加氢系统和加氢系统的控制方法

申请号 CN202310556519.7 申请日 2023-05-17 公开(公告)号 CN117847408A 公开(公告)日 2024-04-09
申请人 现代自动车株式会社; 起亚株式会社; 发明人 高东石;
摘要 本公开涉及一种加氢系统和加氢系统的控制方法,该加氢系统包括:第一容器,储存由氢发生器生成的氢;第一 压缩机 ,压缩从第一容器引入的氢;第二容器,储存由第一压缩机压缩的氢;供氢 阀 ,位于第一容器和第二容器之间;以及 控制器 ,基于加氢对象是否开始加氢以及第一压缩机是否运行来确认第一容器的压 力 ,并且基于第一容器的压力是否小于或等于设定压力,控制供氢阀以将氢从第二容器供应到第一容器。
权利要求

1.一种加氢系统,包括:
第一容器,储存由氢发生器生成的氢;
第一压缩机,压缩从所述第一容器引入的氢;
第二容器,储存由所述第一压缩机压缩的氢;
供氢,位于所述第一容器和所述第二容器之间;以及
控制器,被配置为:
基于加氢对象是否开始加氢以及所述第一压缩机是否运行来确认所述第一容器的压;以及
基于所述第一容器的压力是否小于或等于设定压力,控制所述供氢阀将氢从所述第二容器供应到所述第一容器。
2.根据权利要求1所述的加氢系统,进一步包括:
第一阀,设置在所述供氢阀和所述第二容器之间。
3.根据权利要求2所述的加氢系统,其中所述控制器被配置为:
基于所述第二容器的压力来判断是否能够将氢从所述第二容器供应到所述第一容器;
以及
响应于判断能够将氢从所述第二容器供应到所述第一容器,打开所述第一阀使得所述第二容器的氢返回到所述第一容器。
4.根据权利要求3所述的加氢系统,其中所述控制器进一步被配置为:
确认所述第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力;以及
响应于确认所述第一容器的压力达到所述供氢阀关闭压力,关闭所述供氢阀和所述第一阀。
5.根据权利要求1所述的加氢系统,进一步包括:
第二压缩机,压缩所述第二容器中储存的氢;
第三容器,储存由所述第二压缩机压缩的氢;以及
第二阀,设置在所述第三容器和所述供氢阀之间。
6.根据权利要求5所述的加氢系统,其中所述控制器进一步被配置为:
基于所述第三容器的压力来判断是否能够将氢从所述第三容器供应到所述第一容器;
并且
响应于判断能够将氢从所述第三容器供应到所述第一容器,打开所述第二阀使得所述第三容器的氢返回到所述第一容器。
7.根据权利要求5所述的加氢系统,其中所述控制器进一步被配置为:
确认所述第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力;以及
响应于确认所述第一容器的压力达到所述供氢阀关闭压力,关闭所述供氢阀和所述第二阀。
8.根据权利要求1所述的加氢系统,进一步包括:
储氢罐,与所述第一压缩机的后级和所述第二容器的前级连接;
第三阀,设置在所述第一压缩机和所述第二容器之间;以及
第四阀,设置在所述第一压缩机与所述储氢罐之间。
9.根据权利要求8所述的加氢系统,其中所述控制器进一步被配置为:
基于所述第一压缩机是否运行来打开所述第三阀并且关闭所述第四阀以将由所述第一压缩机压缩的氢供应到所述第二容器。
10.根据权利要求9所述的加氢系统,其中所述控制器进一步被配置为:
基于所述氢发生器是否正在运行,判断所述加氢对象的加氢是否完成;
响应于判断所述加氢对象的加氢完成,关闭所述第三阀以阻止氢供应到所述第二容器;
打开所述第四阀以将由所述第一压缩机压缩的氢供应到所述储氢罐;以及基于所述储氢罐的压力来控制所述供氢阀。
11.一种加氢系统的控制方法,所述加氢系统包括储存由氢发生器生成的氢的第一容器、压缩从所述第一容器引入的氢的第一压缩机以及储存由所述第一压缩机压缩的氢的第二容器,所述控制方法包括:
通过控制器基于加氢对象是否开始加氢以及所述第一压缩机是否运行,确认所述第一容器的压力;
通过所述控制器判断所述第一容器的压力是否小于或等于设定压力;并且响应于判断所述第一容器的压力小于或等于所述设定压力,通过所述控制器控制位于所述第一容器和所述第二容器之间的供氢阀,使得将氢从所述第二容器供应到所述第一容器。
12.根据权利要求11所述的控制方法,进一步包括:
基于所述第二容器的压力,通过所述控制器判断是否能够将氢从所述第二容器供应到所述第一容器;
