專利名稱：一種可快速充裝氫氣的制氫加氫站系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生、清潔環(huán)保的新能源領(lǐng)域，特別是提供了一種可快速充裝氫氣的制氫加氫站系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
目前(在沒有制氫加氫站的情況下)要給燃料電池電動汽車和氫氣運(yùn)輸罐車充裝氫氣，所采取的辦法是把電解水或天然氣重整制成的氫氣通過純化裝置提純后，直接把氫氣儲存在一個壓力為1MPa～4MPa的大型儲罐內(nèi)，低壓保存。在給汽車充裝氫氣時，用氫氣壓縮機(jī)把氫氣從儲罐中抽出，升壓到15MPa～20MPa，直接打入燃料電池汽車或氫氣運(yùn)輸罐車充裝氫氣。
這套系統(tǒng)是由制氫設(shè)備、純化設(shè)備、儲罐、氫氣壓縮機(jī)等主要設(shè)備組成，其主要問題在于儲罐的低壓，所以要想達(dá)到幾千立米的儲氣量，其罐體非常龐大。要想存儲2000Nm3的氫氣，需要一個水容積在1000m3以上的大罐，其造價和占地面積都是可想而知的。第二，現(xiàn)在使用的氫氣壓縮機(jī)都是20MPa以下壓力的，流量在200Nm3以下，這就會造成給燃料電池汽車加650Nm3氣需要3-4小時，給氫氣運(yùn)輸罐車充裝2000Nm3氣需要10小時以上，同時對燃料電池汽車來說，由于20MPa壓力不夠，不能充滿車載氣瓶而使汽車的續(xù)駛里程大打折扣。再就是現(xiàn)用系統(tǒng)中沒有專用的氫氣加注機(jī)，不能對流量、壓力、溫度、應(yīng)力變形進(jìn)行時時監(jiān)控和計(jì)量，因而不能保證其系統(tǒng)的安全性和商業(yè)性。
制氫加氫站技術(shù)除制氫技術(shù)外，能否真正做到給燃料電池電動汽車、氫內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汽車加注氫氣，達(dá)到加氫站的功能，使氫氣真正作為能源使用，關(guān)鍵在于氫氣的升壓技術(shù)、儲存技術(shù)和加注技術(shù)及其系統(tǒng)。為了使汽車能夠攜帶足夠的氫氣，就必須把氫氣壓縮。壓縮的壓力越高，則儲罐所能儲存的氫氣就越多，其能量密度越大，因此現(xiàn)在國際上燃料電池電動汽車上的氫氣儲罐壓力一般都做到35MPa的工作壓力，甚至做到70MPa的工作壓力。而我國目前氫氣儲罐的壓力只能做到20MPa，那么作為給汽車加氫的站，其儲罐儲存氫氣的壓力更要高于汽車氫氣儲罐的壓力，才能保證給汽車充氣。保證給汽車充氣的壓力只是一個必要條件，第二個條件就是加氫站的儲罐要有足夠大的氫氣儲量，這樣才能更迅速地、連續(xù)地給汽車加氫，才能給燃料電池汽車加注氫氣時能夠像給普通發(fā)動機(jī)汽車加油一樣在15分鐘左右完成，才能同時給幾輛汽車加氫或連續(xù)給汽車加氫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可快速充裝氫氣的制氫加氫站系統(tǒng)及其方法，以氫氣作為能源擴(kuò)大制氫的規(guī)?；?，更好地降低成本，更有效地利用低谷電制氫，從而提高能源的利用率。第一次把制氫技術(shù)應(yīng)用于能源領(lǐng)域，把氫氣作為能源使用，把過去成熟的制氫技術(shù)應(yīng)用在給汽車做為能源使用。
