一种加氢站氢能源充装的温度控制方法及系统与流程

本发明涉及新能源应用技术领域，尤其涉及加氢站氢能源充装的温度控制方法及系统。

背景技术：

随着经济技术的发展，传统工业能源的过度开发和使用，二氧化碳排放量日益增多，造成全球气候变暖，现在全世界国家都在为减少碳排放量而努力。氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。燃料电池车一般采用氢能源，但目前在国内所见到的加氢站在加氢时都是一台台的轮候，多台车辆不能同时进行加注，车辆等待时间较长，加注时间较长，且在氢能源快速充装的过程中容易产生温度骤升的潜在风险，特别是压力值较大的乘用车。

公开号为cn1887622a的专利公开了一种可快速充装氢气的制氢加氢站系统及其方法，属于可再生、清洁环保的新能源领域。该系统包括：电解水、天然气重整制氢设备、氢气纯化设备、氢气升压设备、氢气储罐和氢气加注设备。快速充装氢气的方法是将电解水制氢(1)和天然气重整制氢(2)制造出的氢气通过氢气纯化装置(3)提纯，去掉氢气中的氧、co、硫化物、水，达到使用要求的品质；将纯化后的氢气输入氢气隔膜压缩机(4)的入口，其中一个出气口将氢气通给氢加注机(16)，直接给燃料电池汽车或氢内燃发动机汽车(17)充气。该发明实现了高效率充气，又保障了安全性，但是该方案没有考虑到加氢设备在给待加氢设备注气时易产生温度骤升的潜在风险问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种加氢站氢能源充装的温度控制方法及系统，可以解决在对待加氢设备充装氢气能源过程中可能产生的温度骤升的风险问题，为加氢站提供更加安全、实用的加氢方案。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种加氢站氢能源充装的温度控制方法，包括步骤：

s10、获取压缩机压缩后的氢气能源并对氢气能源进行第一次冷却；

s20、将第一次冷却后的氢气能源充装至缓冲瓶；

s30、通过缓冲瓶将第一次冷却后的氢气能源充装至待加氢设备中。

优选的，所述缓冲瓶与所述待加氢设备的加氢管道设置有调压阀，所述步骤s30还包括步骤：

s31、判断从缓冲瓶出来的氢气能源的温度是否高于第一预设温度；

s32、若是，则判断是否经过预设时间段，若是，则开启所述调压阀向待加氢设备进行氢气充装。

优选的，步骤s30步骤后还包括步骤：

s40、在第一次冷却后的氢气能源到达待加氢设备的车载氢气瓶入口之前，利用液氮将氢气能源冷却至第二预设温度；

s50、将经过冷却至第二预设温度的氢气能源充装至待加氢设备中。

优选的，步骤s40和步骤s50之间还包括步骤：

将冷却至第二预设温度的氢气能源及预设流量的第一次冷却后的氢气能源同时通入至冷热交换器进行第二次冷却。

优选的，还包括步骤：

提供若干不同压力值的氢气充装气源；

获取各个氢气充装气源与待加氢设备的压力差；

依次选取与待加氢设备压差最小的氢气充装气源逐一为所述待加氢设备进行梯级加氢。

相应的，还提供一种加氢站氢能源充装的温度控制系统，包括：

第一次冷却模块，用于获取压缩机压缩后的氢气能源并对氢气能源进行第一次冷却；

缓冲瓶充装模块，用于将第一次冷却后的氢气能源充装至缓冲瓶；

第一氢气充装模块，用于通过缓冲瓶将第一次冷却后的氢气能源充装至待加氢设备中。

优选的，所述缓冲瓶与所述待加氢设备的加氢管道设置有调压阀，还包括：

第一判断模块，用于判断从缓冲瓶出来的氢气能源的温度是否高于第一预设温度；

第二判断模块，用于判断是否经过预设时间段，若是，则开启所述调压阀向待加氢设备进行氢气充装。

优选的，还包括：

第二冷却模块，用于在第一次冷却后的氢气能源到达待加氢设备的车载氢气瓶入口之前，利用液氮将氢气能源冷却至第二预设温度；

第二氢气充装模块，用于将经过冷却至第二预设温度的氢气能源充装至待加氢设备中。

优选的，还包括：

第三冷却模块，用于将冷却至第二预设温度的氢气能源及预设流量的第一次冷却后的氢气能源同时通入至冷热交换器进行第二次冷却。

优选的，还包括：

气源提供模块，用于提供若干不同压力值的氢气充装气源；

压力差获取模块，用于获取各个氢气充装气源与待加氢设备的压力差；

重叠梯级加氢模块，用于依次选取与待加氢设备压差最小的氢气充装气源逐一为所述待加氢设备进行梯级加氢。

与现有技术相比，本发明通过将经过压缩机压缩的氢气能源进行常规冷却后并通过缓冲瓶充装至待加氢设备，在氢气能源充至待加氢设备过程中采用气体预冷和梯级及重叠式充装的方式，通过多次气体冷却和降低压差以解决氢能源充装过程中所产生的温升问题，降低加氢风险。