响应于判断能够将氢从所述第二容器供应到所述第一容器,通过所述控制器使所述第二容器的氢返回到所述第一容器;
通过所述控制器确认所述第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力;以及响应于确认所述第一容器的压力达到所述供氢阀关闭压力,通过所述控制器关闭所述供氢阀和第一阀。
13.根据权利要求12所述的控制方法,其中将所述第二容器的氢返回到所述第一容器包括:
通过所述控制器打开位于所述供氢阀和所述第二容器之间的所述第一阀。
14.根据权利要求11所述的控制方法,进一步包括:
通过所述控制器判断是否能够从与第二压缩机的后级连接的第三容器供应氢,所述第二压缩机压缩被配置为从所述第二容器排出的氢并且被配置为基于所述第三容器的压力将由所述第二压缩机压缩的氢储存到所述第一容器;
响应于判断能够将氢从所述第三容器供应到所述第一容器,通过所述控制器使所述第三容器的氢返回到所述第一容器;
通过所述控制器确认所述第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力;以及响应于确认所述第一容器的压力达到所述供氢阀关闭压力,通过所述控制器关闭所述供氢阀和第二阀。
15.根据权利要求14所述的控制方法,其中使所述第三容器的氢返回到所述第一容器包括:
通过所述控制器打开位于所述供氢阀和所述第三容器之间的所述第二阀。
16.根据权利要求11所述的控制方法,进一步包括:
在所述第一压缩机运行时,通过所述控制器开始将由所述第一压缩机压缩的氢供应到所述第二容器;
通过所述控制器确认所述氢发生器是否正在运行;
响应于确认所述氢发生器正在运行,通过所述控制器判断所述加氢对象的加氢是否完成;
响应于判断所述加氢对象的加氢完成,通过所述控制器阻止向所述第二容器供应氢;
通过所述控制器将由所述第一压缩机压缩的氢供应到设置在所述第一压缩机的后级和所述供氢阀之间的储氢罐;以及
基于所述储氢罐的压力,通过所述控制器阻止向所述储氢罐供应氢。
17.根据权利要求16所述的控制方法,其中开始向所述第二容器供应氢包括:
基于所述第一压缩机是否运行,通过所述控制器打开位于所述第一压缩机和所述第二容器之间的第三阀;以及
通过所述控制器关闭位于所述第一压缩机的后级和所述储氢罐之间的第四阀。
18.根据权利要求17所述的控制方法,其中阻止氢供应到所述第二容器包括:
通过所述控制器关闭所述第三阀。
19.根据权利要求17所述的控制方法,其中向所述储氢罐供应氢包括:
通过所述控制器打开所述第四阀。
20.根据权利要求16所述的控制方法,进一步包括:
基于所述储氢罐的压力,通过所述控制器控制所述供氢阀。

说明书全文

加氢系统和加氢系统的控制方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2022年10月6日在韩国知识产权局提交的申请号为10‑2022‑0128101的韩国专利申请的优先权的权益,该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本公开涉及一种与重整器相连的加氢系统和加氢系统的控制方法。

背景技术

[0004] 加氢站按供氢方案分为场外方案和现场方案。场外方案是将工厂生成的氢供应到管道和长管拖车的方案,现场方案是在加氢站通过重整、电解等方式生成和供应氢的方案。
[0005] 现场方案中的加氢设施,即与重整器相连的加氢设施中的压缩机与低压容器(或储氢罐)连接以向中压容器和高压容器供氢。当低压容器加氢100%时,重整器处于待机模式。当开始向车辆供氢时,中压容器和高压容器的压会降低。为了恢复中压容器和高压容器的压力,在正在加氢时或在加氢完成之后,压缩机将从低压容器引入的氢供应到中压容器和高压容器。
[0006] 当低压容器充满时(即当低压容器加氢100%时)并且当重整器处于待机模式时,低压容器的压力在压缩机运行的同时急剧下降。这意味着压缩机的入口压力降低。由于压缩机只有在入口压力恒定或保持大于或等于特定压力时才能正常运行,因此当压缩机的入口压力降低时,它操作压缩机的旁通进行运行以补偿入口压力。当从压缩机排出的氢分流到压缩机的前级(或输入级)以补偿压缩机的入口压力时,向中压容器和高压容器供应的氢量减少。这增加了加氢的恢复时间。发明内容