本發(fā)明的系統(tǒng)包括電解水、天然氣重整制氫設(shè)備、氫氣純化設(shè)備、氫氣升壓設(shè)備、氫氣儲罐和氫氣加注設(shè)備。這套系統(tǒng)中除制氫設(shè)備和純化設(shè)備與現(xiàn)有系統(tǒng)的設(shè)備是相同的以外，系統(tǒng)中的氫氣升壓設(shè)備、儲罐、氫加注機(jī)及管道系統(tǒng)的布置都與現(xiàn)有系統(tǒng)是不同的。電解水和天然氣重整制氫設(shè)備接氫氣純化設(shè)備，純化設(shè)備接氫氣隔膜壓縮機(jī)入口，壓力為1.6MPa～4MPa，氫氣隔膜壓縮機(jī)出口接高壓氫氣儲罐，壓縮機(jī)出口工作壓力達(dá)40MPa，流量達(dá)到150Nm3/h。氫氣儲罐工作壓力40MPa，水容積5m3，最大儲氫氣量可達(dá)2000Nm3，40MPa工作壓力的氫氣儲罐以三個出口分別連接氫氣加注機(jī)(滿足50Nm3/min流量，入口壓力40MPa)、氫氣隔膜壓縮機(jī)(出口壓力75MPa)和通過減壓為20MPa給氣瓶充裝氫氣的匯流排。其中出口壓力為75MPa的氫氣隔膜壓縮機(jī)出口連接工作壓力為75MPa的氫氣儲罐，儲罐出口再連接到氫氣加注機(jī)。這樣氫氣加注機(jī)在給汽車充裝氫氣時先用40MPa儲罐中的氫氣充裝，然后再用75MPa儲罐中的氫氣充裝，兩罐的氫氣均通過一個氫氣加注機(jī)給汽車充氣，這樣兩儲罐中氫氣的利用率可提高60％。
本發(fā)明采用的氫壓機(jī)可以把氫氣升壓到40MPa～75MPa的壓力。本發(fā)明采用的儲罐儲氣壓力可達(dá)到40MPa～75MPa，而且是單只儲罐。在過去的系統(tǒng)中沒有氫氣加注機(jī)設(shè)備，而我們采用的氫氣加注機(jī)保證了加注氫氣更加安全、迅速。由于系統(tǒng)中設(shè)備、管道布置點(diǎn)位的特點(diǎn)以及給汽車充裝氫氣時不是用壓縮機(jī)逐漸向汽車中壓縮氫氣，而是先用氫氣壓縮機(jī)把氫氣升壓后儲存在高壓儲罐內(nèi)，給汽車充裝氫氣時用儲罐內(nèi)高達(dá)40MPa～75MPa的氫氣(儲氣量為2000Nm3～5000Nm3)直接給汽車平衡充氣，從而從系統(tǒng)上和方法上保證了充裝一輛燃料電池汽車的時間不超過15分鐘，并且可以連續(xù)或同時為5-8輛車充裝氫氣。而充裝一輛運(yùn)輸罐車的時間也只需1-2小時，大大提高充裝效率。為此，本制氫加氫站技術(shù)與系統(tǒng)為了達(dá)到在15分鐘左右給燃料電池電動大巴車或氫內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汽車充完一次氫氣(流量達(dá)到40Nm3/min)并能連續(xù)為5～8輛大巴車充氣，對系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了改造和研發(fā)。
1、采用了多層鋼帶纏繞式高壓儲罐。這種儲罐曾經(jīng)廣泛地應(yīng)用于化工生產(chǎn)中，用于存儲其它氣體或化工原料，耐壓性能好，可以耐壓1000kg以上，但用來存儲氫氣還沒有過。由于氫氣分子結(jié)構(gòu)小，很活躍，為確保安全對儲罐進(jìn)行了大膽的改造。為解決高壓下(40MPa～75MPa)材料易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，從而破壞罐體，發(fā)生爆炸的問題，罐體內(nèi)膽采用了316不銹鋼與16Mn鋼板的復(fù)合材料，既解決了金屬材料氫脆的問題，又解決了氫氣儲存時品質(zhì)下降的問題。同時將罐體兩端的封頭做成雙層中空型，并在外層加氫氣泄漏檢測系統(tǒng)，使高壓氫氣儲罐第一次做到時時監(jiān)控，從而避免事故的發(fā)生。通過這一技術(shù)改造，我們第一次做到用40MPa～75MPa的壓力存儲氫氣，第一次做到單罐儲氣量達(dá)到2000Nm3～3750Nm3。
2、在原氫氣生產(chǎn)存儲過程中，氫氣升壓設(shè)備的升壓能力一般只能做到20MPa的壓力，但在本制氫加氫站系統(tǒng)中氫氣儲氣壓力要求達(dá)到40MPa～75MPa，必須對原氫氣隔膜壓縮機(jī)進(jìn)行改造才能使用，其主要問題也是在超高壓力下壓縮機(jī)缸體材料易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，從而產(chǎn)生爆炸事故。為避免事故，達(dá)到使用要求，對原隔膜壓縮機(jī)的缸體缸蓋采取了兩項(xiàng)措施，一是采用316不銹鋼材料，并加大使用厚度為115mm～150mm，以保證耐受40MPa～75MPa超高壓力的能力與安全；二是將316不銹鋼材料反復(fù)鍛造，使材料產(chǎn)生缺陷的可能性最小，從而減少氫脆的產(chǎn)生，保證了安全，第一次使隔膜壓縮機(jī)將氫氣壓縮到這么高的壓力。