附图说明

图1为本发明提供的一种加氢站氢能源充装的温度控制方法流程图；

图2为本发明提供的一种加氢站氢能源充装的温度控制方法的部分步骤流程图；

图3本发明提供的一种加氢站氢能源充装的温度控制系统结构图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本实施例提供一种加氢站氢能源充装的温度控制方法，如图1所示，包括步骤：

s10、获取压缩机压缩后的氢气能源并对氢气能源进行第一次冷却；

s20、将第一次冷却后的氢气能源充装至缓冲瓶；

s30、通过缓冲瓶将第一次冷却后的氢气能源充装至待加氢设备中。

加氢站快速充装电池车最大的潜在风险为车载气瓶在注气时的温升，特别是压力值大的氢能源汽车，例如70mpa乘用车，造成温升的主要原因包括：1、氢气通过压缩机，气体经过压缩温度升高；2、氢气其中有“负焦耳汤姆逊效应”，气体在离开缓冲瓶后也会有升温；3、气体高速的进入车载气瓶时，由动能转化为热能是温度骤升的最大因素。本实施例提供一种加氢站氢能源充装的温度控制方法可以解决上述所产生的加氢过程中温升的潜在风险问题，。

在步骤s10中，通过管线布置及特殊工艺安全的考量，把来自压缩机出口的高温气体，在冷却下来后，才充装到电池车，因为气体总的来讲是压缩了，温度会提高，而我们采取从缓冲瓶供气给电池车，总的来讲是降压，温度会降低。而气体从压缩机出来之后先经过第一次冷却，为节约成本，第一次冷却采用正常的水冷、风冷；经过第一次冷却的气体进入步骤s20将气体充装至缓冲瓶，步骤s30待加氢设备包括氢气能源汽车，本实施例统称电池车，通过缓冲瓶供气给电池车，而在缓冲瓶和电池车之间设置较长的管道，此安排可以让气体更好地通过大自然的环境温度而冷却。

优选的，所述缓冲瓶与所述待加氢设备的加氢管道设置有调压阀，如图2所示，所述步骤s30还包括步骤：

s31、判断从缓冲瓶出来的氢气能源的温度是否高于第一预设温度；

s32、若是，则判断是否经过预设时间段，若是，则开启所述调压阀向待加氢设备进行氢气充装。

从缓冲瓶供气给电池车，氢气在经过“截流、降压、膨胀”后，会出现“负焦耳汤姆逊效应”，温度将会有所提高，而应对是：通过管线布置及特殊工艺安全的考量，实时监测调压阀出口的气体，判断从缓冲瓶的氢气是否高于第一预设温度，若高于第一预设温度，则将高温气体冷却下来后，才充装到电池车：先让该些已经升温的气体，通过较长的管线，让大自然的环境温度对气体进行冷却，同时停留预设时间段，使得气体在大气环境中进行充分冷却，本实施例的调压阀要尽量靠近缓冲瓶，而远离电池车的加注。

相应的，本实施例还提供一种加氢站氢能源充装的温度控制系统，如图2所示，包括：

第一次冷却模块10，用于获取压缩机压缩后的氢气能源并对氢气能源进行第一次冷却；

缓冲瓶充装模块20，用于将第一次冷却后的氢气能源充装至缓冲瓶；

第一氢气充装模块30，用于通过缓冲瓶将第一次冷却后的氢气能源充装至待加氢设备中。

优选的，所述缓冲瓶与所述待加氢设备的加氢管道设置有调压阀，还包括：

第一判断模块，用于判断从缓冲瓶出来的氢气能源的温度是否高于第一预设温度；

第二判断模块，用于判断是否经过预设时间段，若是，则开启所述调压阀向待加氢设备进行氢气充装。

本实施例通过增加缓冲瓶，利用缓冲瓶对待加氢设备进行氢能源充装，同时在气体进入缓冲瓶之前和出缓冲瓶后进行气体冷却，降温的同时节约成本，以解决气体经过压缩温度骤升以及经过缓冲瓶产生“负焦耳汤姆逊效应”升温的问题。

