[发明专利]一种车载高压氢气分级充注系统

权利要求书

1.一种车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：包括两个金属隔膜式压缩机、一个高压储气罐、一个低压储气罐、两个流量控制阀、蒸汽压缩式制冷系统、一个加氢机、一个车载储氢气瓶；蒸汽压缩式制冷系统由蒸发换热器，压缩机，冷凝器，节流阀组成的一个制冷系统，作用是降低高低压储氢气罐的温度；

所述两个金属隔膜式压缩机分别连接高压储气罐和低压储气罐，高压储气罐和低压储气罐的出口分别通过流量控制阀连接加氢机，连接管路上设有压力表和温度表；加氢机另一端连接车载储氢气瓶；蒸发换热器分别与高压储气罐和低压储气罐连接，为储气罐提供换热或制冷的功能。

2.根据权利要求1所述的车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：分级充注过程包括：氢气气源经金属隔膜式压缩机加压形成高压氢气后，分别进入高、低压储氢气罐中进行储存，形成高-低压供氢体系，蒸汽压缩式制冷系统开始工作；低温低压的制冷剂液体在蒸发换热器处吸收热量变为蒸汽，使储氢系统温度下降；低温低压制冷剂蒸汽被压缩机吸入，成为高温高压的气体后排出；而冷凝器将高温高压制冷剂蒸汽冷凝液化为高压液体；最后通过节流阀，使高压液体压力变小变为低压液体；如此反复完成制冷循环使得储氢系统温度冷却；然后利用高-低压储氢气罐与车载储氢气瓶的不平衡压差，在加氢机的控制下，依次打开流量控制阀，并且同时保持压力传感器与温度传感器的监测功能，将氢气由低-高压储氢气罐分级梯度加注到车载储氢气瓶内，当达到目标压力，结束充气。

3.根据权利要求1所述的车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：高压储气罐的气源压力为90 MPa；低压储氢气罐的气源压力与车载储氢气瓶的目标中间压力差值为15 MPa。

4.根据权利要求1所述的车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：设定氢气初始压力分别为1、5、10、20MPa，其目标中间压力分别为35.13、36.20、37.50、47.30 MPa；因此低压储气罐的气源压力为50.13、51.20、52.50、62.30 MPa。

5.根据权利要求1所述的车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：制冷循环冷却温度为-40℃；结束充气的目标压力为70 MPa。

6.根据权利要求1所述的车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：所述的高压氢气分级充注系统包括三个金属隔膜式压缩机、一个高压储气罐、一个中压储气罐、一个低压储气罐、三个流量控制阀、蒸汽压缩式制冷系统、一个加氢机、一个车载储氢气瓶；蒸汽压缩式制冷系统由蒸发换热器，压缩机，冷凝器，节流阀组成的一个制冷系统，作用是降低高低压储氢气罐的温度；

所述三个金属隔膜式压缩机分别连接高压储气罐、中压储气罐和低压储气罐，高压储气罐、中压储气罐和低压储气罐的出口分别通过流量控制阀连接加氢机，连接管路上设有压力表和温度表；加氢机另一端连接车载储氢气瓶；蒸发换热器分别与高压储气罐、中压储气罐和低压储气罐连接，为储气罐提供换热或制冷的功能。

7.根据权利要求6所述的车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：分级充注过程为：氢气气源经过金属隔膜式压缩机加压后分别进入高、中、低压储氢气罐进行储存；此时采用蒸汽压缩式制冷系统开始工作，低温低压的制冷剂液体在蒸发换热器处吸收热量变为蒸汽，使储氢系统温度下降；制冷剂蒸汽被压缩机压缩成为高温高压的气体进入冷凝器，冷凝器将高温高压制冷剂蒸汽冷凝液化为高压液体；最后通过节流阀，使高压液体压力变小变为低压液体后再次进入蒸发器；如此反复完成制冷循环，将储氢系统温度冷却；然后利用高-低压储氢气罐与车载储氢气瓶的不平衡压差，在加氢机的控制下，依次打开流量控制阀，同时保持压力传感器与温度传感器的监测功能，将氢气分级梯度加注到车载储氢气瓶内，当达到目标压力时，结束充气。

8.根据权利要求6所述的车载高压氢气分级充注系统，其特征在于：高压储气罐的气源压力为90 MPa；中、低压储氢气罐的气源压力与车载储氢气瓶的目标中间压力差值为15MPa。