3、給燃料電池電動汽車加注氫氣，氫加注機(jī)是關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備。目前我國還沒有這樣的技術(shù)設(shè)備。為使制氫加氫站技術(shù)系統(tǒng)完備達(dá)到使用要求，氫氣加注機(jī)必須滿足耐壓75MPa、50Nm3/min的流量、系統(tǒng)管道流速不大于15m/s的要求，同時還要滿足計(jì)量收費(fèi)的要求，因此氫加注機(jī)主要由兩個氫氣入口、兩個電磁或氣動控制閥、質(zhì)子流量計(jì)、PLC電腦控制器、顯示器(顯示流量、壓力、溫度、金額、氣量)、壓力傳感器、溫度傳感器、手動節(jié)止閥及加注快卡接口組成。為保證在加注氫氣過程中的安全，還要對被加注氫氣的汽車氣瓶的壓力和溫度進(jìn)行監(jiān)控，所以加注機(jī)與燃料電池車之間還要有一個通訊協(xié)議和信號接口，在發(fā)現(xiàn)有超壓、超溫的情況時，發(fā)出指令，關(guān)閉控制閥，停止加注氫氣。
本發(fā)明的工藝系統(tǒng)包括氫氣的升壓、儲存和加注工藝系統(tǒng)。
該系統(tǒng)的建立給燃料電池汽車充裝氫氣提供了一個新方法。首先，將電解水制氫1和天然氣重整制氫2制造出的氫氣通過氫氣純化裝置3提純，去掉氫氣中的氧、CO、硫化物、水等，達(dá)到使用要求的品質(zhì)。然后將純化后的氫氣輸入氫氣隔膜壓縮機(jī)4的入口(壓力為1.6MPa～4MPa)，經(jīng)氫氣隔膜壓縮機(jī)4將氫氣壓縮升壓至40MPa后，輸入一個耐壓40MPa的多層鋼帶纏繞式氫氣高壓儲氫罐8中儲存。(這樣將氫氣先純化再升壓儲存的方法在北方是有意義的，可以避免將沒有純化的氫氣先存儲在一個低壓儲罐內(nèi)易產(chǎn)生冰凍的問題，同時又節(jié)省了一個大容量低壓儲罐的投資)。耐壓40MPa、水容積為5～10m3的第一個儲罐8有一個進(jìn)氣口，三個出氣口，其中一個出氣口將40MPa壓力的氫氣通給氫加注機(jī)16，直接給燃料電池汽車或氫內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汽車17充氣(做為一次充氣使用)，第二個出氣口通過減壓閥9將氫氣壓力減壓為20MPa，輸往匯流排，為氫氣運(yùn)輸罐車及氫氣瓶18充裝氫氣，第三個出氣口將40MPa的氫氣輸往第二臺氫氣隔膜壓縮機(jī)6的入口，經(jīng)壓縮機(jī)將氫氣升壓到75MPa，并將75MPa壓力的氫氣輸入到第二個可耐壓75MPa壓力、水容積為5～10m3的超高壓氫氣儲罐11中儲存，75MPa儲罐有一個出氣口直接與氫氣加注機(jī)[16]連接，為加注汽車提供二次充氣的高壓用氫。
氫氣加注機(jī)16給汽車17充氣時，首先關(guān)閉閥門1、10、12，打開閥門13，用40MPa(第一只儲罐[8]的氫氣)的氫氣為汽車平衡充氣，待氫氣儲罐8的氫氣壓力與車載儲瓶的壓力平衡時，車載氣瓶壓力達(dá)到25MPa～28MPa，關(guān)閉40MPa氫氣儲罐8閥門13，打開75MPa超高壓氫氣儲罐11閥門12，為汽車做二次補(bǔ)充充氣，使汽車[17]車載氫氣氣瓶的壓力達(dá)到35MPa時，停止充氣，整個充氣過程的時間不超過15分鐘。這樣兩個氫氣儲罐8和11交替為汽車平衡充裝氫氣，可比只用一個儲罐為汽車充氣提高儲罐及氫氣利用率60％以上，并能達(dá)到連續(xù)給燃料電池電動大巴車充氣5～8輛。夜間利用低谷電制造的氫氣再向高壓儲氫罐補(bǔ)充氫氣。
