CN114688445A - 一种气氢液氢加氢站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气氢液氢加氢站，涉及加氢站领域，包括包括气氢储罐、液氢储罐和至少一个加氢单元，所述气氢储罐与加氢单元之间通过气氢管道连接，所述液氢储罐和加氢单元之间通过液氢管道连接，所述气氢管道上连接有气氢压缩机和第一气液氢混合器，所述液氢管道上连接有液氢泵和液氢分配器，所述液氢分配器的输入端与液氢泵连接，所述液氢分配器的输出端分别连接第一气液氢混合器和加氢单元，所述第一气液氢混合器用于气氢和液氢混合预冷，所述加氢单元包括第二气液氢混合器和加氢机，所述第二气液氢混合器用于调节氢气加注温度。本发明对气氢进行降温的同时液氢吸收热量汽化成气态氢，节省能量，简化整个加氢站设计和运行。
Description
技术领域
本发明涉及加氢站领域，特别是一种气氢液氢加氢站。
背景技术
氢能源是公认的清洁能源，而且氢气热值是常见燃料中最高的，约是石油的3倍和煤炭的4.5倍，因此氢能源汽车在减少空气污染、减少温室气体排放和降低对传统能源的依赖性等方面具有突出的优势，加氢站是给燃料电池汽车提供氢气的燃气站，随着氢能源的发展，加氢站的建设逐步加快。
现有加氢站按存储氢的相态可分为气氢加氢站和液氢加氢站；气氢加氢站按加注压力又可分为：35MPa加氢站和70MPa加氢站，而氢气加注前需要对加注氢气预冷，以提高加注速率并降低加注过程储氢瓶超温风险，根据国际上广泛接受的氢气加注协议SAEJ2601标准，规定了预冷温度范围分别为：-40～-33℃、-33～-26℃，和-26～-17.5℃，3个等级的加注方案，因此现有加氢站需要安装冷水机组以预冷压缩机出口氢气或加注之前的氢气。对于液氢加氢站，需要先将氢气经汽化器或换热器汽化后存储或加注，加注和存储之前需要预冷氢气，以防止储氢瓶组超温；因此，整个加氢站需要安装冷水机组或换热器以预冷氢气温度。
现有加氢站的预冷装置增加了加氢站设计的复杂性、运行成本和投资成本，同时液氢加氢站需要汽化所有液氢变为气相后存储加注，浪费了大量的能量。所以，需要一种设计简单，并且节约预冷能量的加氢站。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种气氢液氢加氢站，以解决背景技术中加氢站设计的复杂，运行成本和投资成本高的问题，通过气氢与液氢之间的热量传递，气氢、液氢经过两次混合，对气氢进行降温的同时液氢吸收热量汽化成气态氢，可以完全利用液氢的冷量控制调节氢气的温度，使得氢气达到预设的加注温度，液氢不用汽化成气氢，节省能量，提高整个用氢生命周期的能量效率，并且，不用安装汽化器和换热器，整个加氢站无冷水机组或换热器的安装，可简化整个加氢站设计和运行。
本发明采用的技术方案如下：
本发明是一种气氢液氢加氢站，包括气氢储罐、液氢储罐和至少一个加氢单元，所述气氢储罐与加氢单元之间通过气氢管道连接，所述液氢储罐和加氢单元之间通过液氢管道连接，所述气氢管道上连接有气氢压缩机和第一气液氢混合器，所述液氢管道上连接有液氢泵和液氢分配器，所述液氢分配器的输入端与液氢泵连接，所述液氢分配器的输出端分别连接第一气液氢混合器和加氢单元，所述第一气液氢混合器用于气氢和液氢混合预冷，所述第一气液氢混合器的输入端分别连接气氢压缩机和液氢分配器，所述第一气液氢混合器的输出端连接加氢单元，所述加氢单元包括第二气液氢混合器和加氢机，所述第二气液氢混合器用于调节氢气加注温度，所述第二气液氢混合器的输入端分别连接第一气液氢混合器和液氢分配器，所述第二气液氢混合器的输出端连接加氢机。
进一步的，所述第一气液氢混合器和加氢单元的气氢输入端均设置气氢管道阀门，所述第一气液氢混合器和加氢单元的液氢输入端还设置有液氢管道阀门，所述气氢管道阀门用于控制气氢流量以及气氢的单向流动，所述液氢管道阀门用于控制液氢流量以及液氢的单向流动。
进一步的，还包括设置在第一气液氢混合器和第二气液氢混合器上的温度传感装置，所述气氢管道阀门、液氢管道阀门均与温度传感装置连接，所述温度传感装置分别控制气氢管道阀门、液氢管道阀门的开度以控制气氢和液氢的流量比例。
进一步的，所述气氢储罐和液氢储罐的输出端还设置有止回阀。
