一种加氢站用混合加注系统的制作方法

1.本实用新型属于氢气加注技术领域，具体涉及一种加氢站用混合加注系统。

背景技术：

2.加氢站是燃料电池汽车充装燃料的场所，根据其站内氢气储存相态不同，分为气氢加氢站和液氢加氢站。在氢气应用领域，由于液氢的密度大于高压气氢，液氢的运输成本只有气氢的五分之一，因此通过液氢的储存方式建立的液氢加氢站是加氢站建设的未来发展方向，液氢加氢站既能服务于高压氢气燃料电池汽车，也可以为液氢燃料电池汽车进行加注。
3.现有的液氢加氢站一般由液氢储罐、高效液氢增压泵、高压热管理系统、氢气存储容器以及加氢机和控制系统等关键模块组成。液氢加注站提供高压氢气的方法通常是先对液体进行增压，然后在高压气化器里让它吸收环境空气中的热量自然汽化后，随即氢气进入储氢容器进行储存或直接对下游的氢燃料电池汽车进行加氢。但是由于液氢温度极低，对零部件有氢腐蚀、氢脆的影响，这种液氢先增压、后气化的气氢加注方法，对液氢增压泵的技术要求较高，导致液氢增压泵的技术壁垒、成本过高，国内鲜有企业能够生产。
4.目前我国建成的加氢站主要是气氢加氢站，沿用的是lng/l-cng的模式，利用高压技术存储氢气气源，如果将其升级为液氢加氢站，对于液氢储罐产生的bog以及液氢气化过程中产生的冷能，不能进行合理利用，造成了能源的浪费。并且根据现有液氢加氢站的构成，气氢加氢站升级为液氢加氢站，需要增设液氢增压泵，但液氢增压泵国内鲜有企业能够生产，很难直接在现有的气氢加氢站上进行升级改造。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种加氢站用混合加注系统，方便现有气氢加氢站能直接升级改造为液氢加氢站，它能够合理利用系统产生的bog和液氢气化过程中的冷能，避免了能源的浪费。
6.为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是一种加氢站用混合加注系统，包括液氢储罐、液氢泵、热管理系统、氢气压缩机、液氢加注机和气氢加注机；所述热管理系统包括多相换热器、蓄冷剂储罐和循环泵；液氢储罐的出液口连接液氢泵，液氢泵出口分别连接液氢加注机和热管理系统，液氢储罐的bog出口连接热管理系统，热管理系统的气体出口连接氢气压缩机，氢气压缩机出口连接气氢加注机，热管理系统的热交换介质出口连接氢气压缩机的防冻液进口。
7.本实用新型加注系统对于气氢的加注策略是将液氢先通过热管理系统汽化为低压氢气，然后再通过氢气压缩机将低压氢气压缩为高压氢气供气氢加注机的加注，这样通过先气化再加压的方式，巧妙的避开了液氢增压泵的设置，液氢只需经过普通的离心泵泵送至热管理系统汽化再经压缩机增压即可实现高压氢气的加注，因此气氢加注站升级为液氢加注站只需增设液氢储罐、液氢泵、热管理系统和液氢加注机即可，这些增设的设备是现
有加氢站建设普遍常用的设备，方便了现有气氢加注站的升级改造。
8.bog(boil-offgas蒸发气体，简称bog)是指气体在其临界温度以下经加压被液化后的低温液体，因难以与环境绝对绝热，吸收外界热量而蒸发出的气体。对于液氢储罐蒸发的bog，现有技术方案主要是通过增加蒸发汽(bog)处理器进行bog的回收。液氢加氢站配置bog加热器、bog压缩机等设备，通过bog加热器、bog压缩机加压后变成常温高压的汽体存储在高压储氢瓶组中。显而易见的是，此方法需要增加加热器和压缩机等设备，此类设备成本很高。而且系统复杂，管理不方便，安全隐患较多，增加了液氢储藏的成本；而且bog的回收耗费了能量，提高了加注系统的能耗。
9.本实用新型将液氢储罐蒸发的bog直接通入热管理系统中，bog中含有的微小液滴气化升压，可降低液化温度，增压后的bog吸收热管理系统中需要气化的液氢中的冷能液化，再返回储存至液氢罐中，可延长液氢的储存时间。因此本实用新型液氢bog的利用方式，相比现有的液氢bog利用方式，节省了bog回收所需的设备，极大的降低了建站成本，简化了加注系统的构成，降低了加注系统的能耗和损耗。
10.而对于液氢汽化为气氢产生的冷能，本实用新型采用热管理系统的热交换介质出口连接氢气压缩机的防冻液进口的方式，热管理系统热交换后吸收液氢冷能的热交换介质输入压缩机冷却系统中做为压缩机防冻液使用，合理利用了液氢汽化的冷能。本实用新型利用液氢汽化冷能的方式，无需增设外加设备，结构简单，冷能也得到有效利用。
