氢气压缩装置的制作方法

1.本实用新型涉及能源储存技术领域，尤其涉及一种氢气压缩装置。


背景技术：

2.随着氢能产业的发展，加氢站建设需求不断提高，将氢源释放的氢气加压是加氢过程中的必要环节。因此氢气压缩机是加氢站的关键设备，也是站内的主要负荷之一。
3.目前，通常在加氢站的周边设置分布式新能源电源为氢气压缩机提供电能。传统方案中，使用电化学储能装置对新能源电源产生的电能进行储存，并由电化学储能装置释放电能驱动氢气压缩机工作，由于电化学装置储能密度有限和储能容量较低，导致供能的能力较差。因此现有技术中存在氢气压缩机供能的可靠性较差的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种氢气压缩装置，以解决当前氢气压缩机供能可靠性较差的问题。
5.本技术实施例提供了一种氢气压缩装置，包括：热能转换组件、电动机和氢气压缩机；所述电动机用于与外部的新能源电源连接，并将所述新能源电源的电能转换为动能；所述热能转换组件，与所述电动机的输出轴连接，并将所述电能转换为热能进行储存；所述氢气压缩机，与所述热能转换组件连接，且所述热能转换组件将储存的热能转换为动能控制所述氢气压缩机工作。
6.本技术实施例中，热能转换组件包括第一压缩机、第一膨胀机、蓄热罐、蓄冷罐、第二压缩机、第二膨胀机、第一换热器和第二换热器，所述第一压缩机、蓄热罐、第一换热器、第一膨胀机、蓄冷罐和第二换热器依次连接形成第一能量转换回路，所述第一能量转换回路用于将所述动能转换为热能进行储存，其中，所述蓄热罐的第一端通过所述第一压缩机、第二换热器与所述蓄冷罐的第一端连接，所述述蓄热罐的第二端通过第一换热器、第一膨胀机与所述蓄冷罐的第二端连接，所述第一压缩机与所述第一膨胀机同轴连接；所述第二膨胀机、蓄热罐、第一换热器、第二压缩机、蓄冷罐和第二换热器依次连接形成第二能量转换回路，所述第二能量转换回路用于将所述热能转换为所述氢气压缩机的动能，其中，所述蓄热罐的第一端通过所述第二膨胀机、第二换热器与所述蓄冷罐的第一端连接，所述蓄热罐的第二端通过所述第一换热器、第二压缩机与所述蓄冷罐的第二端连接，所述第二膨胀机与所述第二压缩机同轴连接。这样，由于将使用新能源驱动的电动机的产生的动能转换为热能存储，热能存储具有储能密度大的优点，因此本技术实施例提高了氢气压缩机的功能的可靠性。
附图说明
7.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型
的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
8.图1是本实用新型实施例提供的氢气压缩装置的系统结构图；
9.图2是本实用新型实施例提供的氢气压缩装置的第一能量转换回路图；
10.图3是本实用新型实施例提供的氢气压缩装置的第二能量转换回路图。
具体实施方式
11.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，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
12.除非另作定义，本实用新型中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
13.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种氢气压缩装置，包括热能转换组件10、电动机20和氢气压缩机30；所述电动机20用于与外部的新能源电源连接，并将所述新能源电源的电能转换为动能；所述热能转换组件10与所述电动机20的输出轴连接，并将所述动能转换为热能进行储存；所述氢气压缩机30与所述热能转换组件10连接，且所述热能转换组件10将储存的热能转换为动能控制所述氢气压缩机30工作。
