储氢罐加氢及储氢罐交换一体机

技术领域

本发明涉及氢能领域，特别涉及一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机。

背景技术

目前氢气的储存技术主要可以分为高压气态、低温液态和固态储氢三种方式。其中，固态储氢具有储氢压力低、体积储氢密度高等优点，适用于可广泛应用于各种固定、移动和便携电源应用，如电动助力单车、电动摩托车、叉车、观光车、无人机和船舶等。

现有加氢站少，且不能满足固态储氢罐的加氢需求，为了方便用户的加氢，并减少用户等待时间。为此，需要一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机，该一体机能够自动对储氢罐自动加氢、自动回收和交换，具有安全、高效、智能自动化等特点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机，包括氢源、加氢组件、储氢罐、储氢罐交换组件和控制系统，其中，所述加氢组件用于将所述氢源产生的氢气加入至所述储氢罐中，所述储氢罐交换组件用于对所述储氢罐进行交换，所述控制系统控制所述氢源、所述加氢组件和所述储氢罐交换组件。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述氢源是光伏制氢、电解水制氢、氢气长管拖车、氢气供应管道或者集装格之中的一种或者几种。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述加氢组件包括氢源管、加氢管和加氢控制器，所述氢源管的两端分别连通所述氢源和所述加氢管的一端，所述加氢管的另一端与所述大气连通，所述储氢罐与所述加氢管连通，所述氢源管的一端至所述氢源管的另一端依次设置有第一手阀、流量计、第一压力传感器和第一开关阀，由所述储氢罐与所述加氢管的连通处至所述加氢管的另一端依次设置有第二压力传感器、第二开关阀、流量调节阀和真空泵，所述流量计、所述第一压力传感器、所述第一开关阀、所述第二压力传感器、所述第二开关阀、所述流量调节阀和所述真空泵分别与所述加氢控制器连接，优选地，所述加氢组件还包括排气管，所述排气管的两端分别连通所述储氢罐和大气，在所述排气管上设置有第三开关阀，所述第三开关阀与所述加氢控制器连接。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述加氢组件还包括冷却装置和换热器，所述换热器环绕所述储氢罐，所述换热器的两端均通过换热管与所述冷却装置连通，所述冷却装置通过所述换热器对所述储氢罐在加氢过程中产生的热量进行冷却，在所述换热器上设置有温度传感器，所述温度传感器和所述冷却装置均与所述加氢控制器连接。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述加氢组件与所述控制系统进行交互，所述加氢组件根据所述控制系统的指令自动开始加氢和结束加氢；当所述第一压力传感器检测到所述氢源的压力过低时，提醒更换氢源或者启动制氢。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述加氢组件还包括数据读写器，所述储氢罐的外表面上设置有可读写装置，所述可读写装置内存储有所述储氢罐的数据，所述数据读写器对所述储氢罐的数据进行读写，所述储氢罐的数据包括储氢量和压力，所述数据读写器与所述控制系统连接。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述一体机具有外壳，所述加氢组件、所述储氢罐、所述储氢罐交换组件和所述控制系统均位于所述外壳内，所述氢源位于所述外壳外，所述外壳内设置有多个用于安装所述储氢罐的仓室，每个所述仓室在所述外壳的侧壁上均设置有仓门，所述储氢罐能够从所述仓门处进出所述仓室，所述控制系统能够控制所述仓门自动打开。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述储氢罐的瓶口处设置有第一快速接头，所述加氢组件设置有第二快速接头，所述第一快速接头与所述第二快速接头能够相互匹配，所述加氢组件通过所述第二快速接头与储氢罐的所述第一快速接头连接，多个所述储氢罐组成瓶组，所述加氢组件能够同时对多个所述瓶组进行加氢。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述储氢罐交换组件包括安全保护装置、识别装置和交换机构，所述安全保护装置、所述识别装置和所述交换机构均与所述控制系统连接，所述安全保护装置将储氢罐锁在所述仓室内，所述储氢罐的外表面上设置有所述储氢罐的身份信息，所述识别装置能够对所述储氢罐的身份信息进行识别和采集；所述交换机构根据所述控制系统的指令对储氢罐进行操作，自动将所述储氢罐与所述加氢组件脱离，并将所述储氢罐突出或者置于所述仓门外，便于用户取放所述储氢罐。