实施例二

本实施例提供一种加氢站氢能源充装的温度控制方法，为解决氢气从缓冲瓶充装至车载气瓶时由动能转化为热能所产生的热，本实施例还包括步骤s40、sa和步骤s50，通过对氢气能源进行第二次冷却，同时进行根据压力差较小的梯级及重叠式充装，进一步控制加氢过程产生的温度从而解决氢能源充装的温升风险，包括步骤：

s10、获取压缩机压缩后的氢气能源并对氢气能源进行第一次冷却；

s20、将第一次冷却后的氢气能源充装至缓冲瓶；

s30、通过缓冲瓶将第一次冷却后的氢气能源充装至待加氢设备中；

s40、在第一次冷却后的氢气能源到达待加氢设备的车载氢气瓶入口之前，利用液氮将氢气能源冷却至第二预设温度；

sa、将冷却至第二预设温度的氢气能源及预设流量的第一次冷却后的氢气能源同时通入至冷热交换器进行第二次冷却；

s50、将经过第二次冷却的氢气能源充装至待加氢设备中。

氢气从缓冲瓶充装至车载气瓶时由动能转化为热能所产生的热，本实施例设置两个解决方案，其中一个有系统的安排是先把即将注入车载气瓶前的气体预冷，而另一个安排则是采用梯级及重叠式充装。预冷：本实施例对氢气能源进行第二次冷却，具体为高压氢气在到达软管前，会由液氮进行冷却到第二预设温度，本实施例取零下40摄氏度(其具体温度将根据车载气瓶入口的温度监控后作出微调)，而液氮在与高压氢气冷热交换之后气化，而这些仍然颇为冷冻的气体，将会对刚进入冷热交换器的高压氢气进行前期预冷，而氢气的管线会有一个旁通管线，让常温的氢气适当地混入被冷却后的高压氢气，以确保进入车载气瓶前的氢气，温度得以严格的控制，在本实施例的一种优选方案中，经过两次冷热交换的气态氮气，在可能的情况下作为仪表气使用，否则将会排放到大气。优选的，还包括步骤：

提供若干不同压力值的氢气充装气源；

获取各个氢气充装气源与待加氢设备的压力差；

依次选取与待加氢设备压差最小的氢气充装气源逐一为所述待加氢设备进行梯级加氢。

梯级及重叠式充装：现今外国加氢站在充装70mpa乘用车时，大多数设计均采用单一预冷的安排，气体在预冷到零下40℃之后，由90mpa直接充装到电池车，电池车开始的时候压力一般是非常低的，即压差将会先由90mpa、80mpa、70mpa。。。。。。20mpa、10mpa，产生的热能将会比较多。本实施例提出的方案将采用梯级及重叠式的安排，提供多个不同压力值的氢气充装气源，根据各氢气充装气源的压力之大小，选择压缩最小的气源，逐一依次为待加氢设备进行氢气能源充装，先采用较低压力的气源对电池车进行充装，然后逐步的选择压力稍高的气源，以便将充装时的压差缩到最小，从而降低由动能所产生的热能，解决温升风险。

优选的，所述缓冲瓶与所述待加氢设备的加氢管道设置有调压阀，所述步骤s30还包括步骤：

s31、判断从缓冲瓶出来的氢气能源的温度是否高于第一预设温度；

s32、若是，则判断是否经过预设时间段，若是，则开启所述调压阀向待加氢设备进行氢气充装。

与实施例一不同的是，本实施例还包括：

第二冷却模块40，用于在第一次冷却后的氢气能源到达待加氢设备的车载氢气瓶入口之前，利用液氮将氢气能源冷却至第二预设温度；

第二氢气充装模块50，用于将经过冷却至第二预设温度的氢气能源充装至待加氢设备中；

第三冷却模块60，用于将冷却至第二预设温度的氢气能源及预设流量的第一次冷却后的氢气能源同时通入至冷热交换器进行第二次冷却。

气源提供模块70，用于提供若干不同压力值的氢气充装气源；

压力差获取模块80，用于获取各个氢气充装气源与待加氢设备的压力差；

重叠梯级加氢模块90，用于依次选取与待加氢设备压差最小的氢气充装气源逐一为所述待加氢设备进行梯级加氢。优选的，所述缓冲瓶与所述待加氢设备的加氢管道设置有调压阀，还包括：

第一判断模块，用于判断从缓冲瓶出来的氢气能源的温度是否高于第一预设温度；

第二判断模块，用于判断是否经过预设时间段，若是，则开启所述调压阀向待加氢设备进行氢气充装。

本实施例缓冲瓶将氢气充装至待加氢设备的车载氢气瓶入口前对气体进行二次冷却，同时采用梯级及重叠式的充装方式降低氢能源充装时的压差，以解决氢能源充装时的温升问题。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。