[0007] 做出本公开以解决现有技术中出现的上述问题,同时保持现有技术的优点不变。
[0008] 本公开的一方面提供一种用于减少与重整器相连的加氢设施的恢复时间、即加氢的待机时间的加氢系统和加氢系统的控制方法。
[0009] 本公开的另一方面提供一种用于直到重整器正常运行之前防止低压容器的压力下降的加氢系统和加氢系统的控制方法。
[0010] 本公开的另一方面提供一种在重整器不运行时防止压缩机的前级压力下降的加氢系统和加氢系统的控制方法。
[0011] 由本公开解决的技术问题不限于上述问题,并且本公开所属领域的技术人员根据下列描述将清楚地理解在本文中没有提到的任何其他技术问题。
[0012] 根据本公开的一方面,一种加氢系统可以包括:第一容器,储存由氢发生器生成的氢;第一压缩机,压缩从第一容器引入的氢;第二容器,储存由第一压缩机压缩的氢;供氢阀,位于第一容器和第二容器之间;以及控制器,基于加氢对象是否开始加氢以及第一压缩机是否运行来确认第一容器的压力,并且基于第一容器的压力是否小于或等于设定压力,控制供氢阀将氢从第二容器供应到第一容器。
[0013] 加氢系统可进一步包括设置在供氢阀和第二容器之间的第一阀。
[0014] 控制器可以基于第二容器的压力判断是否能够将氢从第二容器供应到第一容器,并且响应于判断能够将氢从第二容器供应到第一容器,可以打开第一阀使得第二容器的氢返回到第一容器。
[0015] 控制器可以确认第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力并且响应于确认第一容器的压力达到供氢阀关闭压力,可以关闭供氢阀和第一阀。
[0016] 加氢系统可进一步包括压缩第二容器中储存的氢的第二压缩机、储存由第二压缩机压缩的氢的第三容器以及设置在第三容器和供氢阀之间的第二阀。
[0017] 控制器可以基于第三容器的压力判断是否能够将氢从第三容器供应到第一容器,并且响应于判断能够将氢从第三容器供应到第一容器,可以打开第二阀使得第三容器的氢返回到第一容器。
[0018] 控制器可以确认第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力,并且响应于确认第一容器的压力达到供氢阀关闭压力,可以关闭供氢阀和第二阀。
[0019] 加氢系统可以进一步包括与第一压缩机的后级和第二容器的前级连接的储氢罐、设置在第一压缩机和第二容器之间的第三阀以及设置在第一压缩机和储氢罐之间的第四阀。
[0020] 基于第一压缩机是否运行,控制器可以打开第三阀并且可以关闭待关闭的第四阀,以将由第一压缩机压缩的氢供应到第二容器。
[0021] 控制器可以基于氢发生器是否正在运行来判断加氢对象的加氢是否完成,可以响应于判断加氢对象的加氢完成而关闭第三阀以阻止氢供应到第二容器,可以打开第四阀以将由第一压缩机压缩的氢供应到储氢罐,并且可以基于储氢罐的压力控制供氢阀。
[0022] 根据本公开的另一方面,一种加氢系统的控制方法,该加氢系统包括储存由氢发生器生成的氢的第一容器、压缩从第一容器引入的氢的第一压缩机以及储存由第一压缩机压缩的氢的第二容器,该控制方法可以包括基于加氢对象是否开始加氢以及第一压缩机是否运行来确认第一容器的压力,判断第一容器的压力是否小于或等于设定压力,以及响应于判断第一容器的压力小于或等于设定压力而控制位于第一容器和第二容器之间的供氢阀,使得将氢从第二容器供应到第一容器。
[0023] 该控制方法可以进一步包括基于第二容器的压力判断是否能够将氢从第二容器供应到第一容器,响应于判断能够将氢从第二容器供应到第一容器来使第二容器的氢返回到第一容器,确认第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力,并且响应于判断第一容器的压力达到供氢阀关闭压力来关闭供氢阀和第一阀。
[0024] 使第二容器的氢返回到第一容器可以包括打开位于供氢阀和第二容器之间的第一阀。
[0025] 该控制方法可以进一步包括:判断是否能够从与第二压缩机的后级相连的第三容器供应氢,该第二压缩机被构造为压缩从第二容器排出的氢并且被构造为基于第三容器的压力将由第二压缩机压缩的氢储存到第一容器;响应于判断能够将氢从第三容器供应到第一容器来使第三容器的氢返回到第一容器;确认第一容器的压力是否达到供氢阀关闭压力;并且响应于确认第一容器的压力达到供氢阀关闭压力来关闭供氢阀和第二阀。