进一步的，还包括用于存储预冷后气氢的氢气存储装置，所述氢气存储装置的输入端通过管道连接第一气液氢混合器的输出端，所述氢气存储装置的输出端通过管道连接加氢单元。
进一步的，所述气氢储罐和液氢储罐的容积按比例设置。
进一步的，所述加氢机包括加氢枪、流量计、压力控制阀门、温度传感器、压力传感器和显示器，通过加氢枪直接给车辆加注氢气。
进一步的，所述液氢管道和气氢管道均为保温管道。
进一步的，所述第一气液氢混合器和第二气液氢混合器为混合管道、盘管、普通容器或专用混合器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明是一种气氢液氢加氢站，通过气氢与液氢之间的热量传递，气氢、液氢经过两次混合，对气氢进行降温的同时液氢吸收热量汽化成气态氢，可以完全利用液氢的冷量控制调节氢气的温度，使得氢气达到预设的加注温度，液氢不用汽化成气氢，节省能量，提高整个用氢生命周期的能量效率，并且，不用安装汽化器和换热器，整个加氢站无冷水机组或换热器的安装，可简化整个加氢站设计和运行。
2、本发明是一种气氢液氢加氢站，通过温度传感装置调节控制气氢管道阀门和液氢管道阀门的开度，从而控制气氢和液氢的流量比例，使的定量气氢和定量液氢在气液氢混合器内的混合达到预设气氢温度，通过两次气液氢混合，最终使其达到车辆加注氢气所需温度。
3、本发明是一种气氢液氢加氢站，通过气氢储罐和液氢储罐的容积比例设置，将液氢和气氢合理利用，可以减少多余气氢或者液氢存储，节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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，其中：
图1是本发明的整体结构示意图。
附图标号说明：1-气氢储罐，101-气氢管道，2-液氢储罐，201-液氢管道，3-加氢单元，301-第二气液氢混合器，302-加氢机，4-气氢压缩机，5-第一气液氢混合器，6-液氢泵，7-液氢分配器，8-气氢管道阀门，9-液氢管道阀门，10-温度传感装置，11止回阀，12-氢气存储装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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设备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。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
如图1所示，本发明是一种气氢液氢加氢站，包括气氢储罐1、液氢储罐2和至少一个加氢单元3，所述气氢储罐1与加氢单元3之间通过气氢管道101连接，所述液氢储罐2和加氢单元3之间通过液氢管道201连接，所述气氢管道101上连接有气氢压缩机4和第一气液氢混合器5，所述液氢管道201上连接有液氢泵6和液氢分配器7，所述液氢分配器7的输入端与液氢泵6连接，所述液氢分配器7的输出端分别连接第一气液氢混合器5和加氢单元3，所述第一气液氢混合器5用于气氢和液氢混合预冷，所述第一气液氢混合器5的输入端分别连接气氢压缩机4和液氢分配器7，所述第一气液氢混合器5的输出端连接加氢单元3，所述加氢单元3包括第二气液氢混合器301和加氢机302，所述第二气液氢混合器301用于调节氢气加注温度，所述第二气液氢混合器301的输入端分别连接第一气液氢混合器5和液氢分配器7，所述第二气液氢混合器301的输出端连接加氢机302。
现有加氢站整体设计复杂，运行成本高，液氢加氢站需要汽化所有液氢变为气相后存储加注，浪费了大量的能量。而本发明包括气氢储罐1、液氢储罐2和至少一个加氢单元3，气氢储罐1静电接地，液氢泵6和气氢压缩机4同时启动，本实施例中气氢压缩机4采用隔膜压缩机，气氢储罐1中的气氢经过气氢压缩机4压缩后，温度升高，进入第一气液氢混合器5，液氢储罐2的液氢通过液氢泵6做功进入液氢分配器7，液氢分配器7根据第一气液氢混合器5内气氢的容量分配一定比例的液氢进入第一气液氢混合器5与气氢混合，通过气氢与液氢之间的热量传递，将氢气温度预冷为常温，当需要给车辆加注氢气时，预冷后的气氢进入加氢单元的第二气液氢混合器301，同时，液氢分配器7根据第二气液氢混合器301内需要冷却的气氢量来定量分配液氢，使得第二气液氢混合器301输出的气氢达到加注温度，本实施中的第二气液氢混合器301可以设置在加氢机302内部，或加氢机302外部给车辆加注之前。