在給氫氣運(yùn)輸罐車18充裝氫氣時，首先關(guān)閉閥門7、12、13、15，打開閥門10，使40MPa儲罐[8]儲存的40MPa壓力的氫氣通過減壓閥9，減壓為20MPa后，向罐車平衡充裝氫氣，平衡后的壓力在8MPa～10MPa。然后關(guān)閉閥門10，打開閥門12、15，用75MPa氫氣儲罐11的氫氣通過減壓閥14減壓為25MPa后作補(bǔ)充充裝氫氣，直至將罐車充裝至20MPa壓力為止。這種充裝罐車的系統(tǒng)及方法，比傳統(tǒng)的用氫壓機(jī)壓縮充裝罐車的速度提前8～10小時。
氫氣加注機(jī)16為雙氣槍結(jié)構(gòu)，給大巴車充氣時采用德國產(chǎn)TK25快裝卡接口，給小客車充氣時采用TK16快裝卡接口。充裝氫氣過程中，加氣機(jī)與車載氣瓶間有通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)采集監(jiān)測車載氣瓶的壓力、溫度和應(yīng)力變形數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超壓、超溫和應(yīng)力變化過大時自動切斷氣源以保證充氣安全，并對氫氣泄漏、未充完氣汽車突然起動帶有強(qiáng)制保護(hù)自動斷氣裝置，設(shè)置于加注站中的錄像監(jiān)控對發(fā)生事故后的分析取得第一手資料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了高效率充氣，提高能源的利用率，并能保證安全。


圖1為本發(fā)明氫氣升壓、儲存、加注系統(tǒng)圖。其中，電解水制氫裝置(成套設(shè)備)1、天然氣重整制氫裝置(成套設(shè)備)2、氣體純化裝置(電解水純化裝置或變壓吸咐純化裝置)3、40MPa隔膜壓縮機(jī)4、40MPa氫氣儲罐入口球閥5、75MPa隔膜壓縮機(jī)6、75MPa隔膜壓縮機(jī)氫氣輸入球閥7、40MPa氫氣儲罐(鋼帶纏繞式)8、20MPa輸出減壓閥9、20MPa氫氣充罐車充瓶球閥10、75MPa氫氣儲罐(鋼帶纏繞式)11、75MPa輸出電磁閥12、40MPa輸出電磁閥13、25MPa輸出減壓閥14、25MPa氫氣充罐車充瓶球閥15、氫氣加注機(jī)16、、氫燃料電池汽車或氫內(nèi)燃機(jī)汽車17、氫氣運(yùn)輸罐車或標(biāo)準(zhǔn)氫氣瓶18。
具體實(shí)施例方式
首先，將電解水制氫1和天然氣重整制氫2制造出的氫氣通過氫氣純化裝置3提純，去掉氫氣中的氧、CO、硫化物、水等，達(dá)到使用要求的品質(zhì)。然后將純化后的氫氣輸入氫氣隔膜壓縮機(jī)[4]的入口(壓力為1.6MPa～4MPa)，經(jīng)氫氣隔膜壓縮機(jī)4將氫氣壓縮升壓至40MPa后，輸入一個耐壓40MPa的多層鋼帶纏繞式氫氣高壓儲氫罐[8]中儲存。(這樣將氫氣先純化再升壓儲存的方法在北方是有意義的，可以避免將沒有純化的氫氣先存儲在一個低壓儲罐內(nèi)易產(chǎn)生冰凍的問題，同時又節(jié)省了一個大容量低壓儲罐的投資)。耐壓40MPa、水容積為5～10m3的第一個氫氣儲罐8有一個進(jìn)氣口，三個出氣口，其中一個出氣口將40MPa壓力的氫氣通給氫加注機(jī)16，直接給燃料電池汽車或氫內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汽車17充氣(做為一次充氣使用)，第二個出氣口通過減壓閥[9]將氫氣壓力減壓為20MPa，輸往匯流排，為氫氣運(yùn)輸罐車及氫氣瓶18充裝氫氣，第三個出氣口將40MPa的氫氣輸往第二臺氫氣隔膜壓縮機(jī)6的入口，經(jīng)壓縮機(jī)將氫氣升壓到75MPa，并將75MPa壓力的氫氣輸入到第二個可耐壓75MPa壓力、水容積為5～10m3的超高壓氫氣儲罐11中儲存，75MPa高壓氫氣儲罐11有一個出氣口直接與氫氣加注機(jī)16連接，為加注汽車提供二次充氣的高壓用氫。
