一种固态储氢加氢站及储氢控制方法与流程

本发明涉及固态储氢，尤其涉及一种固态储氢加氢站及储氢控制方法。

背景技术：

1、氢能源是面向二十一世纪的清洁能源，氢能源的一个重要应用领域是“氢-电”方向，氢能源的储氢方式有高压气态、低温液态、有机液态、金属(非金属)固态等，各种储氢形式对应着各自的氢能源应用领域。

2、现有的加氢站还是以高压站为主，用于给各种高压储罐氢能源车辆或储运装置加氢，此类加氢站一般布置于郊区，严重制约了氢能源的普及。

3、固态储氢技术主要依据某些物质具有吸放氢特性及伴随着吸放氢过程的热交换现象，对照高压储氢具有其高安全性、高体积密度等优点，是在城市建成区推广氢能源最有前景的储氢技术之一，配套加氢站亟待推出。

技术实现思路

1、有鉴于上述问题，本发明提供了一种固态储氢加氢站，以高安全性、高体积密度的固态储氢装置配合高压储氢罐为储氢设备，适合在城市建成区建设的具有高安全性和经济性的加氢站。

2、技术方案如下：

3、一种固态储氢加氢站，包括基于固态储氢换氢缓冲罐组、第一储氢罐、第二储氢罐、低温储氢罐组、第一一级增压设备、第二一级增压设备、二级增压设备、减压阀、冷水机、加氢机和换氢机；

4、所述第一一级增压设备、所述第一储氢罐、所述减压阀和所述换氢缓冲罐组通过管路依次连接，氢源的氢气经所述第一一级增压设备、所述第一储氢罐和所述减压阀后存储于所述换氢缓冲罐组中；

5、所述换氢缓冲罐组、所述第二一级增压设备、所述第二储氢罐、所述二级增压设备和所述低温储氢罐组通过管路依次连接，所述换氢缓冲罐组中的氢气经所述第二一级增压设备、所述第二储氢罐、所述二级增压设备存储于所述低温储氢罐组中；

6、所述加氢机和所述低温储氢罐组连接；所述换氢机和所述换氢缓冲罐组连接；所述加氢机和所述换氢机受充氢控制器控制；在充氢控制器的控制下，所述低温储氢罐组通过所述加氢机给固态储氢装置供应冷氢，所述换氢缓冲罐组通过所述换氢机从加氢的固态储氢装置回收热氢；

7、所述冷水机用于控制所述换氢缓冲罐组、第一储氢罐、第二储氢罐和低温储氢罐组中氢气的存储温度。

8、进一步的，所述换氢缓冲罐组还配套有压力传感器、温度传感器，及控制所述换氢缓冲罐组的进出氢端阀组的换氢缓冲罐组控制器。

9、进一步的，所述换氢缓冲罐组还配套有基于罐组储氢材料特性、装置参数的装置识别器，所述换氢缓冲罐组控制器通过所述装置识别器获取所述换氢缓冲罐组的储氢材料特性和装置参数。

10、进一步的，所述加氢机包括依次连接的调压阀、电磁阀、流量计和加氢枪；所述低温储氢罐组经调压阀、电磁阀、流量计、加氢枪后和所述固态储氢装置的进氢口连接；所述换氢机包括依次连接的换氢枪、调压阀、电磁阀和流量计，所述换氢缓冲罐组经所述流量计、电磁阀、调压阀和换氢枪和所述固态储氢装置的出氢口连接。

11、进一步的，所述第一一级增压设备还通过管路和所述第二储氢罐连接；所述氢源的氢气通过所述第一一级增压设备、第二储氢罐、二级增压设备存储于所述低温储氢罐组中。

12、进一步的，所述固态储氢加氢站还设置有制氢装置和用于纯化所述制氢装置产生的氢气的纯化装置。

13、进一步的，所述固态储氢加氢站还设置有用于连接氢气管束车的泄气柱。

14、本发明还提供了一种固态储氢加氢站的储氢控制方法，技术方案如下：

15、一种固态储氢加氢站的储氢控制方法，应用于如上所述的固态储氢加氢站，包括：

16、氢源通过第一储氢罐给换氢缓冲罐组缓慢补氢的步骤：氢源的氢气经一级增压设备增压后进入第一储氢罐储存，第一储氢罐在冷水机的作用下将罐内氢气温度降至tempa，将第一储氢罐内降温后的氢气经减压阀减压后输入基于固态储氢的换氢缓冲罐组，换氢缓冲罐组在冷水机的参与下进行缓慢吸氢；

17、换氢缓冲罐组通过第二储氢罐给低温储氢罐补氢的步骤：换氢缓冲罐组中的固态储氢材料通过与回收的热氢进行热交换吸热放氢，固态储氢材料放氢过程中换氢缓冲罐组的压力逐步上升直至达到p(x)；在换氢缓冲罐组的出氢口设置有一组调压阀，当换氢缓冲罐组中的氢气压力达到p(x)时，打开阀门向第二储氢罐放出温度为tempb的氢气；换氢缓冲罐组放出的热氢经过一级增压设备进入第二储氢罐，氢气在冷水机的作用下，将温度降至tempa，压力升至p(y)，然后将氢气导入二级增压设备将压力提升至p(z)送入低温储氢罐组；p(z)压力的氢气进入低温储氢罐组后，在冷水机的作用下，将氢气温度降至tempx进行储存。