[0026] 使第三容器的氢返回到第一容器可以包括打开设置在供氢阀和第三容器之间的第二阀。
[0027] 该控制方法可以进一步包括基于第一压缩机运行开始将由第一压缩机压缩的氢供应到第二容器,确认氢发生器是否正在运行,响应于确认氢发生器正在运行来判断加氢对象的加氢是否完成,响应于判断加氢对象的加氢完成来阻止氢供应到第二容器,将由第一压缩机压缩的氢供应到设置在第一压缩机的后级和供氢阀之间的储氢罐,并且基于储氢罐的压力来阻止氢供应到储氢罐。
[0028] 开始将氢供应到第二容器可以包括基于第一压缩机是否运行来打开位于第一压缩机和第二容器之间的第三阀,并且关闭位于第一压缩机的后级和储氢罐之间的第四阀。
[0029] 阻止氢供应到第二容器可以包括关闭第三阀。
[0030] 将氢供应到储氢罐可以包括打开第四阀。
[0031] 该控制方法可以进一步包括基于储氢罐的压力控制供氢阀。附图说明
[0032] 根据下列结合附图的详细的描述,本公开的以上和其他目的、特征以及优点将更加明显:
[0033] 图1是示出根据本公开的实施例的加氢系统的配置的示图;
[0034] 图2是示出根据本公开的实施例的加氢系统的驱动行为序列的曲线图;
[0035] 图3是示出根据本公开的实施例的加氢系统的控制方法的流程图
[0036] 图4是示出根据本公开的另一实施例的加氢系统的配置的示图;
[0037] 图5是示出根据本公开的另一实施例的加氢系统的驱动行为序列的曲线图;
[0038] 图6是示出根据本公开的另一实施例的加氢系统的控制方法的流程图。
[0039] 附图标记说明
[0040] 100:重整器
[0041] 110:低压容器
[0042] 115:第一PIC
[0043] 120:中压压缩机
[0044] 121a:第二PIC
[0045] 121b:第三PIC
[0046] 122:第一选择器
[0047] 123:第一压力控制阀
[0048] 130:中压容器
[0049] 135:第一压缩机控制器
[0050] 140:高压压缩机
[0051] 141a:第四PIC
[0052] 141b:第五PIC
[0053] 142:第二选择器
[0054] 143:第二压力控制阀
[0055] 150:高压容器
[0056] 155:第二压缩机控制器
[0057] 160:冷却装置
[0058] 161:流量控制阀
[0059] 162:FIC
[0060] 170:第一阀
[0061] 180:第二阀
[0062] 190:供氢阀
[0063] 400:重整器
[0064] 410:低压容器
[0065] 415:第一PIC
[0066] 420:中压压缩机
[0067] 421a:第二PIC
[0068] 421b:第三PIC
[0069] 422:第一选择器
[0070] 423:第一压力控制阀
[0071] 430:中压容器
[0072] 435:第一压缩机控制器
[0073] 440:高压压缩机
[0074] 441a:第四PIC
[0075] 441b:第五PIC
[0076] 442:第二选择器
[0077] 443:第二压力控制阀
[0078] 450:高压容器
[0079] 455:第二压缩机控制器
[0080] 460:冷却装置
[0081] 461:流量控制阀
[0082] 462:FIC
[0083] 470:第三阀
[0084] 480:储氢罐
[0085] 485:第四阀
[0086] 490:供氢阀。

具体实施方式

[0087] 在下文中,将参照示例性附图详细描述本公开的一些实施例。在附图中,将自始至终利用相同的附图标记来标示相同或等同的元件。另外,将排除众所周知的特征和功能的详细描述,以免不必要地使本公开的主旨模糊不清。
[0088] 在描述根据本公开的实施例的组件时,可以使用诸如第一、第二、“A”、“B”、(a)、(b)等术语。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开,但不限制相应元件而不管相应元件的顺序或优先级如何。此外,除非另有定义,否则本文中使用的包括技术术语和科学术语的所有术语都将按照本公开所属领域的惯例进行解释。诸如通用词典中定义的那些术语的术语将被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相同的含义,而将不被解释为具有理想或过于正式的含义,除非在本申请中被明确定义为具有这种理想或过于正式的含义。
