專利名稱：車用氫燃料的冷卻加注方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬車用氣體燃料加注技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種車用氫燃料的加注方法，尤其涉 及一種加注速度快、使用安全性高的車用氫燃料的冷卻加注方法。
背景技術(shù)：
燃料電池汽車因其能源利用效率高、污染物零排放等優(yōu)點(diǎn)，是21世紀(jì)最理想、最 有可能成為傳統(tǒng)能源汽車的升級(jí)換代替產(chǎn)品。加氫站是燃料電池汽車的重要的配套基礎(chǔ)設(shè) 施，加氫站的建立將會(huì)極大的推進(jìn)燃料電池汽車的推廣使用。加氫站加氫方式可分為兩種氣氫加注站和液氫加注站。液氫加注站建設(shè)規(guī)模大， 且液氫的揮發(fā)滲透強(qiáng)，損耗大，故目前仍處于實(shí)驗(yàn)或示范項(xiàng)目階段。通用的氣氫加注站主要 分為三部分氫氣源、加壓儲(chǔ)氫裝置、加注計(jì)量裝置。工作流程為將來自氫氣源的氣態(tài)氫氣， 壓縮儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫裝置內(nèi)，需要時(shí)再通過壓縮機(jī)二次壓縮、將氫氣加壓至汽車氣瓶所需要的 壓力后，再經(jīng)加注計(jì)量裝置，加注到汽車車載氣瓶中。以上加注流程基本上可以滿足35MPa 壓力的汽車加注時(shí)間要求，但是對(duì)于70MPa容量的汽車，由于加注壓力遠(yuǎn)高于35MPa的壓 力，在給車載氣瓶加注過程中高速氣流將造成氫氣溫度急劇升高，存在嚴(yán)重的安全隱患，車 載氣瓶的壽命也受到了很大影響。但是隨著氣氫技術(shù)的推廣、車輛的增多，要求更高的氣瓶充裝壓力，如70MI^壓力 的氣瓶將提供更多的續(xù)航里程，70MI^超高壓的氣瓶的應(yīng)用將越來越廣，為了降低加注時(shí) 間，提高氫氣加注流速和加注壓力，將會(huì)導(dǎo)致車載氣瓶溫度的急劇增高，同時(shí)將大大增加安 全隱患。從加注過程中安全操作考慮，為了避免氣瓶內(nèi)氫氣溫度過高，通常采用加注、冷卻、 再加注、再冷卻交替進(jìn)行方法，即加注升溫后暫停一段時(shí)間，使氣瓶溫度降低，然后再次加 注，再次暫停加注，冷卻降溫。這樣使得整個(gè)加注過程耗時(shí)很長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加注速度快、使用安全性高的車用氫燃料的冷卻加注方 法，克服現(xiàn)有技術(shù)將氣氫通過壓縮機(jī)加壓后，直接加注到車載氣瓶中加注方式造成的快速 加注過程中導(dǎo)致溫度過高、安全性降低和加注時(shí)間過長的不足。為了達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是車用氫燃料的冷卻加注方法，其特征在于 依次包括下述步驟(1)來自氫氣源1的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)2壓縮升溫；(2)然后經(jīng)冷卻換熱裝置冷卻降溫；(3)最后加注計(jì)量裝置的加注槍與車載氫氣瓶連接，加注到車載氫氣瓶中完成加注。所述步驟(2)冷卻降溫方法為，氫氣壓縮機(jī)的出口依次與置于冷卻換熱裝置內(nèi)的 換熱管路、以及后續(xù)的流量計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器、第三閥門、加注槍串聯(lián)連接，構(gòu)成 工作管路；制冷壓縮機(jī)、緩沖罐、交換介質(zhì)儲(chǔ)罐、第一閥門、冷卻管路、第二閥門、制冷壓縮機(jī)依次串聯(lián)連接，構(gòu)成冷卻循環(huán)回路，通過冷卻換熱裝置內(nèi)的換熱管路與冷卻管路熱交換，實(shí) 現(xiàn)換熱管路中壓縮氫氣冷卻降溫。所述交換介質(zhì)儲(chǔ)罐中交換介質(zhì)是體積比為1 1的乙二醇和水混合物。