本发明中，由于气氢储罐1中的气氢经过气氢压缩机4压缩后，温度升高，气氢与液氢混合，气氢将热量传递给液氢，使得液氢汽化成气氢，气氢温度降低，经过两次气氢、液氢混合，使得氢气达到预设的加注温度。本发明通过气氢与液氢之间的热量传递，对气氢进行降温的同时液氢吸收热量汽化成气态氢，可以完全利用液氢的冷量控制调节压缩或加注氢气的温度，不用安装汽化器和换热器，同时整个加氢站无冷水机组或换热器的安装，可简化整个加氢站设计和运行，液氢不用汽化成气氢，节省能量，提高整个用氢生命周期的能量效率。
实施例二
本实施例是对本发明的进一步说明。
如图1所示，本实施例在实施例一的基础上，在本发明一种优选实施例中，所述第一气液氢混合器5和加氢单元3的气氢输入端均设置气氢管道阀门8，所述第一气液氢混合器5和加氢单元3的液氢输入端还设置有液氢管道阀门9，所述气氢管道阀门8用于控制气氢流量以及气氢的单向流动，所述液氢管道阀门9用于控制液氢流量以及液氢的单向流动。
在本发明一种优选实施例中，还包括设置在第一气液氢混合器5和第二气液氢混合器301上的温度传感装置10，所述气氢管道阀门8、液氢管道阀门9均与温度传感装置10连接，所述温度传感装置10分别控制气氢管道阀门8、液氢管道阀门9的开度以控制气氢和液氢的流量比例。
优选得，所述气氢储罐1和液氢储罐2的输出端还设置有止回阀11。
本实施例中，温度传感装置9包括温度传感器和温度显示器，通过温度传感器检测第一气液氢混合器5内混合氢气温度，并在温度显示器上显示温度数值，温度传感装置9通过外部控制器控制第一气液氢混合器5输入端的气氢管道阀门8和液氢管道阀门9的开度，从而控制气氢和液氢的流量比例，使其达到第一气液氢混合器5内的预设气氢温度，在本实施例中设置了两个加氢单元3，用于匹配不同温度氢气需求的车辆，每个加氢单元3的输入端均设置液氢管道阀门9和气氢管道阀门8，分别用于控制液氢分配器7分配的液氢和第一次预冷后的气氢流量比例，使其达到车辆加注氢气所需温度。
实施例三
本实施例是对本发明的进一步说明。
如图1所示，本实施例在上述实施例的基础上，在本发明一种优选实施例中，还包括用于存储预冷后气氢的氢气存储装置12，所述氢气存储装置12的输入端通过管道连接第一气液氢混合器5的输出端，所述氢气存储装置12的输出端通过管道连接加氢单元3。
在本实施例中，所述氢气存储装置12为中压储氢瓶组，储氢瓶组存储氢气的温度为环境温度，一般为15～40℃。
在本实施例中，气氢在经过第一气液氢混合器5预冷后，可以将大部分氢气存储到氢气存储装置12中，当需要对氢气燃料电池车加注氢气时，氢气从氢气存储装置12的其中一个储氢瓶进入第二气液氢混合器301，同时，液氢分配器7分配定量的液氢到第二气液氢混合器301，气氢和液氢混合，液氢汽化，气氢降温为加注温度，然后通过加氢机302给车辆加注氢气。
实施例四
本实施例是对本发明的进一步说明。
本实施例在上述实施例的基础上，在本发明一种优选实施例中，所述气氢储罐1和液氢储罐2的容积按比例设置。
采样上述结构，气氢储罐1和液氢储罐2的容积按比例可以根据液氢和气氢混合后达到加注温度以及加氢站总加注量确定；例如：要求液氢和气氢按1：9混合为温度-10℃的气氢，加氢站总站规模为1000kg/d，则该加氢站液氢和气氢的供应存储量应分别为100kg和900kg，需要冷却的高温气氢与液氢经过两次混合以降低温度达到加注温度。通过气氢储罐1和液氢储罐2的容积比例设置，将液氢和气氢合理利用，可以减少多余气氢或者液氢存储，节约成本。
实施例五
本实施例是对本发明的进一步说明。
本实施例在上述实施例的基础上，在本发明一种优选实施例中，所述加氢机302包括加氢枪、流量计、压力控制阀门、温度传感器、压力传感器和显示器，通过加氢枪直接给车辆加注氢气。
在本实施例中，加氢机302上设置流量计用于计算加注氢气量，压力传感器和压力控制阀门用于检测加注氢气压力并调节控制，温度传感器用于检测加注氢气温度，显示器用于显示压力、温度、流量等数值。
