CN223550257U - 全压力等级氢气加注系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全压力等级氢气加注系统，主要解决现有加注系统仅能满足单一压力等级氢气加注且适应性差的技术问题。其包括与低压氢气源对应连通且下游终端处并联设有TK16和TK25型加氢枪的低压加注管路、与高压氢气源对应连通且下游终端处并联设有TK17型加氢枪的高压加注管路、连接至所述低压加注管路和高压加注管路上游对应位置处的吹扫管路、串接于所述高压加注管路上游的微通道换热器、分别与所述低压加注管路和高压加注管路对应连通的氢气取样口、用于向所述低压加注管路和高压加注管路中对应气动件提供气源且对应连接至所述高压加注管路的加氢枪处用于防冻吹扫的工作风管路。该系统可同时满足不同压力等级的氢气加注，可满足各加注需求。

Description

全压力等级氢气加注系统

技术领域

本申请涉及能源加注技术领域，具体涉及一种全压力等级氢气加注系统。

背景技术

氢能源在使用过程中的副产品仅为水，不会对环境造成污染，且氢燃料电池具有较高的能量转换效率，能够将氢气的化学能高效地转化为电能，为车辆提供动力，作为一种高效、清洁的能源形式，氢能源不断得到发展和推广。

加氢站作为氢气加注的主要载体，其常见的加注压力等级包括35MPa和70MPa两种，可满足不同车辆和设备的氢气加注需求。其中，35MPa氢气通常用于公交、物流、重卡、冷链、叉车、观光车等车种加注，其对应的加氢枪类型一般为TK16和TK25型加氢枪；70MPa氢气则通常用于氢能源大巴、乘用车等车辆加注，一般采用TK17型加氢枪。

由于不同车辆对氢气加注等级及氢气加注接口的需求存在差异，现有加氢站需要单独设置分立的35MPa氢气加注系统和70MPa氢气加注系统，一方面加注系统间相互独立，从而导致设备占地面积增加，影响加氢站建站投入及运营效率；另一方面，由于加注系统分立从而导致站内管线排布复杂，建设成本及维护成本增加。

公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种全压力等级氢气加注系统，主要解决现有加注系统仅能满足单一压力等级氢气加注且适应性差的技术问题。

根据本公开的一个方面，提供一种全压力等级氢气加注系统，其包括与低压氢气源对应连通且下游终端处并联设有TK16和TK25型加氢枪的低压加注管路、与高压氢气源对应连通且下游终端处并联设有TK17型加氢枪的高压加注管路、连接至所述低压加注管路和高压加注管路上游对应位置处的吹扫管路、串接于所述高压加注管路上游的微通道换热器、分别与所述低压加注管路和高压加注管路对应连通的氢气取样口、用于向所述低压加注管路和高压加注管路中对应气动件提供气源且对应连接至所述高压加注管路的加氢枪处用于防冻吹扫的工作风管路。

在本公开的一些实施例中，所述低压加注管路和高压加注管路从上游至下游分别依次对应串接有加注针阀、过滤器、单向阀、流量计、流量调节阀、电磁阀压力变送器以及温度变送器。

在本公开的一些实施例中，所述低压加注管路和高压加注管路分别通过安全阀对应连通有放散管路，所述放散管路还通过放散阀与所述低压加注管路和高压加注管路所述电磁阀的下游对应连通。

在本公开的一些实施例中，所述放散阀包括并联设置的放散电磁阀和放散手动阀。

在本公开的一些实施例中，所述氢气取样口通过取样针阀对应连接至所述流量计与所述流量调节阀间的管路处。

在本公开的一些实施例中，所述工作风管路包括并联设置的仪表风支路和防冻吹扫支路，所述仪表风支路中设有用于控制所述低压加注管路处仪表风通断的仪表风电磁阀。

在本公开的一些实施例中，全压力等级氢气加注系统还包括用于检测环境温度的环境温度变送器。

在本公开的一些实施例中，所述吹扫管路一端连接至氮气源，另一端通过分别设有单向阀和吹扫针阀的并联支路与所述低压加注管路和高压加注管路的上游对应连通。

在本公开的一些实施例中，所述加氢枪通过拉断阀及加氢软管对应连接至所述低压加注管路或高压加注管路的下游终端。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：

1. 通过集成设置低压加注管路和高压加注管路，从而实现不同压力等级氢气的同时加注，且系统配备不同型号加氢枪，可满足不同类型车辆的氢气加注需求，设备集成度高、适用场景广泛。