氫氣加注機(jī)16給汽車17充氣時，首先關(guān)閉閥門7、10、12，打開閥門13，用40MPa(第一只氫氣儲罐8的氫氣)的氫氣為汽車平衡充氣，待氫氣儲罐8的氫氣壓力與車載儲瓶的壓力平衡時，車載氣瓶壓力達(dá)到25MPa～28MPa，關(guān)閉40MPa氫氣儲罐8閥門13，打開75MPa超高壓氫氣儲罐11閥門12，為汽車做二次補(bǔ)充充氣，使汽車17車載氫氣氣瓶的壓力達(dá)到35MPa時，停止充氣，整個充氣過程的時間不超過15分鐘。這樣兩個氫氣儲罐8和超高壓氫氣儲罐11交替為汽車平衡充裝氫氣，可比只用一個儲罐為汽車充氣提高儲罐及氫氣利用率60％以上，并能達(dá)到連續(xù)給燃料電池電動大巴車充氣5～8輛。夜間利用低谷電制造的氫氣再向高壓儲氫罐補(bǔ)充氫氣。
在給氫氣運(yùn)輸罐車充裝氫氣時，首先關(guān)閉閥門7、12、13、15，打開閥門10，使40MPa氫氣儲罐8儲存的40MPa壓力的氫氣通過減壓閥9，減壓為20MPa后，向罐車平衡充裝氫氣，平衡后的壓力在8MPa～10MPa。然后關(guān)閉閥門10，打開閥門12、15，用75MPa超高壓氫氣儲罐11的氫氣通過減壓閥[14]減壓為25MPa后作補(bǔ)充充裝氫氣，直至將罐車充裝至20MPa壓力為止。這種充裝罐車的系統(tǒng)及方法，比傳統(tǒng)的用氫壓機(jī)壓縮充裝罐車的速度提前8～10小時。
為達(dá)到15分鐘內(nèi)加注一輛大巴車的氣量，除上述操作系統(tǒng)和操作步驟外，還必須采用三種關(guān)鍵設(shè)備。
1、采用了多層鋼帶纏繞式高壓儲罐。這種儲罐曾經(jīng)廣泛地應(yīng)用于化工生產(chǎn)中，用于存儲其它氣體或化工原料，耐壓性能好，可以耐壓1000kg以上，但用來存儲氫氣還沒有過。由于氫氣分子結(jié)構(gòu)小，很活躍，為確保安全對儲罐進(jìn)行了大膽的改造。為解決高壓下(40MPa～75MPa)材料易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，從而破壞罐體，發(fā)生爆炸的問題，罐體內(nèi)膽采用了316不銹鋼與16Mn鋼板的復(fù)合材料，既解決了金屬材料氫脆的問題，又解決了氫氣儲存時品質(zhì)下降的問題。同時將罐體兩端的封頭做成雙層中空型，并在外層加氫氣泄漏檢測系統(tǒng)，使高壓氫氣儲罐第一次做到時時監(jiān)控，從而避免事故的發(fā)生。通過這一技術(shù)改造，我們第一次做到用40MPa～75MPa的壓力存儲氫氣，第一次做到單罐儲氣量達(dá)到2000Nm3～3750Nm3。
2、在原氫氣生產(chǎn)存儲過程中，氫氣升壓設(shè)備的升壓能力一般只能做到20MPa的壓力，但在本制氫加氫站系統(tǒng)中氫氣儲氣壓力要求達(dá)到40MPa～75MPa，必須對原氫氣隔膜壓縮機(jī)進(jìn)行改造才能使用，其主要問題也是在超高壓力下壓縮機(jī)缸體材料易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，從而產(chǎn)生爆炸事故。為避免事故，達(dá)到使用要求，對原隔膜壓縮機(jī)的缸體缸蓋采取了兩項(xiàng)措施，一是采用316不銹鋼材料，并加大使用厚度為115mm～150mm，以保證耐受40MPa～75MPa超高壓力的能力與安全；二是將316不銹鋼材料反復(fù)鍛造，使材料產(chǎn)生缺陷的可能性最小，從而減少氫脆的產(chǎn)生，保證了安全，第一次使隔膜壓縮機(jī)將氫氣壓縮到這么高的壓力。
給燃料電池電動汽車加注氫氣，氫加注機(jī)是關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備。目前我國還沒有這樣的技術(shù)設(shè)備。為使制氫加氫站技術(shù)系統(tǒng)完備達(dá)到使用要求，我們研制了中國第一臺氫加注機(jī)，可對壓力、溫度、流量、流速時時計(jì)量，自動計(jì)算收費(fèi)，同時對車載氣瓶的壓力、溫度、應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)控，可耐壓45MPa～75MPa，安全保護(hù)裝置齊備。其加注氫氣的接口按照國際通用的加注口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造，可同樣應(yīng)用于進(jìn)口和國產(chǎn)的燃料電池電動大巴車的加注操作。