进一步地，在上述的储氢罐加氢及储氢罐交换一体机中，所述加氢组件还包括气体报警器，所述气体报警器设置在所述储氢罐的上方，所述气体报警器能够对所述一体机发生氢气泄露进行监测报警，所述气体报警器与所述控制系统连接，与所述控制系统还连接有报警装置，所述控制系统能够对所述储氢罐的储氢量进行监测，所述控制系统通过所述流量计对所述储氢罐的加氢量进行控制，所述控制系统通过所述第二压力传感器对所述储氢罐的压力进行监测、所述控制系统通过所述温度传感器对所述储氢罐的温度进行监测，当所述储氢量、所述压力和所述温度之中的任一项与设定值不符时、或所述气体报警器检测到发生氢气泄露时，所述控制系统通过所述报警装置进行报警。

分析可知，本发明公开一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机，该一体机系统具有安全、高效、智能自动化等特点，整体系统体积小、高度集成化，通过将储氢罐放置在一体机中，能够安全可靠快速的实现储氢罐回收、加氢、交换。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一实施例的原理示意图。

图2为本发明一实施例的结构示意图。

图3为本发明一实施例的储氢罐的结构示意图。

图4为本发明一实施例的加氢组件的结构示意图。

图5为本发明一实施例的加氢组件的工作原理示意图。

图6为本发明一实施例的储氢罐交换组件的结构示意图。

附图标记说明：1控制系统；2氢源；3加氢组件；30加氢控制器；31第一手阀；32流量计；33第一压力传感器；34第一开关阀；35第二压力传感器；36氢源管；37第二开关阀；38流量调节阀；39真空泵；40冷却装置；41换热器；42温度传感器；43数据读写器；44气体报警器；45加氢管；46第二快速接头；47排气管；48第三开关阀；5储氢罐；51可读写装置；52第一快速接头；6储氢罐交换组件；61安全保护装置；62识别装置；63交换机构；7外壳；71仓门。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

如图1至图6所示，根据本发明的实施例，提供了一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机，如图2所示，包括氢源2、加氢组件3、储氢罐5、储氢罐交换组件6和控制系统1，其中，加氢组件3用于将氢源2产生的氢气加入至储氢罐5中，在向储氢罐5加氢的过程中，加氢组件3能够实现管路检测、排气、抽真空、加注和冷却等操作，储氢罐交换组件6用于对储氢罐5进行交换，加氢组件3和储氢罐交换组件6均与控制系统1连接，控制系统1控制氢源2、加氢组件3和储氢罐交换组件6。该一体机的工作原理如图1所示，控制系统1控制氢源2对储氢罐5提供氢源供给，控制系统1控制加氢组件3进行储氢罐加氢、加氢量统计、储氢罐识别、数据读写等操作，控制系统1控制储氢罐交换组件6实现储氢罐回收、储氢罐交换等操作。

进一步地，氢源2是光伏制氢、电解水制氢、氢气长管拖车、氢气供应管道或者集装格之中的一种或者几种。

进一步地，如图4所示，加氢组件3包括氢源管36、加氢管45和加氢控制器30，氢源管36的两端分别连通氢源2和加氢管45的一端，加氢管45的另一端与大气连通，储氢罐5与加氢管45连通，由氢源管36的一端至氢源管36的另一端依次设置有第一手阀31、流量计32、第一压力传感器33和第一开关阀34，由储氢罐5与加氢管45的连通处至加氢管45的另一端依次设置有第二压力传感器35、第二开关阀37、流量调节阀38和真空泵39，流量计32、第一压力传感器33、第一开关阀34、第二压力传感器35、第二开关阀37、流量调节阀38和真空泵39分别与加氢控制器30连接；优选地，加氢组件3还包括排气管47，排气管47的两端分别连通储氢罐5和大气，在排气管47上设置有第三开关阀48，第三开关阀48与加氢控制器30连接。加氢控制器30可以和控制系统1进行交互，实时接收控制系统1的信号和上传加氢组件3的状态；第一手阀31是人工开启，且可以是常开状态，更换氢源2时，关闭第一手阀31进行换氢源处理，加氢控制器30能够利用第一压力传感器33对氢源2的压力进行检测，当氢源2压力低于2MPa时进行报警，提醒更换氢源2或者启动电解水制氢机进行制氢。利用第一手阀31关闭氢源2，方便对一体机进行检修与维护操作。流量计32用于对加氢量进行统计，加氢控制器30通过流量计32对储氢罐5的加氢量进行统计并上传控制系统1，用来实时检测加氢的总量。加氢控制器30根据控制系统1的信号对第一开关阀34进行自动控制对储氢罐5进行加注操作。加氢控制器30通过第二压力传感器35检测储氢罐5内的气体压力，在对储氢罐5进行加注操作前，当第二压力传感器35检测储氢罐5内的气体压力高于设定值时，加氢控制器30根据控制系统1的指令自动控制第三开关阀48进行排气操作。当排气操作完成后，关闭第三开关阀48，同时开启第二开关阀37和真空泵39，利用真空泵39对储氢罐5进行抽真空操作，使真空泵39内的压力低于设定值，在进行抽真空操作过程中，利用流量调节阀38对真空泵39的空气流量进行调节。