2. 工作风管路再提供系统内气动阀工作所需气源的同时，还可实现高压氢气加注时加氢枪口的防冻吹扫，避免枪口因氢气温度较低而结冰进而影响氢气加注的问题。

3. 低压加注管路和高压加注管路分别通过对应的放散阀与放散管路相连通，从而可在加注结束后及时放空软管内的高压氢气，有助于提高管体使用寿命及使用安全性。

4. 设于流量计下游的氢气取样口可实现对相应加注管路中氢气的按需定量取样，以满足氢气纯度检测需求，还可对应外接检测设备，实现氢气的取样和成分分析。

附图说明

图1为本申请一实施例中全压力等级氢气加注系统的结构原理示意图。

以上各图中，1为低压加注管路，11为第一加注针阀，12为第一过滤器，13为第一单向阀，14为第一流量计，15为第一流量调节阀，16为第一电磁阀，17为第一压力表，18为第一压力变送器，19为第一温度变送器，2为高压加注管路，21为第二加注针阀，22为第二过滤器，23为第二单向阀，24为第二流量计，25为第二流量调节阀，26为第二电磁阀，27为第二压力表，28为第二压力变送器，29为第二温度变送器，3为微通道换热器，4为工作风管路，41为仪表风支路，42为防冻吹扫支路，43为过滤减压阀，44为仪表风电磁阀，45为机控阀，5为吹扫管路，61为第一放散管路，62为第二放散管路，63为第一安全阀，64为第二安全阀，65为低压放散电磁阀，66为低压放散手动阀，67为高压放散电磁阀，68为高压放散手动阀，7为取样针阀。

具体实施方式

本申请所涉及“第一”、“第二”等是用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所涉及“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序，本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。

以下实施例中所涉及的器件等，如无特别说明，则均为常规市售产品。

为了更好的理解本申请技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

为解决现有氢气加注系统仅能满足单一压力等级氢气加注，且为实现各等级氢气加注需要设置多台加氢机而导致建设及运营成本高的问题，本例公开一种全压力等级氢气加注系统，可满足35MPa和70MPa两种压力等级氢气的同时加注，同时配备多种加注枪，可满足不同类型氢能源车辆的加注需求。

具体的，参见图1，本例所公开的全压力等级氢气加注系统包括两条相对独立设置的低压加注管路1和高压加注管路2，其中，低压加注管路1的上游与45MPa氢气气源相连通，其下游终端并联设有TK16和TK25型加氢枪，用以满足不同车型35MPa氢气的加注需求；而本例中高压加注管路2的上游则连通至90MPa氢气气源，其下游终端设有TK17型加氢枪，用以实现70MPa氢气的加注。本例中各加氢枪分别通过拉断阀及加氢软管与对应的加注管路终端相连通，以避免车辆加注过程中因意外启动而拉断加注管路导致氢气泄漏，拉断后拉断阀两端双向密封，可避免氢气泄漏，保护人员和设备安全。

其中，低压加注管路1中，从上游至下游依次串接设有第一加注针阀11、第一过滤器12、第一单向阀13、第一流量计14、第一流量调节阀15、第一电磁阀16、第一压力表17、第一压力变送器18以及第一温度变送器19。具体的在本实施例中，第一加注针阀11为高压针阀，耐压20000psi，具体为手动截止阀，其设于低压加注管路1中的最上游，用于控制低压加注管路1的开启或关闭。第一过滤器12为T型过滤器，过滤精度为5μm，最大工作压力50MPa，通过对进入管路中氢气的过滤，滤除气体中的杂质，在保证氢气纯净的同时避免氢气中混杂的杂质对后续流量计等精密器件造成损害。第一单向阀13则用于控制管路中氢气的流向，使得管路中的气体单向流动，防止气体反窜。本例中第一流量计14具体采用双测量管结构的科里奥质量流量计，最小计量单位为10g，计量精度为0.5%，实现35MPa氢气加注时的计量与结算。第一流量调节阀15具体为气动阀，本例中采用氮气作为驱动介质，其输入信号为4～20mA，用于按照设定加注量对应调控低压加注管路中的氢气流量，防止出现流量超限的问题。在本实施例中，于第一流量调节阀15的下游还串接设有第一电磁阀16，用于控制低压加注管路的通断。第一压力表17则用于显示低压加注管路后端的氢气压力，第一压力变送器18量程为0～70MPa，精度为0.25级，输出4～20mA信号，用于将低压加注管路后端的压力信号传输至控制单元，据此对加氢状态进行逻辑处理。第一温度变送器19量程为-50～80℃，精度0.5级，输出4～20mA信号，用于将低压加注管路后端的压力信号传输至控制单元，据此对加氢状态进行逻辑处理。

同样的，高压加注管路2中，从上游至下游亦依次串接设有第二加注针阀21、第二过滤器22、第二单向阀23、第二流量计24、第二流量调节阀25、第二电磁阀26、第二压力表27、第二压力变送器28以及第二温度变送器29。不同的是，第二过滤器22采用最大工作压力为100MPa的T型过滤器，实现对进入高压加注管路中氢气的过滤。第二流量计24耐压1070MPa，用于实现70MPa氢气的加注计量与结算。此外，第二压力表27量程为0～160MPa，第二压力变送器28量程为0～140MPa。