步驟(3)中所述加注槍帶紅外通訊探測裝置，為市售WEH-TK 17 型加注槍本發(fā)明的積極效果是在加裝冷卻換熱裝置后，來自儲(chǔ)氫裝置氫氣壓縮機(jī)的壓縮 氣體，在經(jīng)過冷卻換熱裝置冷卻后，氫氣被冷卻到合適的低溫狀態(tài)(通常會(huì)被降低到零下 20度)，再經(jīng)過加注計(jì)量裝置，加注到車載氣瓶中，既可改善氣瓶的高溫狀態(tài)，又可滿足車 輛快速加注需求，最重要的是可將氣瓶溫度控制在安全裝填狀況下，最大程度確保車輛加 注過程的安全性。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)及試運(yùn)營情況證明，氫氣充裝時(shí)間短，安全穩(wěn)定效果很好。不僅 適用于35MPa壓力車載氣瓶的氫氣加注，也適用于70MPa壓力車載氣瓶的氫氣加注。


下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明圖1是本發(fā)明冷卻加注方法流程示意圖。圖中，1-氫氣源；2-壓縮機(jī)；3-第一閥門；4-交換介質(zhì)儲(chǔ)罐；5-緩沖罐；6_制冷壓 縮機(jī)；7-第二閥門；8-流量計(jì)；9-壓力傳感器；10-溫度傳感器；11-冷卻管路；12-換熱管 路；13-第三閥門；14-帶紅外通訊的加注槍。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明冷卻加注方法流程示意圖，由圖示可見，車用氫燃料的冷卻加注方 法，其特征在于依次包括下述步驟(1)來自氫氣源1的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)2壓縮升溫；(2)然后經(jīng)冷卻換熱裝置冷卻降溫；(3)最后加注計(jì)量裝置的加注槍14與車載氫氣瓶連接，加注到車載氫氣瓶中完成加注。所述步驟(2)冷卻降溫方法為，氫氣壓縮機(jī)2的出口依次與置于冷卻換熱裝置內(nèi) 的換熱管路12、以及后續(xù)的流量計(jì)8、壓力傳感器9、溫度傳感器10、第三閥門13、加注槍14 串聯(lián)連接，構(gòu)成工作管路；制冷壓縮機(jī)6、緩沖罐5、交換介質(zhì)儲(chǔ)罐4、第一閥門3、冷卻管路 U、第二閥門7、制冷壓縮機(jī)6依次串聯(lián)連接，構(gòu)成冷卻循環(huán)回路，通過冷卻換熱裝置內(nèi)的換 熱管路12與冷卻管路11熱交換，實(shí)現(xiàn)換熱管路中壓縮氫氣冷卻降溫。所述交換介質(zhì)儲(chǔ)罐4中交換介質(zhì)是體積比為1 1的乙二醇和水的混合物。步驟(3)中所述加注槍14帶紅外通訊探測裝置，市售WEH-TK 17IR型加注槍。使用時(shí)，當(dāng)帶紅外通訊的加注槍14與外來車載氣瓶對(duì)接后，加注槍14上紅外探測 裝置將環(huán)境及氣瓶狀態(tài)反饋給冷卻換熱裝置控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信息啟動(dòng)制冷壓 縮機(jī)6，將交換介質(zhì)冷卻到一個(gè)合適的低溫狀態(tài)，經(jīng)過緩沖罐5流入交換介質(zhì)儲(chǔ)罐4，通過第 一閥門3進(jìn)入換熱裝置的冷卻管路11中，通過與換熱管路12進(jìn)行熱交換，溫度升高后的交 換介質(zhì)從冷卻管路11流出，通過第二閥門7，再次循環(huán)進(jìn)入制冷壓縮機(jī)6制冷。工作管路中氫氣源1氫氣經(jīng)過氫氣壓縮機(jī)2壓縮升溫，壓縮氫氣經(jīng)過冷卻換熱裝 置中換熱管路12冷卻降溫，再經(jīng)流量計(jì)8、壓力傳感器9、溫度傳感器10的監(jiān)測，第三閥門
