撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置的温控系统及方法与流程

本发明属于撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置，具体涉及撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置的温控系统及方法。

背景技术：

1、完善氢能基础设施是氢能产业发展的前提，常见设施包括固定式加氢站、移动式加氢站等。这些设施实际运营中，储运环节成本、安全等问题是制约发展的瓶颈。制氢、加氢一体站则为突破瓶颈提供了思路。

2、撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置在应用场景上相对灵活，受局限性小，其组成一般包括设置在集装箱内的水电解制氢模块、压缩模块、储氢模块、加氢模块、控制模块，这些模块有机、紧密地集成到一个集装箱中，具有高度集成、高度耦合、节能环保的特点。撬装式结构使得其布置和转移灵活多样，整体具有集成度高、操作方便、投资成本小等优点，该类型装置受到多种应用场景的青睐。在实际运营中，一体式装置的热管理是重点之一，一方面部分设备如水电解制氢模块中的电解槽、压缩模块中的氢气压缩机和加氢模块中的预冷换热等需要通入一定温度的循环水以防止这些设备和加注氢气的温度超高或过低，例如，压缩模块中氢气在增压的过程中会产生大量的热，需要进行冷却，并且压缩模块中的压缩机的液压油也需要进行换热，加氢模块中的加氢机是用于氢气加注及计量结算的加气设备，高压氢气为了满足快速加注的要求，也需要进行冷却。另一方面考虑到各地区温度差异、不同季节低温及高温，还需调控集装箱内的温度在一定范围以保证设备的最佳运行条件。

3、现有常见的热管理方法都是针对分布式设置于集装箱内的制氢、储氢、加氢装置，其热管理方法是通过多个冷水机分别为制氢、储氢、加氢装置提供不同温区的循环水，同时在集装箱内设置空调调控集装箱内温度，这种热管理方法不适合用于撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置，因为这种热管理方法涉及的温度调控设备数量较多，一定程度上扩大了对集装箱内空间的占用，而且这种热管理方法的工艺冗余，且容易造成能源资源的浪费。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置的温控系统及方法，通过在集装箱内部安装一个多温区制冷设备，并使该多温区制冷设备与集装箱顶部与底部隔层内的循环水管道、集装箱外侧顶部的两个水箱形成温度控制系统，实现集装箱内部空间以及需要温控的水电解制氢模块、氢气压缩模块、加氢模块的热管理，实现了温度控制系统的小型化、高效化，并且最大限度地减少空间占用。

2、本发明提供的一种撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置的温控系统采用以下技术方案：

3、撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置的温控系统，包括：

4、循环冷冻水水箱与循环冷却水水箱：均设置于集装箱外侧顶部，并存储含有防冻剂的水；

5、多温区制冷设备：设置于集装箱内，连接循环冷冻水水箱与循环冷却水水箱，用于调控循环冷冻水水箱与循环冷却水水箱内水温；

6、循环冷冻水水箱的出水口通过管路与加氢模块连接后与循环冷冻水水箱的进水口连通，构成第一温控水循环回路，用于使加氢模块向需要加注氢气的设备加注氢气前实现对加注氢气的预冷；

7、循环冷却水水箱的出水口通过管路依次连接氢气压缩模块、水电解制氢模块后与循环冷却水水箱的进水口连通，构成第二温控水循环回路，用于对氢气压缩模块与水电解制氢模块冷却；

8、连接循环冷却水水箱与氢气压缩模块的管路位于集装箱顶部隔层内；

9、连接水电解制氢模块与循环冷却水箱的管路位于集装箱底部隔层内；

10、底部隔层与顶部隔层内均设置有风扇，用于将隔层内管路散发的热量吹向集装箱内，调节集装箱内温度。

11、进一步地，所述循环冷冻水水箱内水温低于所述循环冷却水水箱内水温。

12、进一步地，所述顶部隔层与所述底部隔层设置有开口；

13、所述隔层内的风扇通过所述开口将隔层内管路散发的热量吹向集装箱内。

14、进一步地，所述多温区制冷设备与所述循环冷冻水水箱、所述循环冷却水水箱连接的管路上设置有膨胀阀，通过调节所述膨胀阀的开度实现对所述循环冷冻水水箱、所述循环冷却水水箱内水温调控。

15、进一步地，所述第一温控循环水循环回路中流进所述加氢模块的冷冻水温度为-26℃～-24℃，流出所述加氢模块的冷冻水温度约为-21℃～-19℃；

16、所述第二温控循环水循环回路中流出所述循环冷却水水箱的冷却水温度为4℃～5℃，流进所述氢气压缩模块的冷却水温度为5℃～7℃，流出所述氢气压缩模块的冷却水温度为12℃～15℃，流进所述水电解制氢模块的冷却水温度为15℃～17℃，流出所述水电解制氢模块的冷却水温度为20℃～22℃。