实施例六
本实施例是对本发明的进一步说明。
本实施例在上述实施例的基础上，在本发明一种优选实施例中，所述液氢管道201和气氢管道101均为保温管道。
实施例六
本实施例是对本发明的进一步说明。
本实施例在上述实施例的基础上，在本发明一种优选实施例中，所述第一气液氢混合器5和第二气液氢混合器301可以是混合管道、盘管、普通容器或专用混合器，在本实施例中选用普通容器即可。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种气氢液氢加氢站，包括气氢储罐(1)、液氢储罐(2)和至少一个加氢单元(3)，所述气氢储罐(1)与加氢单元(3)之间通过气氢管道(101)连接，所述液氢储罐(2)和加氢单元(3)之间通过液氢管道(201)连接，其特征在于：所述气氢管道(101)上连接有气氢压缩机(4)和第一气液氢混合器(5)，所述液氢管道(201)上连接有液氢泵(6)和液氢分配器(7)，所述液氢分配器(7)的输入端与液氢泵(6)连接，所述液氢分配器(7)的输出端通过液氢管道(201)分别连接第一气液氢混合器(5)和加氢单元(3)，所述第一气液氢混合器(5)用于气氢和液氢混合预冷，所述第一气液氢混合器(5)的输入端分别连接气氢压缩机(4)和液氢分配器(7)，所述第一气液氢混合器(5)的输出端连接加氢单元(3)，所述加氢单元(3)包括第二气液氢混合器(301)和加氢机(302)，所述第二气液氢混合器(301)用于调节氢气加注温度，所述第二气液氢混合器(301)的输入端分别连接第一气液氢混合器(5)和液氢分配器(7)，所述第二气液氢混合器(301)的输出端连接加氢机(302)。
2.根据权利要求1所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：所述第一气液氢混合器(5)和加氢单元(3)的气氢输入端均设置气氢管道阀门(8)，所述第一气液氢混合器(5)和加氢单元(3)的液氢输入端还设置有液氢管道阀门(9)，所述气氢管道阀门(8)用于控制气氢流量以及气氢的单向流动，所述液氢管道阀门(9)用于控制液氢流量以及液氢的单向流动。
3.根据权利要求2所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：还包括设置在第一气液氢混合器(5)和第二气液氢混合器(301)上的温度传感装置(10)，所述气氢管道阀门(8)、液氢管道阀门(9)均与温度传感装置(10)连接，所述温度传感装置(10)分别控制气氢管道阀门(8)、液氢管道阀门(9)的开度以控制气氢和液氢的流量比例。
4.根据权利要求2所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：所述气氢储罐(1)和液氢储罐(2)的输出端还设置有止回阀(11)。
5.根据权利要求1所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：还包括用于存储预冷后气氢的氢气存储装置(12)，所述氢气存储装置(12)的输入端通过管道连接第一气液氢混合器(5)的输出端，所述氢气存储装置(12)的输出端通过管道连接加氢单元(3)。
6.根据权利要求1所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：所述气氢储罐(1)和液氢储罐(2)的容积按比例设置。
7.根据权利要求1所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：所述加氢机(302)包括加氢枪、流量计、压力控制阀门、温度传感器、压力传感器和显示器，通过加氢枪直接给车辆加注氢气。
8.根据权利要求1所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：所述液氢管道(201)和气氢管道(101)均为保温管道。
9.根据权利要求1所述的一种气氢液氢加氢站，其特征在于：所述第一气液氢混合器(5)和第二气液氢混合器(301)为混合管道、盘管、普通容器或专用混合器。
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