413控制，帶紅外通訊的加注槍14再將冷卻后的氫氣體加注到外來車載氣瓶中。以裝載兩個(gè)28L高壓車載氫氣瓶的氫燃料電池轎車為例，假設(shè)環(huán)境溫度為30°C， 氫氣加注壓力為35MPa時(shí)，其最大加注量為1. 4kg。從氫氣壓縮機(jī)2出來的經(jīng)過壓縮的氫氣 溫度約50°C，當(dāng)采用普通加注方式時(shí)，為了防止溫度過高，不得不中途暫停一段時(shí)間用于降 溫，完成加注需耗時(shí)5到8分鐘，氣瓶內(nèi)氫氣溫度達(dá)到了 85度。當(dāng)采用本發(fā)明的冷卻加注方 式時(shí)，經(jīng)過氫氣壓縮機(jī)2出來的50°C的氫氣，經(jīng)過帶紅外通訊的加注槍14的對(duì)環(huán)境溫度及 氣瓶溫度的檢測，反饋信息至控制系統(tǒng)，然后啟動(dòng)制冷壓縮機(jī)6，將交換介質(zhì)冷卻到-20°C。 經(jīng)過換熱管路12將被冷卻至-20°C至-15°C的高壓氫氣，經(jīng)加注槍14加注到車載氣瓶中， 完成加注耗時(shí)僅1到2分鐘，氣瓶溫度在45°C至55°C之間。其效果非常明顯，很好的保證 了車輛快速加氫的要求，同時(shí)加注的安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低。在加注壓力為70MPa的車載氣瓶上，用普通加注方法，將耗時(shí)更長，氣瓶溫度更 高，給安全使用氫氣帶來了極大的隱患。采用本發(fā)明的冷卻加注方法，可很好地解決加注耗 時(shí)長、氣瓶溫度高、使用不安全等問題。
權(quán)利要求
1.車用氫燃料的冷卻加注方法，其特征在于依次包括下述步驟(1)來自氫氣源的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)壓縮升溫；(2)然后經(jīng)冷卻換熱裝置冷卻降溫；(3)最后加注計(jì)量裝置的加注槍與車載氫氣瓶連接，加注到車載氫氣瓶中完成加注。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述車用氫燃料的冷卻加注方法，其特征在于所述步驟( 冷卻降 溫方法為，氫氣壓縮機(jī)的出口依次與置于冷卻換熱裝置內(nèi)的換熱管路、以及后續(xù)的流量計(jì)、 壓力傳感器、溫度傳感器、第三閥門、加注槍串聯(lián)連接，構(gòu)成工作管路；制冷壓縮機(jī)、緩沖罐、 交換介質(zhì)儲(chǔ)罐、第一閥門、冷卻管路、第二閥門、制冷壓縮機(jī)依次串聯(lián)連接，構(gòu)成冷卻循環(huán)回 路，通過冷卻換熱裝置內(nèi)的換熱管路與冷卻管路熱交換，實(shí)現(xiàn)換熱管路中壓縮氫氣冷卻降
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述車用氫燃料的冷卻加注方法其特征在于所述交換介質(zhì)儲(chǔ)罐中 交換介質(zhì)是體積比為11的乙二醇和水混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述車用氫燃料的冷卻加注方法，其特征在于步驟(3)中所述加注 槍帶紅外通訊探測裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述車用氫燃料的冷卻加注方法，其特征在于所述加注槍為 市售TOH-TK 17 型加注槍。
全文摘要
本發(fā)明一種車用氫燃料的冷卻加注方法，屬車用氣體燃料加注技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于依次包括下述步驟(1)來自氫氣源的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)壓縮升溫；(2)然后通過冷卻換熱裝置內(nèi)的換熱管路與冷卻管路熱交換，實(shí)現(xiàn)換熱管路中壓縮氫氣冷卻降溫；(3)最后加注計(jì)量裝置的加注槍與車載氫氣瓶連接，加注到車載氫氣瓶中完成加注。其優(yōu)點(diǎn)是既可將氣瓶溫度控制在安全裝填狀況下，又可滿足車輛快速加注需求，確保車輛加注過程的安全性。氫氣充裝時(shí)間短，安全穩(wěn)定效果很好。不僅適用于35MPa壓力車載氣瓶的氫氣加注，也適用于70MPa壓力車載氣瓶的氫氣加注。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102104162SQ20101061913
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者傅玉敏, 吳竺, 肖方暐, 阮偉民, 霍超峰 申請(qǐng)人:上海新奧九環(huán)車用能源股份有限公司