[0089] 说明书中的低压、中压和高压可以是加氢系统的管理者、设计者等预先确定的设定值。例如,低压可以是8巴(bar),中压可以是450巴,高压可以是900巴。
[0090] 图1是示出根据本公开的实施例的加氢系统的配置的示图。
[0091] 加氢系统可以是与氢发生器相连的现场方案系统。参照图1,加氢系统可以包括重整器100、低压容器110、中压压缩机120、中压容器130、高压压缩机140、高压容器150、冷却装置160、第一阀170、第二阀180和供氢阀190。
[0092] 重整器100是通过将氢化合物(或甲烷)和蒸气用作原料生成(或产生)氢(例如,氢气H2)的氢发生器。重整器100可以生成低压(或第一压力)氢。城市燃气、液化石油气(LPG)等可以用作碳氢化合物。当低压容器110加氢100%时,重整器100可以以待机模式运行。
[0093] 低压容器(或第一容器)110可以是储存重整器100产生的低压氢的储氢罐。低压容器110可以配备有测量低压容器110中氢的压力(或低压容器压力)的第一压力传感器或元件PE1。由于中压容器130和/或高压容器150的压力在开始向加氢对象(例如,氢电动车辆等)供应氢时降低,因此可以在执行加氢时或加氢完成之后向中压容器130和/或高压容器150供应低压容器110的氢以恢复中压容器130和/或高压容器150的压力。
[0094] 第一压力指示器控制器(PIC)115可以控制低压容器110中的氢压力。第一PIC 115可以将由第一压力元件PE1测量的氢压力与设定压力SP进行比较。设定压力SP可以由加氢系统的管理者或设计者预设。当由第一压力元件PE1测量的氢压力小于或等于设定压力SP时,第一PIC 115可以确定向低压容器110供应氢。当确定供应氢时,第一PIC 115可以控制打开供氢阀190,使得氢供应到低压容器110。此时,第一PIC 115可以基于由第一压力元件PE1测量的氢压力来控制供氢阀190的开启量。
[0095] 第一PIC 115可以包括处理器。处理器可以被实施为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程阵列(FPGA)、中央处理单元(CPU)、微控制器微处理器等。第一PIC 115可以包括存储器。存储器可以是存储由处理器执行的指令的非暂时性存储介质。存储器可以被实施为闪存、硬盘、固态盘(SSD)、随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)等。
[0096] 中压压缩机(或第一压缩机)120可以将从低压容器110引入(或进入)的低压氢压缩成中压(或第二压力)氢。换言之,中压压缩机120可以是将加氢系统中的氢压力压缩(或转换)为预定压力(例如,中压)的装置。第一流量传感器或流量元件(FE1)和/或第二压力元件PE2可以安装(或设置)在中压压缩机120的前级。第三压力元件PE3可以安装在中压压缩机120的后级。
[0097] 控制中压压缩机120前级的氢压力的第二PIC 121a和控制中压压缩机120后级的氢压力的第三PIC 121b可以与中压压缩机120连接。第二PIC 121a可以基于由第二压力元件PE2测量的前级的氢压力来控制中压压缩机120的前级的氢压力。第二PIC 121a可以根据中压压缩机120前级的氢压力来输出阀开启量(或控制值)。第三PIC 121b可以基于由第三压力元件PE3测量的后级的氢压力来控制中压压缩机120后级的氢压力。第三PIC 121b可以根据中压压缩机120后级的氢压力来输出阀开启量。
[0098] 第一选择器122可以与第二PIC 121a和第三PIC 121b连接。第一选择器122可以在从第二PIC 121a和第三PIC 121b输出的输出值之中选择较大的值。换言之,第一选择器122可以选择并输出从第二PIC 121a输出的阀开启量和从第三PIC 121b输出的阀开启量之间较大的阀开启量。第二PIC 121a和第三PIC 121b中的每一个可以包括处理器和存储器。