權(quán)利要求
1.一種可快速充裝氫氣的制氫加氫站系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括電解水、天然氣重整制氫設(shè)備、氫氣純化設(shè)備、氫氣升壓設(shè)備、氫氣儲罐和氫氣加注設(shè)備；系統(tǒng)中的氫氣升壓設(shè)備、儲罐、氫加注機(jī)及管道系統(tǒng)的布置為電解水和天然氣重整制氫設(shè)備接氫氣純化設(shè)備，純化設(shè)備接氫氣隔膜壓縮機(jī)入口，壓力為1.6MPa～4MPa，氫氣隔膜壓縮機(jī)出口接高壓氫氣儲罐，壓縮機(jī)出口工作壓力達(dá)40MPa，流量達(dá)到150Nm3/h；氫氣儲罐工作壓力40MPa，水容積5m3，最大儲氫氣量2000Nm3，40MPa工作壓力的氫氣儲罐以三個出口分別連接入口壓力40MPa的氫氣加注機(jī)、出口壓力75MPa的氫氣隔膜壓縮機(jī)和通過減壓為20MPa給氣瓶充裝氫氣的匯流排；其中出口壓力為75MPa的氫氣隔膜壓縮機(jī)出口連接工作壓力為75MPa的氫氣儲罐，儲罐出口再連接到氫氣加注機(jī)；這樣氫氣加注機(jī)在給汽車充裝氫氣時先用40MPa儲罐中的氫氣充裝，然后再用75MPa儲罐中的氫氣充裝，兩罐的氫氣均通過一個氫氣加注機(jī)給汽車充氣，兩儲罐中氫氣的利用率提高60％。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于氫壓機(jī)把氫氣升壓到40MPa～75MPa的壓力，儲罐儲氣壓力達(dá)到40MPa～75MPa壓力，而且是單只儲罐；采用的氫氣加注機(jī)保證了加注氫氣更加安全、迅速；采用了多層鋼帶纏繞式高壓儲罐，耐壓40MPa～75MPa的壓力存儲氫氣，單罐儲氣量達(dá)到2000Nm3～3750Nm3，罐體內(nèi)膽采用了316不銹鋼與16Mn鋼板的復(fù)合材料，同時將罐體兩端的封頭做成雙層中空型，并在外層加氫氣泄漏檢測系統(tǒng)，使高壓氫氣儲罐第一次做到時時監(jiān)控，避免事故的發(fā)生；對原隔膜壓縮機(jī)的缸體缸蓋采用316不銹鋼材料，厚度為115mm～150mm，保證耐受40MPa～75MPa超高壓力；氫加注機(jī)包括兩個氫氣入口、兩個電磁或氣動控制閥、質(zhì)子流量計(jì)、PLC電腦控制器、顯示器、壓力傳感器、溫度傳感器、手動節(jié)止閥及加注快卡接口；加注機(jī)與燃料電池車之間有一個通訊協(xié)議和信號接口，在發(fā)現(xiàn)有超壓、超溫的情況時，發(fā)出指令，關(guān)閉控制閥，停止加注氫氣。
3.一種使用權(quán)利要求1所述的制氫加氫站系統(tǒng)進(jìn)行快速充裝氫氣的方法，其特征在于a、將電解水制氫(1)和天然氣重整制氫(2)制造出的氫氣通過氫氣純化裝置(3)提純，去掉氫氣中的氧、CO、硫化物、水，達(dá)到使用要求的品質(zhì)；b、將純化后的氫氣輸入氫氣隔膜壓縮機(jī)(4)的入口，壓力為1.6MPa～4MPa，經(jīng)氫氣隔膜壓縮機(jī)(4)將氫氣壓縮升壓至40MPa后，輸入一個耐壓40MPa的多層鋼帶纏繞式氫氣高壓儲氫罐(8)中儲存；耐壓40MPa、水容積為5～10m3的第一個儲罐有一個進(jìn)氣口，三個出氣口，其中一個出氣口將40MPa壓力的氫氣通給氫加注機(jī)(16)，直接給燃料電池汽車或氫內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汽車(17)充氣，做為一次充氣使用，第二個出氣口通過減壓閥(9)將氫氣壓力減壓為20MPa，為氫氣運(yùn)輸罐車及氫氣瓶(18)充裝氫氣，第三個出氣口將40MPa的氫氣輸往第二臺氫氣隔膜壓縮機(jī)(6)入口，經(jīng)壓縮機(jī)將氫氣升壓到75MPa，并將75MPa壓力的氫氣輸入到第二個可耐壓75MPa壓力、水容積為5～10m3的超高壓氫氣罐(11)中儲存，75MPa儲罐有一個出氣口直接與氫氣加注機(jī)(16)連接，為加注汽車提供二次充氣的高壓用氫。