[发明专利]一种氢气的快速充装系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于可再生、清洁环保的新能源领域，提供了一种三储罐平衡降压快速充装氢气的系统与方法。 

背景技术

目前使用的氢气充装系统中的氢气储存容器通常设计为氢气从储存容器下端进气，从储存容器上端出气，这一设计在实际应用中会给企业增加成本，因为系统在使用前和定期维修后，需要用氮气吹扫容器和系统，在加气站用的大型容器中一旦用氮气进行吹扫完成后，很难再用氢气将氮气置换干净。而且氢气充装系统在给工业用途的氢气容器充装时，由于压差较大，一般采用减压的方法进行充装，但由于减压装置的工作流量小，因此充装时间会加长。经查询，发现有如下五项专利与本发明有关联： 

（1）同济大学马建新、周伟、张存满、邬敏忠、陈华强、潘相敏申请的发明专利“一种加氢站子站”（申请号：200710045766.1），是一种可移动的外供氢的氢气增压加注系统。与200810202551.0原理是一样的，只多了可移动功能。与本发明有根本的不同。

（2）袁家桢申请的发明专利“车载制氢加氢站”（申请号：200710098598.2），是一种可移动的带有电解水制氢装置的加氢站系统。但该系统根本不可能实现应用，因电解水制氢装置需要大功率电力设施供电和直流整流变压器变压整流。不是该系统移动到哪都有这样的设施供你使用。如果把变压整流装置也放到车上，这辆车是上不了路的，且运动一次费用惊人。与本发明有根本的不同。 

（3）同济大学马建新、周伟、潘相敏、邬敏忠、陈华强、张存满申请的发明专利“外供氢型加氢站的高压供氢系统”（申请号：200810202551.0），这是一种用压缩机增压才能加注氢气的系统，与原工业用氢的方法是相同的。 

（4）同济大学马建新、周伟、潘相敏、张存满、邬敏忠、陈华强申请的发明专利“可用于高压氢气加氢站的加气系统”（申请号：200810203556.5），该发明主要目的在于如何将系统数据采集然后控制系统进行氢气加注。与本发明有根本的不同。 

（5）北京飞驰绿能电源技术有限责任公司张立芳、王利生、张黛申请的发明专利“一种可快速充装氢气的制氢加氢站系统及其方法”（专利号：ZL200610088913.9）与本发明有细节上的不同。本发明可弥补其不足。 

发明内容

针对目前常用的氢气充装系统存在的问题，本发明通过一种三储罐平衡降压快速充装氢气的系统与方法，使储罐内的氢气利用率更高。在系统中不设置减压阀，使系统的管道阻力更小，充装速率更快。在系统中增加预冷装置，使被充装容器温升更低。一改传统的储氢容器下进气上出气的系统设计习惯，使进气和出气为一个管道，不但可节约管道材料并且可快速使储氢容器置换掉空气和氮气，使系统调试时间缩短十几倍。 

本发明采用的技术方案是：任何方法制备的氢气先经过氢气压缩设备压缩到35MPa~75MPa的高压，然后储存到可耐压35MPa~75MPa的高压氢气储存设备中，氢气储存设备共有三个，每个氢气储存设备的出气口都直接连接到氢气加气机或工业用氢的气瓶充装系统上。并在加氢机的氢气出口端安装一个低温冷却装置，使氢气管道从中穿过，当氢气经过该装置时被迅速降温至零下30℃左右。这样充装系统在充装氢气时，不再使用氢气压缩机，氢气会从高压向低压流动，对汽车和工业用氢容器进行平衡充装，使被充装容器的温升幅度减小。三个氢气储存设备由系统控制器控制，每次充装氢气时总是通过控制系统依次先用较低压力的氢气储存容器平衡充装氢气，然后用较高压力的氢气储存容器充装，最终达到所需要的压力，这样可使三个氢气储存设备中的氢气利用率达到90%以上，并且可使整套氢气充装系统中的管道直径以较小的通径达到较大的流量，该系统的最大充装流量可达到3600Nm³/h。 

本发明提供的快速充装系统可以使用任何来源的氢气，可以是电解水制氢、天然气重整制氢或工业副产品氢回收提纯，可以在充装现场制取和提纯氢气，也可以使用外供氢气。 

本发明提供的快速充装系统在给汽车加氢（能源用氢）和充装气瓶（工业用氢）时共用一套降压平衡充装系统。