另外，在本实施例中，考虑到高压氢气在加注时会导致温度升高，而限制氢气加注速率，为此参见图1，于高压加注管路2的第二加注针阀21下游串接设置微通道换热器3，本例中微通道换热器3具体为板式换热器，预冷范围-40～0℃，相比于普通的套管换热器，微通道换热器3具有体积较小、热量损失小、热交换面积大等优点，可实现高压氢气进入高压加注管路前的充分降温。但是，在本实施例中，70MPa氢气预冷温度接近-40℃，而加氢枪处环境温度相对较高（尤其是在夏季），从而存在温差，加之如若多车连续进行加注作业，从而加氢枪口处氢气温度持续维持低温，极易导致加氢枪口处因空气被液化凝固而造成枪口结冰，影响正常加注，为此参见图1，在本实施例中设置工作风管路4，工作风管路4与氮气源相连通，其上游串接设有过滤减压阀43，用于实现进气压力的调节及过滤。工作风管路4的下游并联设有仪表风支路41和防冻吹扫支路42，其中，仪表风支路41用于提供低压加注管路和高压加注管路中气动阀的工作气体介质，防冻吹扫支路42用于实现加氢枪口处的防冻除冰。

具体的参见图1，在本实施例中，仪表风支路41分别与第一流量调节阀15和第二流量调节阀25相连通，用于提供调节阀工作时所需的压力气体。其中，仪表风支路41中于第二流量调节阀25连接点下游串接有仪表风电磁阀44，用于控制35MPa低压加注管路中第一流量调节阀处氮气源的导通或关闭。防冻吹扫支路42中串接有机控阀45，用以控制防冻吹扫支路42的通断。在本实施例中，防冻吹扫支路的吹扫口连接至TK17加氢枪处，由内向外对枪头部分进行吹扫，防止结冰而影响加注完成时的拔枪；在其他的一些实施例中，防冻吹扫支路于加氢枪的枪架处亦设有吹扫口，由外向内对枪口处的冰渣进行吹扫。

此外，参见图1，全压力等级氢气加注系统还包括吹扫管路5，吹扫管路5的上游与氮气源相连通，以氮气作为系统吹扫气体，以排除置换系统内残存的氢气。具体的，该吹扫管路5分别通过两条吹扫支路与低压加注管路和高压加注管路的上游相连通，其具体接设于低压加注管路和高压加注管路的加注针阀下游，以便于对整个系统管路实现全覆盖吹扫，避免氢气残留。另外，为避免氢气加注时压力氢气通过吹扫支路倒灌至吹扫管路5中，在本实施例中，两吹扫支路中分别对应串接设有单向阀，以控制支路中的气体流向，此外，两吹扫支路中还分别串接有吹扫针阀，用以控制对应支路的导通与截止。

放散管路用以实现氢气的安全放散，参见图1，其包括与低压加注管路1通过第一安全阀63对应连通的第一放散管路61、通过第二安全阀64与高压加注管路2对应连通的第二放散管路62。其中，第一安全阀63的开启压力为48MPa，第二安全阀64的开启压力为96MPa，分别用以实现超压氢气的安全泄放，保证系统工作安全。此外，本例中放散管路还通过放散阀与低压加注管路和高压加注管路的电磁阀下游对应连通。具体的参见图1，低压加注管路1通过低压放散电磁阀65和低压放散手动阀66与放散管路相连通，高压加注管路2通过高压放散电磁阀67和高压放散手动阀68与放散管路相连通，由此，当氢气加注完毕后，通过关闭加注管路中的电磁阀，并对应导通低压放散电磁阀或高压放散电磁阀后，便可实现加注管路中电磁阀下游范围内管路内氢气的安全放散，通过在加注完毕后及时放空下游管路中的高压氢气，可避免管路疲劳，提高管路寿命及使用安全性。另外，放散手动阀则用于加注系统在加注前的系统氮气吹扫置换过程中，进行氮气吹扫置换时，对应手动打开相应的放散手动阀，以便于对吹扫置换的气体进行安全放散。

为了便于氢气取样，在本实施例中，低压加注管路1和高压加注管路2还分别对应连通有氢气取样口，氢气取样口通过取氢管路对应连接至低压加注管路或高压加注管路的流量计下游，由此可通过流量计实现对取样氢气量的计量；另外，参见图1，取氢管路中串接有取样针阀7，以控制取氢管路的通断，从而实现按需取样。

此外在本实施例中，全压力等级氢气加注系统还包括设于周围环境中的环境温度变送器，用于检测周围的环境温度，本例中设置安全温度为-40～50℃，当环境温度超出该安全温度范围时，报警停机，以保证系统工作安全。