进一步地，加氢组件3还包括冷却装置40和换热器41，换热器41环绕储氢罐5，换热器41的两端均通过换热管与冷却装置40连通，冷却装置40通过换热器41对储氢罐5在加氢过程中产生的热量进行冷却，在换热器41上设置有温度传感器42，温度传感器42与加氢控制器30连接。温度传感器42用于检测储氢罐5的温度，加氢控制器30根据温度传感器42检测的温度值自动对储氢罐5执行冷却操作，使得储氢罐5处在合适的吸氢温度，能够快速的进行加氢反应。

进一步地，加氢组件3与控制系统1进行交互，实时接收总控制系统1的指令并向控制系统1上传加氢组件3的状态，加氢组件3根据控制系统1的指令自动开始加氢和结束加氢的操作；当第一压力传感器33检测到氢源2的压力过低时，提醒更换氢源2或者启动制氢。

进一步地，加氢组件3还包括数据读写器43，储氢罐5的外表面上设置有可读写装置51，可读写装置51内存储有储氢罐5的数据，数据读写器43能够对可读写装置51内存储的储氢罐5的数据进行读写，储氢罐5的数据包括储氢量和压力，数据读写器43与控制系统1连接，当加氢结束时数据读写器43将储氢罐5的储氢量写入储氢罐5的可读写装置51。

进一步地，如图2所示，一体机具有外壳7，加氢组件3、储氢罐5、储氢罐交换组件6和控制系统1均位于外壳7内，氢源2位于外壳7外，外壳7内设置有多个用于安装储氢罐5的仓室，每个仓室在外壳7的侧壁上均设置有仓门71，储氢罐5能够从仓门71处进出仓室，控制系统1能够控制仓门71自动打开和关闭。

进一步地，如图3所示，储氢罐5的瓶口处设置有第一快速接头52，加氢组件3设置有第二快速接头46，第一快速接头52与第二快速接头46能够相互匹配，加氢组件3通过第二快速接头46与储氢罐5的第一快速接头52连接，第一快速接头52和第二快速接头46具有双端关断功能，方便实现储氢罐5与加氢组件3的快速对接，多个储氢罐5组成瓶组，加氢组件3能够同时对多个瓶组进行加氢。

进一步地，储氢罐交换组件6接收控制系统1的信号，执行安全保护装置61的解除操作，储氢罐5可以被取出或者放入，如图6所示，储氢罐交换组件6包括安全保护装置61、识别装置62和交换机构63，安全保护装置61、识别装置62和交换机构63均与控制系统1连接。安全保护装置61可以为舱门、电控锁、限位阀等其中的一种，安全保护装置61主要用来防止储氢罐5被随意的取出，利用安全保护装置61能够将储氢罐5锁在一体机的仓室内。储氢罐5的外表面上设置有储氢罐5的身份信息，储氢罐5的身份信息可以为RFID/二维码或通讯模块等，储氢罐5的身份信息包括储氢罐5的型号、容量、生产日期等，识别装置62能够对储氢罐5的身份信息进行识别和采集，进而能够防止储氢罐5错误的放置，识别装置62将识别的身份信息进行采集并上传到控制系统1，控制系统1根据上传的身份信息进行相应的操作，当识别的身份信息符合一体机要求的，会利用安全保护装置61将储氢罐5锁死，交换机构63将储氢罐5的第一快速接头52与加氢组件3的第二快速接头46进行连接处理，处理后将信息反馈至控制系统1，控制系统1接收到信号后，进行加氢步骤。对于储氢罐5的身份信息不符合的不能进行加氢相关操作，并向用户提示错误信息；在执行储氢罐5交换操作过程中，交换机构63根据控制系统1的指令对储氢罐5执行安全保护装置61的解除，自动将储氢罐5与加氢组件3脱离，并将储氢罐5突出或者置于仓门71外，便于用户取放储氢罐5，实现对储氢罐5回收和储氢罐5交换等功能。