14.本技术实施例中，上述新能源电源可以包括风力发电组件和/或太阳能发电组件，风力发电组件用于将加氢站附近的风力资源转化为电能，太阳能发电组件用于将加氢站附近的太阳能资源转化为电能。其中，所述风力发电组件与所述电动机20直接电连接，所述太阳能发电组件与所述电动机20直接电连接。
15.可选地，在一些实施例中，上述新能源电源也可以包含在上述氢气压缩装置中。
16.在设置氢气压缩装置时，可以将电动机20与外部的新能源电源电连接，从而将所述新能源电源转换为动能。可选地，在新能源电源包括风力发电组件和太阳能发电组件时，可以将电动机20与风力发电组件和太阳能发电组件电连接。
17.可选地，所述热能转换组件10与所述电动机20的输出轴连接可以理解为传动连接。
18.可选地，上述氢气压缩机30与所述热能转换组件10连接，可以理解为，所述氢气压缩机30与所述热能转换组件10传动连接，例如齿轮传动，将所述热能转换组件10的储存的热能转换为动能用来控制所述氢气压缩机30工作。
19.本技术实施例的氢气压缩装置可以包括储能过程和能量释放过程，其中，在储能过程中，首先由风力发电组件和太阳能发电组件生产电能，通过该电能驱动所述电动机20运动，从而将电能转换为动能；然后通过热能转换组件10将电动机20转换的动能进一步转换为热能进行储存。在能量释放过程中，由热能转换组件10将储存的热能转换为氢气压缩机30的动能。
20.所述电动机20的输出轴与所述热能转换组件10传动连接，将电动机20的动能转换为热能转换组件10的热能储存起来，所述热能转换组件10与所述氢气压缩机30传动连接，将所述热能转换组件10储存的热能转换为氢气压缩机30的动能。
21.在本技术实施例中，通过将电动机20用于与外部的新能源电源连接，并将所述新能源电源的电能转换为动能，电动机20的输出轴与热能转换组件10连接，并将动能转换为热能进行储存，所述氢气压缩机30与所述热能转换组件10连接，且所述热能转换组件10将储存的热能转换为动能控制所述氢气压缩机30工作。这样，由于将新能源电源的电能转换成热能进行储存，所述热能转换组件10的储能密度大，提高了氢气压缩机30的供能的可靠性。
22.如图2和图3所示，可选地，在一些实施例中，所述热能转换组件10包括：第一压缩机1001、第一膨胀机1002、蓄热罐1003、蓄冷罐1004、第二压缩机1005、第二膨胀机1006、第一换热器1007和第二换热器1008；
23.所述第一压缩机1001、蓄热罐1003、第一换热器1007、第一膨胀机1002、蓄冷罐1004和第二换热器1008依次连接形成第一能量转换回路，所述第一能量转换回路用于将所述动能转换为热能进行储存，其中，所述蓄热罐1003的第一端通过所述第一压缩机1001、第二换热器1008与所述蓄冷罐1004的第一端连接，所述述蓄热罐1003的第二端通过第一换热器1007、第一膨胀机1002与所述蓄冷罐1004的第二端连接，所述第一压缩机1001与所述第一膨胀机1002同轴连接；
24.所述第二膨胀机1006、蓄热罐1003、第一换热器1007、第二压缩机1005、蓄冷罐1004和第二换热器1008依次连接形成第二能量转换回路，所述第二能量转换回路用于将所述热能转换为所述氢气压缩机30的动能，其中，所述蓄热罐1003的第一端通过所述第二膨胀机1006、第二换热器1008与所述蓄冷罐1004的第一端连接，所述蓄热罐1003的第二端通过所述第一换热器1007、第二压缩机1005与所述蓄冷罐1004的第二端连接，所述第二膨胀机1006与所述第二压缩机1005同轴连接。
25.本技术实施例中，上述第一压缩机1001、蓄热罐1003、第一换热器1007、第一膨胀机1002、蓄冷罐1004和第二换热器1008依次连接形成第一能量转换回路，可以是通过保温管路依次连接形成。
26.上述第二膨胀机1006、蓄热罐1003、第一换热器1007、第二压缩机1005、蓄冷罐1004和第二换热器1008依次连接形成第二能量转换回路，可以是通过保温管路依次连接形成。
