一种加氢系统的制作方法

本申请涉及燃料电池加氢技术领域，具体涉及一种加氢系统。

背景技术：

目前，现有的燃料电池加氢系统主要利用加压泵对氢气源加压，然后输送至使用设备的储气瓶。然而，现有燃料电池加氢系统完全依托电网供电，存在断电风险，在燃料电池加氢系统的氢气存储以及输送环节均存在安全风险，例如当高压储氢瓶瓶口减压阀失效时高压气体将对人体造成极大的伤害，因此在加氢过程中难以保证系统的稳定运行。因此，如何提高现有燃料电池加氢系统的稳定性和安全性成为本领域技术努力的方向。

技术实现要素：

本申请提供一种加氢系统，旨在解决现有燃料电池加氢系统稳定性和安全性技术问题。

第一方面，本申请提供一种加氢系统，包括：

储氢装置；

第一管路，第一管路与储氢装置连接；

氢气增压装置，氢气增压装置设置于第一管路上，用于对氢气进行加压；

电能发生装置，电能发生装置具有氢气入口、氧气入口以及电能输出接口，氢气入口与第一管路旁通连接，电能发生装置用于将输入的氢气和氧气生成电能，并通过电能输出接口为加氢系统中至少氢气增压装置提供电能。

在一些实施例中，电能发生装置包括燃料电池；

燃料电池具有与氢气入口连通的第一入口、与氧气入口连通的第二入口，燃料电池用于将输入的氢气和氧气生成电能，电能输出接口与燃料电池的正极和负极连接。

在一些实施例中，电能发生装置还包括循环水管路；

燃料电池还具有循环水入口以及循环水出口，循环水入口和循环水出口与循环水管路连通，循环水管路内部的水用于对燃料电池进行升温或降温。

在一些实施例中，还包括储热装置，储热装置用于存储电能发生装置产生的热量和/或氢气增压装置产生的热量。

在一些实施例中，还包括换热器，换热器与储热装置连接，换热器用于收集电能发生装置产生的热量和/或氢气增压装置产生的热量，并将收集的热量输入储热装置。

在一些实施例中，氢气增压装置具有第一换热腔室，换热器具有第二换热腔室，第一换热腔室与第二换热腔室连通并形成散热循环回路。

在一些实施例中，换热器还具有与第二换热腔室间隔的第三换热腔室，第三换热腔室与储热装置连接。

在一些实施例中，循环水管路上设置有热交换器，热交换器与储热装置连接，热交换器用于利用储热装置热能加热循环水管路内部的水。

在一些实施例中，用电设备与电能输出接口连接。

在一些实施例中，氢气增压装置为活塞压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机或直线压缩机中的一种。

本申请通过使用氢气作为能源的电能发生装置制备燃料电池加氢系统用电能，直接利用加氢系统本身输送的氢气而无需其他能源，解决了非正常断电带来的影响，进而保证了燃料电池加氢系统的稳定性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对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的附图。

图1是本申请实施例中提供的加氢系统的一种结构示意图；

图2是本申请实施例中提供的电能发生装置的一种结构示意图。

其中：

10储氢装置，20第一管路，30氢气增压装置，31第一换热腔室；

40电能发生装置，401氢气入口，402空气入口，403电能输出接口，41燃料电池，411第一入口，412第二入口，413循环水入口，414循环水出口，42循环水管路，43空压机，44空气滤清器，45电加热器，46动力泵；

50用电设备，60储热装置，70换热器，71第二换热腔室，72第三换热腔室，80散热循环回路，90冷水机。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本实用新型，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本实用新型。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本实用新型的描述变得晦涩。因此，本实用新型并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例提供一种加氢系统，以下进行详细说明。

首先，参阅图1，图1示出了本申请实施例中加氢系统的一种结构示意图，其中，加氢系统包括：

储氢装置10；

第一管路20，第一管路20与储氢装置10连接；

氢气增压装置30，氢气增压装置30设置于第一管路20上，用于对氢气进行加压；

电能发生装置40，电能发生装置40具有氢气入口401、氧气入口402以及电能输出接口403，氢气入口401与第一管路20旁通连接，电能发生装置40用于将输入的氢气和氧气生成电能，并通过电能输出接口403为加氢系统中至少氢气增压装置30提供电能。

需要指出的是，加氢系统主要是针对使用燃料电池41的设备进行加氢，例如氢能源汽车，一般是对储存燃料电池41用氢气的容器进行加氢，例如，氢气瓶。其中现有的燃料电池41加氢系统主要利用加压泵对氢气加压，然而现有燃料电池41加氢系统完全依托电网供电，存在断电风险，导致在燃料电池41加氢系统的氢气存储以及输送环节均存在安全风险，例如当高压储氢瓶瓶口减压阀失效时高压气体将对人体造成极大的伤害，因此在加氢过程中难以保证系统的稳定运行。