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于氫氣加注機(jī)(16)給汽車(17)充氣時，首先關(guān)閉閥門(7、10、12)，打開閥門(13)，用40MPa的第一只氫氣儲罐(8)的氫氣為汽車平衡充氣，待氫氣儲罐(8)的氫氣壓力與車載儲瓶的壓力平衡時，車載氣瓶壓力達(dá)到25MPa～28MPa，關(guān)閉40MPa氫氣儲罐(8)閥門(13)，打開75MPa超高壓氫氣儲罐(11)閥門(12)，為汽車做二次補(bǔ)充充氣，使汽車(17)車載氫氣儲瓶的壓力達(dá)到35MPa時，停止充氣，兩個氫氣儲罐(8)和超高壓氫氣儲罐(11)交替為汽車平衡充裝氫氣，提高儲罐及氫氣利用率60％以上。
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在給氫氣運(yùn)輸罐車充裝氫氣時，首先關(guān)閉閥門(7、12、13、15)，打開閥門(10)，使40MPa儲罐(8)儲存的40MPa壓力的氫氣通過減壓閥(9)，減壓為20MPa后，向罐車平衡充裝氫氣，平衡后的壓力在8MPa～10MPa；然后關(guān)閉閥門(10)，打開閥門(12、15)，用75MPa儲罐(11)的氫氣通過減壓閥(14)減壓為25MPa后作補(bǔ)充充裝氫氣，直至將罐車充裝至20MPa壓力為止。
6.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于氫氣加注機(jī)(16)為雙氣槍結(jié)構(gòu)，給汽車充氣時大巴車采用德國產(chǎn)TK25快裝卡接口，給小客車充氣時采用TK16快裝卡接口；充裝氫氣過程中，加氣機(jī)與車載氣瓶間有通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)采集監(jiān)測車載氣瓶的壓力、溫度和應(yīng)力變形數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超壓、超溫和應(yīng)力變化過大時自動切斷氣源以保證充氣安全，并對氫氣泄漏、未充完氣汽車突然起動帶有強(qiáng)制保護(hù)自動斷氣裝置。
全文摘要
一種可快速充裝氫氣的制氫加氫站系統(tǒng)及其方法，屬于可再生、清潔環(huán)保的新能源領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括電解水、天然氣重整制氫設(shè)備、氫氣純化設(shè)備、氫氣升壓設(shè)備、氫氣儲罐和氫氣加注設(shè)備?？焖俪溲b氫氣的方法是將電解水制氫(1)和天然氣重整制氫(2)制造出的氫氣通過氫氣純化裝置(3)提純，去掉氫氣中的氧、CO、硫化物、水，達(dá)到使用要求的品質(zhì)；將純化后的氫氣輸入氫氣隔膜壓縮機(jī)(4)的入口，其中一個出氣口將氫氣通給氫加注機(jī)(16)，直接給燃料電池汽車或氫內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汽車(17)充氣。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了高效率充氣，提高能源的利用率，并能保證安全。
文檔編號F17C5/00GK1887622SQ20061008891
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者張立芳, 王利生, 張黛 申請人:北京飛馳綠能電源技術(shù)有限責(zé)任公司