27.需要说明的是，在上述储能过程中，该氢气压缩装置可以理解为处于储能状态，在储能状态下，热能转换组件10中各部件的工作过程如下：所述第一压缩机1001在所述电动机20的带动下，对第一压缩机1001内的流动工质做功，流动工质可以是空气，将所述第一压缩机1001内的空气由常温常压转换为高温高压，所述高温高压的空气流入所述蓄热罐1003内，且与所述蓄热罐1003内的储热介质充分进行热交换，将热能储存在储热介质中，从蓄热罐1003第二端流出的空气进入所述第一换热器1007，再与所述第一换热器1007内的换热介质充分进行热交换，从所述第一换热器1007流出的空气进入所述第一膨胀机1002内，将所述第一膨胀机1002内的空气转换为低温低压的空气，并流入所述蓄冷罐1004中，与所述蓄冷罐1004中的储冷介质充分进行热交换，将所述储冷介质中的热能置换出来，再流入所述
第二换热器1008中，与所述第二换热器1008内的换热介质充分进行热交换，最终流回所述第一压缩机1001中。
28.在能量释放过程中，该氢气压缩装置可以理解为处于释能压氢状态或储能同步压氢状态下，在所述释能压氢状态下，所述蓄热罐1003中的高温高压空气流入所述第二膨胀机1006内，所述第二膨胀机1006转动，将热能转换为所述第二膨胀机1006的动能，所述第二膨胀机1006内的空气再次流入所述第二换热器1008中，与所述第二换热器1008中的换热介质充分进行热交换，从所述第二换热器1008流出的空气进入所述蓄冷罐1004中，与所述蓄冷罐1004中的储冷介质充分进行热交换，转换为低温低压的空气，再流入所述第二压缩机1005内，所述第二压缩机1005转动，转换为所述第二压缩机1005的动能，所述第二压缩机1005内的空气再流入所述第一换热器1007内，与所述第一换热器1007内的换热介质充分进行热交换，最后流回所述蓄热罐1003。
29.应理解，所述第一压缩机1001与所述第一膨胀机1002可以同轴连接，同轴连接即所述第一压缩机1001与所述第一膨胀机1002同步工作，所述第一压缩机1001压缩工质时，工质流过所述第一膨胀机1002，所述第一膨胀机1002转动，由于第一膨胀机1002转动，且又与第一压缩机1001同轴，故第一膨胀机1002带动第一压缩机1001转动，节省了一部分第一压缩机1001的功耗；所述第二压缩机1005与所述第二膨胀机1006可以同轴连接，同轴连接即所述第二压缩机1005与所述第二膨胀机1006同步工作，工质流过所述第二膨胀机1006，所述第二膨胀机1006转动，由于第二膨胀机1006转动，且又与第二压缩机1005同轴，故第二膨胀机带动第二压缩机转动，增大了第二压缩机1005的动能。
30.可选地，在一些实施例中，所述热能转换组件10还包括：第一管路切换阀门1009、第二管路切换阀门1010、第三管路切换阀门1011、第四管路切换阀门1012和控制器；
31.所述控制器与所述第一管路切换阀门1009、第二管路切换阀门1010、第三管路切换阀门1011和第四管路切换阀门1012电连接；
32.所述第一管路切换阀门1009的公共端连接所述蓄热罐1003的第一端，所述第一管路切换阀门1009的第一支路端连接所述第一压缩机1001的第一端，所述第一管路切换阀门1009的第二支路端连接所述第二膨胀机1006的第一端；
33.所述第二管路切换阀门1010的公共端连接所述第一换热器1007的第二端，所述第二管路切换阀门1010的第一支路端连接所述第一膨胀机1002的第一端，所述第二管路切换阀门1010的第二支路端连接所述第二压缩机1005的第一端；
34.所述第三管路切换阀门1011的公共端连接所述蓄冷罐1004的第二端，所述第三管路切换阀门1011的第一支路端连接所述第一膨胀机1002的第二端，所述第三管路切换阀门1011的第二支路端连接所述第二压缩机1005的第二端；