而本申请通过加氢系统本身的氢气利用电能发生装置40产生电能，直接利用加氢系统本身输送的氢气而无需其他能源，实现加氢系统用电能自产化，解决了非正常断电带来的影响，进而保证了加氢系统的稳定性和安全性。

具体的，储氢装置10用于存储加氢用的氢气，示例性的，储氢装置10可以是储存氢气的压力容器，例如氢气罐，但不限于此，例如，储氢装置10还可以是氢气管网，此处不做具体限定。

第一管路20是用于将储氢装置10的氢气引导至加氢设备的管线，其中，第一管路20具有加氢入口、加氢出口以及旁通出口，加氢入口与储氢装置10连接。一般的，为了便于计量氢气流量、压力以及温度，第一管路20上还可以设置有压力传感器、流量计以及温度传感器。可以理解的，第一管路20上还可以设置阀门，以便于控制第一管路20开启或关闭，示例性的，阀门可以采用调压阀，以使得阀门在达到对应压力时开启。

氢气增压装置30是用于对氢气加压的设备，以使得加氢系统供应的氢气满足压力需求。具体的，氢气增压装置30设置于第一管路20的加氢出口处，以便于直接对从加氢出口输出的氢气进行压力控制。示例性的，氢气增压装置30可以为活塞压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机、直线压缩机或液动增压泵中的一种。

电能发生装置40是用于根据储氢装置10的氢气产生电能的设备。示例性的，电能发生装置40可以为氢氧发电机或燃料电池41，例如磷酸盐型燃料电池、融熔碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池或质子交换膜燃料电池等。具体的，为了便于电能发生装置40通入氢气和氧气并输出产出的电能，电能发生装置40具有氢气入口401、氧气入口402以及电能输出接口403，氢气入口401与第一管路20的旁通出口连接，电能发生装置40用于将输入的氢气和氧气生成电能，并通过电能输出接口403为加氢系统中至少氢气增压装置30提供电能。

作为一示例性的，如图2所示，图2示出了本申请实施例中电能发生装置40的一种结构示意图，其中，电能发生装置40包括燃料电池41，具体的，燃料电池41可以为固体氧化物型燃料电池或质子交换膜燃料电池。燃料电池41具有与氢气入口401连通的第一入口411、与氧气入口402连通的第二入口412，燃料电池41用于将输入的氢气和氧气生成电能，电能输出接口403与燃料电池41的正极和负极连接。

进一步的，为了保证对燃料电池41进行散热，使得燃料电池41在使用过程维持在最佳温度，燃料电池41还具有循环水入口413以及循环水出口414，电能发生装置40还包括循环水管路42，循环水入口413和循环水出口414与循环水管路42连通，循环水管路42内部的水对燃料电池41进行升温或降温。具体的，可以在循环水管路42上设置散热器以及动力泵46，通过动力泵46驱动循环水管内的水经散热器循环流动，最终释放燃料电池41在工作过程中产生的热量。

可以理解的，上述关于电能发生装置40的描述仅为清楚说明本申请的实施验证过程，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述系统做出等同的修改设计，例如，为保证燃料电池41输入氧气清洁以及一定的压力，如图2所示，电能发生装置40还可以包括通过管线与第一入口411连接的空气滤清器44、空压机43，为保证氢气进入燃料电池41具有一定温度，电能发生装置40还可以包括与第二入口412连接的电加热器46。

为了提高加氢系统的能源利用率，在本申请的一些实施例中，加氢系统还可以包括储热装置60，储热装置60用于存储电能发生装置40产生的热量和/或氢气增压装置30产生的热量。例如，储热装置60可以存储循环水管路42释放的热量或氢气增压装置30压缩氢气产生的热量。示例性的，储热装置60可以为恒温水池、热水箱等可以存储热水的容器，通过将电能发生装置40或氢气增压装置30产生的热水通入恒温水池或热水箱内部实现热量收集存储。

在本申请的一些实施例中，储热装置60还可以通过热交换收集电能发生装置40或氢气增压装置30产生的热量。具体的，为了便于收集电能发生装置40产生的热量和/或氢气增压装置30产生的热量，加氢系统还可以包括括换热器70，换热器70与储热装置60连接，换热器70用于收集电能发生装置40产生的热量和/或氢气增压装置30产生的热量，并将收集的热量输入储热装置60。