17、本发明提供的撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置的温控方法，利用上述的撬装一体式水电解制氢储氢加氢装置的温控系统，该方法：

18、通过第一温控水循环回路使加氢模块向需要加注氢气的设备加注氢气前实现对加注氢气的预冷；

19、通过第二温控水循环回路对氢气压缩模块与水电解制氢模块冷却；

20、通过集装箱顶部隔层与底部隔层的风扇将隔层内管路散发的热量吹向集装箱内，调节集装箱内温度。

21、进一步地，当集装箱内温度高于设定温度时，集装箱顶部隔层内的风扇开启，直至所述集装箱内温度处于所述设定温度；

22、当集装箱内温度低于所述设定温度时，所述集装箱底部隔层内的风扇开启，直至所述集装箱内温度处于所述设定温度。

23、进一步地，所述设定温度为5℃～50℃。

24、有益效果：

25、1、循环冷冻水水箱与循环冷却水水箱均设置于集装箱外侧顶部，并存储含有防冻剂的水；多温区制冷设备设置与集装箱内，且连接循环冷冻水水箱与循环冷却水水箱，用于调控循环冷冻水水箱与循环冷却水水箱内水温；循环冷冻水水箱的出水口通过管路与加氢模块连接后与循环冷冻水水箱的进水口连通，构成第一温控水循环回路，用于使加氢模块向需要加注氢气的设备加注氢气前实现对加注氢气的预冷；循环冷却水水箱的出水口通过管路依次连接氢气压缩模块、水电解制氢模块后与循环冷却水水箱的进水口连通，构成第二温控水循环回路，用于对氢气压缩模块与水电解制氢模块冷却；连接循环冷却水水箱与氢气压缩模块的管路位于集装箱顶部隔层内；连接水电解制氢模块与循环冷却水箱的管路位于集装箱底部隔层内；底部隔层与顶部隔层内均设置有风扇，用于将隔层内管路散发的热量吹向集装箱内，调节集装箱内温度。

26、如此，这套温控调控装置的循环冷冻水水箱与循环冷却水水箱设置在集装箱外侧顶部，风扇以及大部分管道均位于集装箱隔层内，在集装箱内只需要设置一个多温区制冷设备，设备数量少，而且不会占用过多的集装箱内部空间；同时，集装箱顶部隔层与底部隔层内管道所散发的热量又可以用于调控集装箱内温度，实现热量的充分回收利用，具有能量利用高效、减少设备数量的优点；另外，因为循环冷却水水箱的出水口通过管路依次连接氢气压缩模块、水电解制氢模块后与循环冷却水水箱的进水口连通，所以连接循环冷却水水箱与氢气压缩模块的管路中冷却水的温度低于连接水电解制氢模块与循环冷却水箱的管路中冷却水的温度，进而本技术使连接循环冷却水水箱与氢气压缩模块的管路位于集装箱顶部隔层内，连接水电解制氢模块与循环冷却水箱的管路位于集装箱底部隔层内，更加有利于风扇将温度更低密度更高的热空气向下吹入集装箱内，更加有利于风扇将温度更高密度更低的热空气向上吹入集装箱内，提高集装箱内温度调节效率。

27、2、循环冷冻水水箱内水温低于循环冷却水水箱内水温，这与加氢模块、水电解制氢模块、氢气压缩模块对温度需求的差异相匹配。

28、3、顶部隔层与底部隔层设置有开口，隔层内的风扇通过开口将隔层内管路散发的热量吹向集装箱内，可以更有效地将隔层内管路散发的热量传递到集装箱内，提高集装箱内温度调节效率。

29、4、多温区制冷设备与循环冷冻水水箱、循环冷却水水箱连接的管路上设置有膨胀阀，通过调节膨胀阀的开度实现对循环冷冻水水箱、循环冷却水水箱内水温调控，提高了温度控制的灵活性和精确度。

30、5、因为连接循环冷却水水箱与氢气压缩氢模块的管路中冷却水的温度小于连接水电解制氢模块与循环冷却水箱的管路中冷却水的温度，因此，当集装箱内温度高于设定温度时，集装箱顶部隔层内的风扇开启，相当于向集装箱内吹冷风；当集装箱内温度低于设定温度时，集装箱底部隔层内的风扇开启，相当于向集装箱内吹热风，在不同温度下利用不同隔层内的热量，有利于提高集装箱内温度调节效率，而且通过设定基于温度的风扇开启条件，实现了集装箱内温度的自动调节，保持了设备在最佳温度范围内运行，提高了系统的智能化和自动化水平。