11.进一步的，作为液氢汽化冷能的另一种合理利用方式，热管理系统的热交换介质出口设置连接管道与气氢加注机的换热管道连通。因氢气本身具有的焦耳-汤姆逊负效应，在加注到车载瓶后会放热，为避免高压氢气在加注过程中超过车载储氢瓶的设计温度，因此需要在气氢加注前设置换热管道对氢气进行冷却，本实用新型将吸收液氢冷能的热交换介质输入气氢加注机的换热管道中，简单高效的合理利用了液氢汽化冷能。
12.在一些实施方式中，热管理系统的热交换介质为防冻液。更具体的是，防冻液采用乙二醇型防冻液。
13.进一步的，为了避免氢气压缩机的频繁启动增加能耗，本实用新型加氢站用混合加注系统增设了储氢瓶组，氢气压缩机出口连接储氢瓶组进口，储氢瓶组出口连接气氢加注机。这样经氢气压缩机增压后的氢气储存于储氢瓶组中供气氢加注机的使用，避免了压缩机的频繁启动。
14.进一步的，氢气压缩机可根据加氢站的需求选用液驱压缩机或气驱压缩机。氢气压缩机的压力等级也可根据需求选用45mpa或90mpa压缩机。
15.进一步的，液氢泵为低温潜液泵。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
17.本实用新型提供的一种加氢站用混合加注系统，可实现液氢和高压气氢的同时加注，它充分利用了液氢bog和液氢汽化冷能，降低了系统能耗，减少了液氢bog的排放，提高了系统的安全性；本实用新型加注系统结构简单，组成设备少，可充分利用现有气氢加注站的设备进行升级改造，无需增设液氢增压泵，降低了建站成本。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例提供的混合加注系统的示意图；
19.图2为热管理系统的结构示意图。
20.附图标记：
21.1-液氢槽车；2-液氢储罐；3-液氢泵；4-液氢加注机；5-热管理系统；6-氢气压缩机；7-顺控盘；8-储氢瓶组；9-气氢加注机；
22.51-多相换热器；52-蓄冷剂储罐；53-循环泵；54-液氢流动管道；55-bog流动管道；56-换热管道。
具体实施方式
23.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
24.参见图1，本实施例提供了一种加氢站用混合加注系统，它包括液氢槽车1、液氢储罐2、液氢泵3、液氢加注机4、热管理系统5、氢气压缩机6、顺控盘7、储氢瓶组8和气氢加注机9。
25.液氢槽车1作为加氢站液氢的提供者，运输液氢通过液氢泵3将液氢卸至液氢储罐2中储存。液氢储罐2的液氢出口与液氢泵3的进口连接，液氢泵3的出口分别连接液氢加注机4和热管理系统5，液氢储罐2的bog出口连接热管理系统5，热管理系统5的气体出口连接氢气压缩机6，热管理系统5的热交换介质出口分别连接氢气压缩机6的防冻液进口和气氢加注机9的换热管道。氢气压缩机6出口与气氢加注机9连接，在二者的连接管道上设置有储氢瓶组8，储氢瓶组8由顺控盘7控制。
26.参见图2，热管理系统5包括多相换热器51、蓄冷剂储罐52和循环泵53，循环泵53将热交换介质打入多相换热器51的换热管道56与液氢流动管道54内的液氢进行热交换后，液氢气化为气氢从热管理系统(即多相换热器)的气体出口输出，吸收冷能的热交换介质进入蓄冷剂储罐52储存，经循环泵53分别打入氢气压缩机6的防冻液进口和气氢加注机9的换热管道内。bog流动管道55内的bog气体升压液化，返回液氢储罐2内储存。
27.本实施例提供的加注系统的工作路径如下所述：
28.路径a为卸车流程，液氢槽车1内的液氢经过液氢泵3卸至液氢储罐2内；
29.路径b为液氢加注流程，液氢储罐2内的液氢经过液氢泵3泵送至液氢加注机4内，由液氢加注机4的加注对液氢燃料电池汽车的车载钢瓶进行加注；
30.路径c为汽化流程，液氢储罐2内的液氢经液氢泵3输送至热管理系统5内，与热管理系统5内流动的热交换介质换热汽化为气氢；
31.路径d为bog再利用流程，液氢储罐2内的气氢直接接入热管理系统5内，升压液化后返回液氢储罐2内储存；
32.路径e为气氢加注流程，经热管理系统5换热汽化的气氢，通过氢气压缩机6升压为35mpa或70mpa后，然后经气氢加注机9加注至高压氢气燃料电池汽车的车载钢瓶内；
33.路径f为冷能再利用流程，将热管理系统5内的热交换介质通入氢气压缩机6和气氢加注机9的换热管段内，能将液氢汽化产生的冷能合理利用。
34.加氢站用液氢的温度通常在20k作用，液氢泵3选用低温潜液泵，是一种类似于lng潜液泵的离心泵；根据压缩机和气氢加注机换热管道的需求，可选用防冻液作为热管理系统5的热交换介质，更优的是，防冻液为乙二醇型防冻液；氢气压缩机6可根据加氢站需求选
