[發明專利]一種車載高壓氫氣分級充注系統

在審

• 申請號: 202011214234.8
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112283577A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 趙貫甲;王依芮;張镕驛;尹建國;馬素霞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: F17C5/06
• 分類號: F17C5/06;F17C13/04;F17C13/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：包括兩個金屬隔膜式壓縮機、一個高壓儲氣罐、一個低壓儲氣罐、兩個流量控制閥、蒸汽壓縮式制冷系統、一個加氫機、一個車載儲氫氣瓶；蒸汽壓縮式制冷系統由蒸發換熱器，壓縮機，冷凝器，節流閥組成的一個制冷系統，作用是降低高低壓儲氫氣罐的溫度；

所述兩個金屬隔膜式壓縮機分別連接高壓儲氣罐和低壓儲氣罐，高壓儲氣罐和低壓儲氣罐的出口分別通過流量控制閥連接加氫機，連接管路上設有壓力表和溫度表；加氫機另一端連接車載儲氫氣瓶；蒸發換熱器分別與高壓儲氣罐和低壓儲氣罐連接，為儲氣罐提供換熱或制冷的功能。

2.根據權利要求1所述的車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：分級充注過程包括：氫氣氣源經金屬隔膜式壓縮機加壓形成高壓氫氣后，分別進入高、低壓儲氫氣罐中進行儲存，形成高-低壓供氫體系，蒸汽壓縮式制冷系統開始工作；低溫低壓的制冷劑液體在蒸發換熱器處吸收熱量變為蒸汽，使儲氫系統溫度下降；低溫低壓制冷劑蒸汽被壓縮機吸入，成為高溫高壓的氣體后排出；而冷凝器將高溫高壓制冷劑蒸汽冷凝液化為高壓液體；最后通過節流閥，使高壓液體壓力變小變為低壓液體；如此反復完成制冷循環使得儲氫系統溫度冷卻；然后利用高-低壓儲氫氣罐與車載儲氫氣瓶的不平衡壓差，在加氫機的控制下，依次打開流量控制閥，并且同時保持壓力傳感器與溫度傳感器的監測功能，將氫氣由低-高壓儲氫氣罐分級梯度加注到車載儲氫氣瓶內，當達到目標壓力，結束充氣。

3.根據權利要求1所述的車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：高壓儲氣罐的氣源壓力為90 MPa；低壓儲氫氣罐的氣源壓力與車載儲氫氣瓶的目標中間壓力差值為15 MPa。

4.根據權利要求1所述的車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：設定氫氣初始壓力分別為1、5、10、20MPa，其目標中間壓力分別為35.13、36.20、37.50、47.30 MPa；因此低壓儲氣罐的氣源壓力為50.13、51.20、52.50、62.30 MPa。

5.根據權利要求1所述的車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：制冷循環冷卻溫度為-40℃；結束充氣的目標壓力為70 MPa。

6.根據權利要求1所述的車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：所述的高壓氫氣分級充注系統包括三個金屬隔膜式壓縮機、一個高壓儲氣罐、一個中壓儲氣罐、一個低壓儲氣罐、三個流量控制閥、蒸汽壓縮式制冷系統、一個加氫機、一個車載儲氫氣瓶；蒸汽壓縮式制冷系統由蒸發換熱器，壓縮機，冷凝器，節流閥組成的一個制冷系統，作用是降低高低壓儲氫氣罐的溫度；

所述三個金屬隔膜式壓縮機分別連接高壓儲氣罐、中壓儲氣罐和低壓儲氣罐，高壓儲氣罐、中壓儲氣罐和低壓儲氣罐的出口分別通過流量控制閥連接加氫機，連接管路上設有壓力表和溫度表；加氫機另一端連接車載儲氫氣瓶；蒸發換熱器分別與高壓儲氣罐、中壓儲氣罐和低壓儲氣罐連接，為儲氣罐提供換熱或制冷的功能。

7.根據權利要求6所述的車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：分級充注過程為：氫氣氣源經過金屬隔膜式壓縮機加壓后分別進入高、中、低壓儲氫氣罐進行儲存；此時采用蒸汽壓縮式制冷系統開始工作，低溫低壓的制冷劑液體在蒸發換熱器處吸收熱量變為蒸汽，使儲氫系統溫度下降；制冷劑蒸汽被壓縮機壓縮成為高溫高壓的氣體進入冷凝器，冷凝器將高溫高壓制冷劑蒸汽冷凝液化為高壓液體；最后通過節流閥，使高壓液體壓力變小變為低壓液體后再次進入蒸發器；如此反復完成制冷循環，將儲氫系統溫度冷卻；然后利用高-低壓儲氫氣罐與車載儲氫氣瓶的不平衡壓差，在加氫機的控制下，依次打開流量控制閥，同時保持壓力傳感器與溫度傳感器的監測功能，將氫氣分級梯度加注到車載儲氫氣瓶內，當達到目標壓力時，結束充氣。

8.根據權利要求6所述的車載高壓氫氣分級充注系統，其特征在于：高壓儲氣罐的氣源壓力為90 MPa；中、低壓儲氫氣罐的氣源壓力與車載儲氫氣瓶的目標中間壓力差值為15MPa。