本装置在使用时，当需要为35MPa氢燃料电池车量加注氢气时，加氢机的入口气源为45MPa氢气源，手动打开第一加注针阀11，选择加注模式并启动后，第一电磁阀16得电打开，45MPa氢气源依次流经第一过滤器12、第一单向阀13、第一流量计14、第一流量调节阀15、第一电磁阀16、第一压力表17、第一压力变送器18、第一温度变送器19、拉断阀、加氢软管，最终流至35MPa加氢枪（TK25或TK16），加注前将加氢枪插入待加注的35MPa氢燃料电池车量加氢口，并保证连接密封牢固，打开加氢枪开关，即开始加注35MPa氢气，当车载储氢瓶氢气压力升至35MPa时，电控系统控制第一电磁阀16关闭，TK25或TK16加氢枪停止氢气加注，低压放散电磁阀65打开后延时关闭完成放散。关闭TK25加氢枪或TK16加氢枪开关，拔下加氢枪并正确放入抢架，即完成35MPa氢燃料电池车辆氢气加注操作。其中，本例中35MPa主管路由于采用单个流量计，故设置双枪互锁，即同时提起两把枪时无法加注，以实现同一时刻的单枪加注作业。

另外，在加注系统调试完成后，过滤减压阀43调压稳定，压力为0.6～0.8MPa且一直处于工作状态，35MPa氢燃料电池车量氢气加注过程中，仪表风电磁阀44处于开启状态，加氢结束后关闭仪表风电磁阀44，防止多余氮气消耗。

当需要为70MPa氢燃料电池车量加注氢气时，加氢机的入口气源为45/90MPa氢气源（根据车载瓶压力和储罐压力情况切换），手动打开第二加注针阀21、选择加注模式并启动后，第二电磁阀26得电打开，45/90MPa氢气源流经微通道换热器3、第二过滤器22、第二单向阀23、第二流量计24、第二流量调节阀25、第二电磁阀26、第二压力表27、第二压力变送器28、第二温度变送器29、拉断阀、加氢软管，最终流至70MPa加氢枪（TK17），加注前将TK17加氢枪插入待加注的70MPa氢燃料电池车量加氢口，并保证连接密封牢固，打开TK17加氢枪开关，开始加注70MPa氢气，当车载储氢瓶氢气压力升至70MPa时，电控系统控制第二电磁阀26关闭，TK17加氢枪停止氢气加注，高压放散电磁阀67打开后延时关闭完成放散。拔下TK17加氢枪并正确放入抢架，即完成70MPa氢燃料电池车量氢气加注操作。加注完成后，如有枪口结冰现象，打开机控阀45，利用低压氮气将枪口吹干，再拔枪。

尽管已描述了本申请的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离其发明构思之精神和范围。这样，倘若针对本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种全压力等级氢气加注系统，其特征在于，包括与低压氢气源对应连通且下游终端处并联设有TK16和TK25型加氢枪的低压加注管路、与高压氢气源对应连通且下游终端处并联设有TK17型加氢枪的高压加注管路、连接至所述低压加注管路和高压加注管路上游对应位置处的吹扫管路、串接于所述高压加注管路上游的微通道换热器、分别与所述低压加注管路和高压加注管路对应连通的氢气取样口、用于向所述低压加注管路和高压加注管路中对应气动件提供气源且对应连接至所述高压加注管路的加氢枪处用于防冻吹扫的工作风管路。

2.根据权利要求1所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，所述低压加注管路和高压加注管路从上游至下游分别依次对应串接有加注针阀、过滤器、单向阀、流量计、流量调节阀、电磁阀、压力变送器以及温度变送器。

3.根据权利要求2所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，所述低压加注管路和高压加注管路分别通过安全阀对应连通有放散管路，所述放散管路还通过放散阀与所述低压加注管路和高压加注管路所述电磁阀的下游对应连通。

4.根据权利要求3所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，所述放散阀包括并联设置的放散电磁阀和放散手动阀。

5.根据权利要求2所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，所述氢气取样口通过取样针阀对应连接至所述流量计与所述流量调节阀间的管路处。

6.根据权利要求2所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，所述工作风管路包括并联设置的仪表风支路和防冻吹扫支路，所述仪表风支路中设有用于控制所述低压加注管路处仪表风通断的仪表风电磁阀。

7.根据权利要求1所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，还包括用于检测环境温度的环境温度变送器。

8.根据权利要求1所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，所述吹扫管路一端连接至氮气源，另一端通过分别设有单向阀和吹扫针阀的并联支路与所述低压加注管路和高压加注管路的上游对应连通。

9.根据权利要求1所述的全压力等级氢气加注系统，其特征在于，所述加氢枪通过拉断阀及加氢软管对应连接至所述低压加注管路或高压加注管路的下游终端。