用液驱或气驱压缩机，压力等级也可根据需求选用45mpa或90mpa压缩机；为避免压缩机的频繁启动，节约能源，在氢气压缩机6与气氢加注机9之间增设顺控盘7和储氢瓶组8。
35.综上，本实施例提供的加氢站用混合加注系统，液氢bog的利用方式是将液氢储罐2蒸发的bog直接通入热管理系统5中，bog中含有的微小液滴气化升压，可降低液化温度，增压后的bog吸收热管理系统中需要气化的液氢中的冷能液化，再返回储存至液氢罐中，可延长液氢的储存时间。相比现有的液氢bog利用方式，本实用新型节省了bog回收所需的设备，极大的降低了建站成本，简化了加注系统的构成，降低了加注系统的能耗和损耗。
36.本实用新型液氢汽化冷能的利用方式是将热管理系统5热交换后吸收液氢冷能的热交换介质输入压缩机冷却系统中做为氢气压缩机6的防冻液使用以及输入气氢加注机9的换热管道内作为气氢的冷却液使用，该液氢汽化冷能的利用方式，合理利用了液氢汽化的冷能，无需增设外加设备，结构简单，冷能也得到有效利用。
37.现有气氢加氢站一般沿用的是lng/l-cng的模式，利用高压技术存储氢气气源，其设备包括了氢气压缩机、储氢瓶组和氢气加注机，若利用本实用新型提供的加注系统对现有气氢加氢站进行升级改造，只需增设液氢储罐、液氢泵、热管理系统和液氢加注机等设备即可，升级改造简单方便。本实用新型加注系统对于气氢的加注策略是将液氢先通过热管理系统汽化为低压氢气，然后再通过氢气压缩机将低压氢气压缩为高压氢气供气氢加注机的加注，巧妙的避开了液氢增压泵的设置，可直接在现有的气氢加氢站上升级改造。
38.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：包括液氢储罐、液氢泵、热管理系统、氢气压缩机、液氢加注机和气氢加注机；所述热管理系统包括多相换热器、蓄冷剂储罐和循环泵；液氢储罐的出液口连接液氢泵，液氢泵出口分别连接液氢加注机和热管理系统，液氢储罐的bog出口连接热管理系统，热管理系统的气体出口连接氢气压缩机，氢气压缩机出口连接气氢加注机，热管理系统的热交换介质出口连接氢气压缩机的防冻液进口。2.根据权利要求1所述的一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：所述热管理系统的热交换介质出口设置连接管道与气氢加注机的换热管道连通。3.根据权利要求1所述的一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：所述热管理系统的热交换介质为防冻液。4.根据权利要求3所述的一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：所述防冻液为乙二醇型防冻液。5.根据权利要求1所述的一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：所述加氢站用混合加注系统还包括储氢瓶组，氢气压缩机出口连接储氢瓶组进口，储氢瓶组出口连接气氢加注机。6.根据权利要求1所述的一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：所述氢气压缩机选自液驱压缩机和气驱压缩机。7.根据权利要求1或6所述的一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：所述氢气压缩机的压力等级为45mpa或90mpa。8.根据权利要求1所述的一种加氢站用混合加注系统，其特征在于：所述液氢泵为低温潜液泵。

技术总结

本实用新型公开了一种加氢站用混合加注系统，它包括液氢储罐、液氢泵、热管理系统、氢气压缩机、液氢加注机和气氢加注机；液氢储罐的出液口连接液氢泵，液氢泵出口分别连接液氢加注机和热管理系统，液氢储罐的BOG出口连接热管理系统，热管理系统的气体出口连接氢气压缩机，氢气压缩机出口连接气氢加注机，热管理系统的热交换介质出口连接氢气压缩机的防冻液进口。本实用新型可实现液氢和高压气氢的同时加注，它充分利用了液氢BOG和液氢汽化冷能，降低了系统能耗，减少了液氢BOG的排放，提高了系统的安全性；其结构简单，组成设备少，可充分利用现有气氢加注站的设备进行升级改造，无需增设液氢增压泵，降低了建站成本。降低了建站成本。降低了建站成本。