作为一示例性的，将换热器70设置在储热装置60内部，换热器70内部的热流体可以直接与储热装置60内部的流体进行热交换，换热器70具有第二换热腔室71，通过将电能发生装置40和氢气增压装置30产生的热流体引导进入第二换热腔室71，第二换热腔室71内部的热流体与储热装置60内部流体进行热交换，以加热储热装置60内部液体。以换热器70收集氢气增压装置30热量为例，氢气增压装置30具有第一换热腔室31，换热器70具有第二换热腔室71，第一换热腔室31与第二换热腔室71连通并形成散热循环回路80，使氢气增压装置30产生的热量于第一换热腔室31收集，并通过散热循环回路80于第二换热腔室71释放。其中，第一换热腔室31可以是指包裹氢气增压装置30外部形成的密闭腔室。

作为又一示例性的，可以将换热器70设置在储热装置60外部，通过换热器70加热通入储热装置60的水以实现热量收集。例如，如图1所示，在上述换热器70具有第二换热腔室71实施例的基础上，换热器70还具有与第二换热腔室71间隔的第三换热腔室72，第三换热腔室72与储热装置60连接，第二换热腔室71将热量传递给第三换热腔室72中的液体，使第三换热腔室72的液体收集热量并输入储热装置60。其中，第二换热腔室71和第三换热腔室72可以通过单个隔板将换热器70分隔成两个腔室，还可以通过多个换热板将换热器70分隔成折流性的换热腔室，例如板式换热器。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，对于电能发生装置40中的循环水管路42，该循环水管路42可以直接与换热器70连接组成去离子水的循环回路，通过换热器70对燃料电池41用的去离子水进行降温，有利于减少电能发生装置40的散热结构，同时便于电能发生装置40产生热能的收集。

在一些实施例中，为了便于电能发生装置40中的燃料电池41快速升温，还可以利用储热装置60的热量加热循环水管路42内部的水。作为一示例性的，可以在循环水管路42上设置有热交换器，热交换器与储热装置40连接，热交换器用于利用储热装置60热能加热循环水管路内部的水，以便于燃料电池41在启动时快速升温并达到最佳的使用温度，加快燃料电池41的启动速度。

在本申请的一些实施例中，加氢系统还包括冷水机90，冷水机90与散热循环回路80连接，用于向散热循环回路80提供循环水，以保证散热循环回路80具有足够的散热液体。进一步的，还可以在散热循环回路80上设置阀门，以便于控制散热循环回流的导通和关闭。

进一步的，加氢系统产生的电能还可以供给其他用电设备50，例如照明、加热等用电设备50。具体的，用电设备50可以直接与电能输出接口403连接。

值得注意的是，上述关于加氢系统的说明描述仅为清楚说明本实用新型的验证过程，本领域技术人员在本实用新型的指导下，可以对上述组件做出等同的修改设计，例如，还可以在散热循环回路80上设置动力泵46，以便于驱动换热循环回路内的散热液体循环流动。

为了更好实施本申请实施例中的加氢系统，在加氢系统基础之上，本申请实施例中还提供一种加氢控制系统，加氢控制系统包括控制器、总线以及上述任一实施例中的加氢系统，其中：

控制器是该加氢系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个系统的各个部分，通过运行或执行存储的程序，执行装置的各种功能，从而对系统进行整体控制。可选的，控制器可包括一个或多个处理核心；控制器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件、采用可编程逻辑控制器(plc控制器)等。

总线是该加氢控制系统的通信网络，使得系统各部分之间可以进行通讯，以促进信息和/或数据的传输。可选的，工业通讯网络可以包括有线通信，例如现场总线、工业以太网、工业互联网(tsn)等，还可以包括无线通信，例如窄带物联网(narrowbandinternetofthings,nb-iot)等。

加氢系统是执行燃料电池41加氢功能的设备集合，具体的，加氢系统中的设备通过总线与控制器连接，例如，氢气增压装置30可以通过总线与控制器连接，液位计、温度传感器、压力传感器、阀门等均可通过总线与控制器连接。其中加氢系统包括：

储氢装置10；

第一管路20，第一管路20与储氢装置10连接；

氢气增压装置30，氢气增压装置30设置于第一管路20上，用于对氢气进行加压；

电能发生装置40，电能发生装置40具有氢气入口401、氧气入口402以及电能输出接口403，氢气入口401与第一管路20旁通连接，电能发生装置40用于将输入的氢气和氧气生成电能，并通过电能输出接口403为加氢系统中至少氢气增压装置30提供电能。

值得注意的是，上述关于加氢控制系统的说明描述仅为清楚说明本申请的验证过程，本领域技术人员在本申请的指导下，可以对上述系统做出等同的修改设计，例如，加氢控制系统还可以包括显示器，对加氢控制系统中的参数(例如压力、温度、电能)进行显示。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本实用新型的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本实用新型进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本实用新型中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本实用新型示范实施例的精神和范围。

同时，本实用新型使用了特定词语来描述本实用新型的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本实用新型至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本实用新型的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

应当注意的是，为了简化本实用新型披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本实用新型实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本实用新型对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

以上对本实用新型实施例所提供的一种加氢系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。