二气囊组的输出管道上；

所述第一电磁阀用于开启和关闭水气分离器产生的氢气向第一气囊组、第二气囊组的输送；

所述第二电磁阀用于开启和关闭第一气囊组和第二气囊组的氢气输出，

所述第一气压传感器用于检测第一气囊组的气压；

所述第二气压传感器用于检测第二气囊组的气压；

所述四通阀模块用于第一气囊组的输入和第二气囊组的输出与第一气囊组的输出和第二气囊组的输入之间的切换。

2.根据权利要求1所述的一种基于气囊的低压储氢装置，其特征在于，还包括输送管道、第一气囊管道、第二气囊管道、输出管道，所述四通阀模块设有输送接口、第一气囊接口、第二气囊接口和输出接口；所述水气分离器通过输送管道与所述输送接口相连通，所述输送管道上设有第一止逆阀、第一电磁阀；所述第一气囊组通过第一气囊管道与所述第一气囊接口相连通，所述第一气囊管道上设第一气压传感器；所述第二气囊组通过第二气囊管道与所述第二气囊接口相连通，所述第二气囊管道上设第二气压传感器；所述输出管道与输出接口相连通，所述输出管道上设有第二止逆阀、第二电磁阀；所述四通阀模块用于输送管道与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换，以及输出管道与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换。

3.根据权利要求2所述的一种基于气囊的低压储氢装置，其特征在于，所述四通阀模块包括步进电机、壳体、转盘阀头，所述转盘阀头设于壳体内，所述步进电机的输出轴与转盘阀头相连，所述转盘阀头设有相互隔离的第一内管道和第二内管道，所述第一内管道和第二内管道的两个端口均开口于转盘阀头侧面，所述壳体设有所述输送接口、第一气囊接口、第二气囊接口和输出接口，在所述步进电机的驱动下，第一内管道用于输送管道与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换，所述第二内管道用于输出接口与所述第一气囊管道和第二气囊管道之间的连通切换。

4.根据权利要求3所述的一种基于气囊的低压储氢装置，其特征在于，所述输送接口、第一气囊接口、第二气囊接口和输出接口等间距设于壳体侧面。

5.根据权利要求2所述的一种基于气囊的低压储氢装置，其特征在于，所述输送管道、第一气囊管道、第二气囊管道、输出管道均为硅胶管。