进一步地，加氢组件3还包括气体报警器44，气体报警器44设置在储氢罐5的上方，气体报警器44能够对该一体机发生氢气泄露进行监测报警，气体报警器44与控制系统1连接。与控制系统1还连接有报警装置，报警装置通过气体报警器44检测一体机和加氢过程中氢气的泄露情况，控制系统1通过识别可读写装置51能够对储氢罐5的储氢量进行监测，控制系统1通过流量计32对储氢罐5的加氢量进行控制，控制系统1通过第二压力传感器35对储氢罐5内的压力进行监测，控制系统1通过温度传感器42对储氢罐5的温度进行监测，当储氢罐5的储氢量、压力、和温度之中的任一项与设定值不符时、或者气体报警器44检测到一体机发生氢气泄露时，控制系统1通过报警装置进行报警。

该一体机工作过程如下：

控制系统1根据用户对储氢罐5交换和加氢的需求，首先控制第一开关阀34将氢源2处于断开的状态，随机选择充满氢的储氢罐5，并将储氢罐5与加氢组件3处于断开的状态，通过储氢罐交换组件6自动打开与充满氢的储氢罐5相对应的仓门71，并将储氢罐5推出，使储氢罐5处于可取的状态下；待用户取走储氢罐5后，用户将使用后的储氢罐5由打开的仓门71推入，储氢罐交换组件6自动识别储氢罐5的身份信息，并将储氢罐5的身份信息上传控制系统1，控制系统1接收到识别的身份信息后，将储氢罐5的第一快速接头52与加氢组件3的第二快速接头46连接，进而使储氢罐5与加氢组件3的加氢管45连通，控制系统1控制第一开关阀34开启，开始进行自动加氢步骤；加氢结束后，自动断开储氢罐5和加氢组件3的连接。

如图5所示，控制系统1控制加氢控制器30自动加氢详细的步骤如下：

管路检测步骤，加氢控制器30接收到控制系统1的加氢信号后，加氢控制器30通过第一压力传感器33、第二压力传感器35、温度传感器42等部件检测氢源管36、加氢管45及储氢罐5中的压力和温度。

排气步骤，加氢控制器30控制开启第三开关阀38，将储氢罐5及加氢管45中高于1.5MPa的气体通过排气管47排出，使加氢管45和储氢罐5内的压力低于1.5MPa。

抽真空步骤，利用第二压力传感器35检测储氢罐5的气体压力，当储氢罐5的气体压力低于设定值(在本发明的一实施例中，该设定值为0.15MPa)时，关闭第三开关阀38，同时开启第二开关阀37和真空泵39，利用真空泵39对加氢管36和储氢罐5进行抽真空，当储氢罐5的压力低于设定值(在本发明的一实施例中，该设定值为0.01MPa)时，关闭第二开关阀37，停止抽真空。

加注步骤，加氢控制器30自动打开氢源管36的第一开关阀34，氢气通过氢源管36和加氢管45进入储氢罐5中，当加注预设时间后，加氢控制器30通过第二压力传感器35进行压力判断，当储氢罐5的气体压力稳定和加氢量达到了储氢罐5的容量时，加氢控制器30自动关闭第一开关阀34，加氢控制器30向控制系统1反馈加氢结束信号。

冷却步骤，在加注过程中利用冷却装置40和换热器41对储氢罐5进行冷却，使储氢罐5处在合适的吸氢温度，能够快速的进行加氢反应。

报警步骤，当储氢量、压力和温度之中的任一项与设定值不符时、或者气体报警器44检测到氢气发生泄露时，控制系统1通过报警装置进行报警。

数据读写步骤，加注步骤完成后，加氢控制器30通过数据读写器43将储氢量写入储氢罐5的可读写装置51。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

一种储氢罐加氢及储氢罐交换一体机，该一体机系统具有安全、高效、智能自动化等特点，整体系统体积小、高度集成化，通过将储氢罐5放置在一体机中，能够安全可靠快速的实现储氢罐5回收、加氢、交换。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。