35.所述第四管路切换阀门1012的公共端连接所述蓄冷罐1004的第一端，所述第四管路切换阀门1012的第一支路端连接所述第一压缩机1001的第二端，所述第四管路切换阀门1012的第二支路端连接所述第二膨胀机1006的第二端。
36.本技术实施例中，上述第一管路切换阀门1009、第二管路切换阀门1010、第三管路切换阀门1011和第四管路切换阀门1012可以理解为三通阀。
37.上述控制器与所述第一管路切换阀门1009、第二管路切换阀门1010、第三管路切换阀门1011和第四管路切换阀门1012电连接可以理解为，当所述氢气压缩装置处于储能状
态下，所述控制器控制所述第一管路切换阀门1009的公共端与所述第一管路切换阀门1009的第一支路端导通；所述控制器控制所述第二管路切换阀门1010的公共端与所述第二管路切换阀门1010的第一支路端导通；所述控制器控制所述第三管路切换阀门1011的公共端与所述第三管路切换阀门1011的第一支路端导通；所述控制器控制所述第四管路切换阀门1012的公共端与所述第四管路切换阀门1012的第一支路端导通。
38.当所述氢气压缩装置处于释能压氢状态下，所述控制器控制所述第一管路切换阀门1009的公共端与所述第一管路切换阀门1009的第二支路端导通；所述控制器控制所述第二管路切换阀门1010的公共端与所述第二管路切换阀门1010的第二支路端导通；所述控制器控制所述第三管路切换阀门1011的公共端与所述第三管路切换阀门1011的第二支路端导通；所述控制器控制所述第四管路切换阀门1012的公共端与所述第四管路切换阀门1012的第二支路端导通。
39.氢气压缩装置处于储能同步压氢状态是指所述热能转换组件10的工作状态，所述氢气压缩装置处于储能同步压氢状态下，所述控制器控制所述第一管路切换阀门1009、第二管路切换阀门1010、第三管路切换阀门1011和第四管路切换阀门1012的导通状态同所述氢气压缩装置处于储能状态的导通状态。
40.可选地，在一些实施例中，所述热能转换组件10还包括：调压阀门1013和缓冲罐1014；所述调压阀门1013的公共端连接所述蓄热罐1003的第二端，所述调压阀门1013的第一支路端连接所述第一换热器1007的第一端，所述调压阀门1013的第二支路端连接所述缓冲罐1014。
41.本技术实施例中，所述能量转换回路的工质压强需大于某一预设值，在满足上述限制条件的情况下，当上述能量转换回路里的工质压强低于预设值时，所述缓冲罐1014通过所述调压阀门1013向所述能量转换回路里充入工质；当上述能量转换回路里的工质压强不低于预设值时，所述缓冲罐1014不向所述能量转换回路里充入工质。
42.应理解，通过所述调压阀门1013的第一端连接所述蓄热罐1003的第二端，所述调压阀门1013的第二端连接所述第一换热器1007的第一端，所述调压阀门1013的第三端连接所述缓冲罐1014，这样，实现当所述氢气压缩装置处于工作状态时，保证所述热能转换回路里的工质压强平衡。
43.可选地，在一些实施例中，所述氢气压缩装置还包括：第一箱体、第一齿轮组件和第二齿轮组件，所述第一齿轮组件和所述第二齿轮组件设置在所述第一箱体内，且与所述第一箱体连接；所述第一齿轮组件与所述电动机20传动连接，所述第二齿轮组件与第一压缩机1001传动连接，且所述第一齿轮组件和所述第二齿轮组件啮合连接。
44.本技术实施例中，第一齿轮组件、第二齿轮组件和第一箱体构成第一齿轮箱40。
45.本技术实施例中，第一齿轮组件与第一箱体固定连接，第二齿轮组件与箱体活动连接，可以在第一位置和第二位置之间移动，当位于第一位置时，第一齿轮组件和第二齿轮组件啮合连接，所述氢气压缩装置处于储能状态或储能同步压氢状态，当位于第二位置时，所述第一齿轮组件与第二齿轮组件不啮合连接，其中不啮合连接也可以称之为释放啮合状态。
46.进一步地，需要说明的是，所述第一齿轮组件包括第一连接轴和设于第一连接轴上的第一齿轮，第一齿轮组件与第一箱体固定连接可以理解为第一连接轴的两端与第一箱
体固定。