[0099] 第一压力控制阀123可以与第一选择器122连接。第一压力控制阀123可以安装在将中压压缩机120的后级连接到中压压缩机120的前级的旁通管线上。第一压力控制阀123可以根据从第一选择器122输出的阀开启量来调节其开启量并且可以控制从中压压缩机120的后级分流到中压压缩机120的前级的氢量。第一压力控制阀123可以通过调节第一压力控制阀123的开启量来控制中压压缩机120前级的氢压力和中压压缩机120后级的氢压力。
[0100] 中压容器(或第二容器)130可以储存由中压压缩机120压缩的中压(例如,450巴)氢。中压容器130可以配备有测量中压容器130中的氢压力的第四压力元件PE4。
[0101] 第一压缩机控制器(或第一控制器)135可以基于由第四压力元件PE4测量的中压容器130中的氢压力(或中压容器压力)来控制中压压缩机120的容量。第一压缩机控制器135可以通过控制中压压缩机120的每分钟转数(RPM)、导向叶片滑阀等来控制压缩机容量。压缩机控制器135可以包括处理器和存储器。
[0102] 高压压缩机(或第二压缩机)140可以将从中压容器130引入的中压氢压缩成高压(或第三压力)氢。换言之,高压压缩机140可以是将加氢系统中的氢压缩成高压(例如,875巴)的装置。第二流量元件FE2和/或第五压力元件PE5可以安装在高压压缩机140的前级。第六压力元件PE6和/或第三流量元件FE3可以安装在高压压缩机140的后级上。
[0103] 控制高压压缩机140前级的氢压力的第四PIC 141a和控制高压压缩机140后级的氢压力的第五PIC 141b可以与高压压缩机140连接。第四PIC 141a可以基于由第五压力元件PE5测量的氢压力来控制高压压缩机140前级的氢压力。第四PIC 141a可以根据高压压缩机140前级的氢压力来输出阀开启量。第五PIC 141b可以基于由第六压力元件PE6测量的氢压力来控制高压压缩机140后级的氢压力。第五PIC 141b可以根据高压压缩机140后级的氢压力来输出阀开启量。
[0104] 第二选择器142可以与第四PIC 141a和第五PIC 141b连接。第二选择器142可以在从第四PIC 141a和第五PIC 141b输出的输出值之中选择较大的值。换言之,第二选择器142可以选择并输出从第四PIC 141a输出的阀开启量和从第五PIC 141b输出的阀开启量之间较大的阀开启量。第四PIC 141a和第五PIC 141b中的每一个可以包括处理器和存储器。
[0105] 第二压力控制阀143可以与第二选择器142连接。第二压力控制阀143可以安装在从高压压缩机140的后级连接到高压压缩机140的前级的旁通管线上。第二压力控制阀143可以根据从第二选择器142输出的阀开启量来调节开启量。第二压力控制阀143可以通过调节第二压力控制阀143的开启量来控制高压压缩机140前级的氢压力和高压压缩机140后级的氢压力。
[0106] 高压容器(或第三容器)150可以储存由高压压缩机140压缩的高压氢。高压容器150可以配备有测量高压容器150中的氢压力(或高压容器压力)的第七压力元件PE7。
[0107] 第二压缩机控制器(或第二控制器)155可以基于由第七压力元件PE7测量的高压容器150中的氢压力来控制高压压缩机140的容量。第二压缩机控制器155可以通过控制高压压缩机140的RPM、导向叶片、滑阀等来控制压缩机的容量。第二压缩机控制器155可以包括处理器和存储器。
[0108] 冷却装置160可以冷却从高压容器150引入的高压氢。例如,冷却装置160可以将高压氢冷却至‑40℃。冷却装置160可以通过制冷剂循环来冷却氢。
[0109] 流量控制阀161可以与冷却装置160的输出侧连接。流量控制阀161可以调节供应给作为加氢对象的车辆V的氢流量。
[0110] 流量指示器控制器(FIC)162可以与流量控制阀161连接。FIC 162可以基于安装在连接冷却装置160和流量控制阀161的管线上的第四流量元件FE4测量的氢流量来确定流量控制阀161的开启量。换言之,FIC 162可以根据由第四流量元件FE4测量的氢流量来控制供应给车辆V的氢流量。车辆V可以包括利用氢作为燃料燃料电池(例如,聚合物电解质燃料电池(PEMFC)、固体化物燃料电池(SOFC)等)。