18、进一步的，tempx不高于零下20℃；各级温度关系为：tempx＜tempa＜tempb＜换氢缓冲罐组中固态储氢材料在压力为p(x)状态下的最高吸氢温度值<80℃。

19、进一步的，还包括换氢缓冲罐组回收热氢的步骤，包括：经换氢机流出的热氢流入换氢缓冲罐组，热氢与换氢缓冲罐组中的固态储氢材料进行热交换。

20、进一步的，还包括给固定储氢装置加氢换氢的步骤，包括：将加氢机的加氢枪接入固态储氢装置的进氢口，将换氢机中的换氢枪接入固态储氢装置的出氢口，充氢控制器在接收到固态储氢装置控制器的命令后启动加氢机向固态储氢装置供应过量的冷氢；同时启动换氢机回收固态储氢装置输出的热氢。

21、本发明实现了如下技术效果：

22、本固态储氢加氢站，以固态储氢为主要氢能源存储方式，具有高安全性、高体积密度等优点。

23、本固态储氢加氢站，采用充冷氢、回收热氢的循环控制方式进行充氢、换氢，可不通过冷却水等换热介质对加氢过程进行冷却，具有换热效率高，充氢时间短，装置结构简单，利于商用。

24、兼容现行35mpa加氢站储罐体系，可以与现行35mpa加氢站共建实施实现商、乘用车公用，可作为更高压力加氢站的替代方案。

技术特征：

1.一种固态储氢加氢站，其特征在于：包括基于固态储氢换氢缓冲罐组、第一储氢罐、第二储氢罐、低温储氢罐组、第一一级增压设备、第二一级增压设备、二级增压设备、减压阀、冷水机、加氢机和换氢机；

2.如权利要求1所述的固态储氢加氢站，其特征在于：所述换氢缓冲罐组还配套有压力传感器、温度传感器，及控制所述换氢缓冲罐组的进出氢端阀组的换氢缓冲罐组控制器。

3.如权利要求2所述的固态储氢加氢站，其特征在于：所述换氢缓冲罐组还配套有基于罐组储氢材料特性、装置参数的装置识别器，所述换氢缓冲罐组控制器通过所述装置识别器获取所述换氢缓冲罐组的储氢材料特性和装置参数。

4.如权利要求1所述的固态储氢加氢站，其特征在于：所述加氢机包括依次连接的调压阀、电磁阀、流量计和加氢枪；所述低温储氢罐组经调压阀、电磁阀、流量计、加氢枪后和所述固态储氢装置的进氢口连接；所述换氢机包括依次连接的换氢枪、调压阀、电磁阀和流量计，所述换氢缓冲罐组经所述流量计、电磁阀、调压阀和换氢枪和所述固态储氢装置的出氢口连接。

5.如权利要求1所述的固态储氢加氢站，其特征在于：所述第一一级增压设备还通过管路和所述第二储氢罐连接；所述氢源的氢气通过所述第一一级增压设备、第二储氢罐、二级增压设备存储于所述低温储氢罐组中。

6.如权利要求1所述的固态储氢加氢站，其特征在于：所述固态储氢加氢站还设置有制氢装置和用于纯化所述制氢装置产生的氢气的纯化装置。

7.一种固态储氢加氢站的储氢控制方法，其特征在于：应用于如权利要求1-6任一项所述的固态储氢加氢站，包括：

8.如权利要求7所述的固态储氢加氢站的储氢控制方法，其特征在于：tempx不高于零下20℃；各级温度关系为：tempx＜tempa＜tempb＜换氢缓冲罐组中固态储氢材料在压力为p(x)状态下的最高吸氢温度值<80℃。

9.如权利要求7所述的固态储氢加氢站的储氢控制方法，其特征在于：还包括换氢缓冲罐组回收热氢的步骤，包括：经换氢机流出的热氢流入换氢缓冲罐组，热氢与换氢缓冲罐组中的固态储氢材料进行热交换。

10.如权利要求7所述的固态储氢加氢站的储氢控制方法，其特征在于：还包括给固定储氢装置加氢换氢的步骤，包括：将加氢机的加氢枪接入固态储氢装置的进氢口，将换氢机中的换氢枪接入固态储氢装置的出氢口，充氢控制器在接收到固态储氢装置控制器的命令后启动加氢机向固态储氢装置供应过量的冷氢；同时启动换氢机回收固态储氢装置输出的热氢。

技术总结本发明涉及氢能源应用领域，公开了一种固态储氢加氢站，包括基于固态储氢换氢缓冲罐组、第一储氢罐、第二储氢罐、低温储氢罐组、第一一级增压设备、第二一级增压设备、二级增压设备、减压阀、冷水机、加氢机和换氢机；氢源的氢气经第一一级增压设备、第一储氢罐和减压阀后存储于换氢缓冲罐组中；换氢缓冲罐组中的氢气经第二一级增压设备、第二储氢罐、二级增压设备存储于低温储氢罐组中；低温储氢罐组通过加氢机给固态储氢装置供应冷氢，换氢缓冲罐组通过换氢机从加氢的固态储氢装置回收热氢。本加氢站以固态储氢为主要氢能源存储方式，具有高安全性、高体积密度等优点，可兼容现行35Mpa加氢站储罐体系。技术研发人员：吴刚,郭腾骏受保护的技术使用者：厦门氢鸢科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23