47.所述第二齿轮组件包括第二连接轴和设于第二连接轴上的第二齿轮，第二齿轮组件与第一箱体活动连接可以理解为第二连接轴的两端与第一箱体滑动连接，所述第一箱体上设置有第一限位结构和第二限位结构，当所述第二连接轴的两端位于所述第一限位结构时，所述第一齿轮组件与所述第二齿轮组件啮合连接，当所述第二连接轴的两端位于所述第二限位结构时，所述第一齿轮组件与所述第二齿轮组件不啮合连接。
48.应理解，通过所述第一齿轮组件和所述第二齿轮组件设置在所述第一箱体内，且与所述第一箱体连接；所述第一齿轮组件与所述电动机20传动连接，所述第二齿轮组件与第一压缩机1001传动连接，且所述第一齿轮组件和所述第二齿轮组件啮合连接，这样，实现所述热能转换组件10是否接入所述电动机20，如接入，则所述氢气压缩装置处于储能状态，如不接入，则所述氢气压缩装置不处于储能状态，可以避免所述热能转换组件10超过储热和储冷极限。
49.可选地，在一些实施例中，所述氢气压缩装置还包括：第二箱体、第三齿轮组件和第四齿轮组件，所述第三齿轮组件和所述第四齿轮组件设置在所述第二箱体内，且与所述第二箱体连接；所述第三齿轮组件与所述第二压缩机1005传动连接，所述第四齿轮组件与氢气压缩机30传动连接，且所述第三齿轮组件和所述第四齿轮组件啮合连接。
50.本技术实施例中，第三齿轮组件、第四齿轮组件和第二箱体构成第二齿轮箱50。
51.本技术实施例中，第三齿轮组件与第二箱体固定连接，第四齿轮组件与第二箱体活动连接，可以在第三位置和第四位置之间移动，当位于第三位置时，第三齿轮组件和第四齿轮组件啮合连接，所述氢气压缩装置处于释能压氢状态，当位于第四位置时，所述第三齿轮组件与第四齿轮组件不啮合连接，释放啮合状态。
52.进一步地，需要说明的是，所述第三齿轮组件包括第三连接轴和设于第三连接轴上的第三齿轮，第三齿轮组件与第二箱体固定连接可以理解为第三连接轴的两端与第二箱体固定。
53.所述第四齿轮组件包括第四连接轴和设于第四连接轴上的第四齿轮，第四齿轮组件与第二箱体活动连接可以理解为第四连接轴的两端与第二箱体滑动连接，所述第二箱体上设置有第三限位结构和第四限位结构，当所述第四连接轴的两端位于所述第三限位结构时，所述第三齿轮组件与所述第四齿轮组件啮合连接，当所述第三连接轴的两端位于所述第四限位结构时，所述第三齿轮组件与所述第四齿轮组件不啮合连接。
54.应理解，通过所述第三齿轮组件和所述第四齿轮组件设置在所述第二箱体内，且与所述第二箱体连接；所述第三齿轮组件与所述第二压缩机1005传动连接，所述第四齿轮组件与氢气压缩机30传动连接，且所述第三齿轮组件和所述第四齿轮组件啮合连接，这样，实现所述热能转换组件10是否接入所述氢气压缩机30，如接入，则所述氢气压缩装置处于释能压氢状态，如不接入，则所述氢气压缩装置不处于释能压氢状态，可以避免所述氢气压缩机30处于误工作的状态。
55.可选地，在一些实施例中，所述蓄热罐1003内设置有储热介质，所述储热介质为砂砾。
56.本技术实施例中，高温高压的空气流入所述蓄热罐1003中，高温高压的气体进入砂砾的间隙，增大了接触面积，提升了换热效率。
57.可选地，在一些实施例中，所述蓄冷罐1004内设置有储冷介质，所述储冷介质为砂砾。
58.本技术实施例中，低温低压的空气流入所述蓄热罐1003中，低温低压的气体进入砂砾的间隙，增大了接触面积，提升了换热效率。
59.可选地，在一些实施例中，所述氢气压缩机30设置有备用电源接口。
60.本技术实施例中，所述氢气压缩机30设置有备用能源接口，是用于在所述热能转换组件10不提供动能时，通过所述备用能源接口与市电相连，为所述氢气压缩机30提供电能，驱动所述氢气压缩机30压缩氢气，此时，所述氢气压缩装置处于备用电源压氢状态。
61.应理解，通过上述氢气压缩机设置有备用电源接口，这样，使得在所述热能转换组件的储能不足时，仍能让所述氢气压缩机处于工作状态。
62.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。