[0111] FIC 162可以基于低压容器110的压力来计算可用流量并且可以控制使用氢的设施(例如,燃料电池车辆等)的负载。
[0112] 中压容器130和高压容器150可以通过返回管线与低压容器110连接。第一阀170、第二阀180和供氢阀190可以安装在返回管线上。
[0113] 第一阀170可以位于中压容器130和供氢阀190之间以使从中压容器130排出的氢返回到低压容器110。第一阀170可以基于中压容器压力而打开或关闭。第一压缩机控制器135可以基于中压容器压力判断中压容器130是否能够供应氢。当中压容器130能够供应氢时,第一压缩机控制器135可以打开第一阀170。另一方面,当中压容器130无法供应氢时,第一压缩机控制器135可以关闭第一阀170。
[0114] 第二阀180可以位于高压容器150和供氢阀190之间以使从高压容器150排出的氢返回到低压容器110。第二阀180可以基于高压容器压力而打开或关闭。第二压缩机控制器155可以基于高压容器压力判断高压容器150是否能够供应氢。当高压容器150能够供应氢时,第二压缩机控制器155可以打开第二阀180。另一方面,当高压容器150无法供应氢时,第二压缩机控制器155可以关闭第二阀180。
[0115] 供氢阀190可以根据从第一PIC 115输出的控制命令来调节开启量以控制供应给低压容器110的氢的供应量。
[0116] 上述实施例公开了第一压缩机控制器135和第二压缩机控制器155分别控制第一阀170和第二阀180的操作,但不限于此。作为示例,第一阀170和第二阀180中的每一个可以包括控制阀操作的控制器。作为另一示例,可以单独提供控制第一阀170和第二阀180的操作的一个控制器。
[0117] 此外,加氢系统可以进一步包括通过有线和/或无线通信网络与各个组件相连以控制各组件的运行的上层控制器。上层控制器可以包括处理器和存储器。
[0118] 图2是示出根据本公开的实施例的加氢系统的驱动行为序列的曲线图。
[0119] 在第一步中,当图1的低压容器110保持最大容器压力(即,100%加氢状态)时,加氢系统可以以待机模式操作图1的重整器100以保持待机状态。
[0120] 在第二步中,当开始向包括用于发电的燃料电池的对象装置(例如,燃料电池车辆等)充(或供应)氢时并且当图1的压缩机120运行时,低压容器110中的氢压力(即,低压容器压力)会逐渐降低。当低压容器压力达到供氢(H2)阀开启压力时,加氢系统可以开始将氢从图1的中压容器130和/或高压容器150供应到低压容器110。当图1的第一压力元件PE1测量的低压容器压力小于或等于供氢阀开启压力时,加氢系统可以打开图1的供氢阀190以将从中压容器130和/或高压容器150返回(或收集)的氢供应到低压容器110。
[0121] 在第三步中,由于随着向低压容器110供应氢而从压缩机120排出的流量不再减小,因此供应到中压容器130的氢流量可以不再减小。
[0122] 在第四步中,当重整器100正常运行时,低压容器压力可以逐渐恢复。加氢系统可以确认低压容器压力是否达到供氢阀关闭压力。当判断低压容器压力达到供氢阀关闭压力时,加氢系统可以关闭供氢阀190以结束加氢。
[0123] 在第五步中,加氢系统可以操作重整器100和压缩机120,直到加氢结束之后低压容器110的压力恢复。
[0124] 在第六步中,当低压容器110的压力恢复时,加氢系统可以使重整器100和压缩机120停止。换言之,当低压容器压力达到最大容器压力时,加氢系统可以停止操作重整器100和压缩机120并且可以将操作模式切换到待机模式。
[0125] 图3是示出根据本公开的实施例的加氢系统的控制方法的流程图。描述了本实施例由加氢系统的上层控制器(以下简称“控制器”)执行。
[0126] 当开始向加氢对象供应氢并且当压缩机运行时,在S100中,加氢系统的控制器可以利用图1的第一压力元件PE1确认(或监测)图1的低压容器110中的氢压力。本文中,加氢对象可以是包括用于发电的燃料电池的车辆,并且压缩机可以包括图1的中压压缩机120或者图1的中压压缩机120和高压压缩机140。
[0127] 在S105中,控制器可以确认(或判断)低压容器压力是否达到供氢阀开启压力。换言之,控制器可以确认低压容器压力(或低压容器110中的氢压力)是否降低至小于或等于供氢阀开启压力。
[0128] 当确认低压容器压力达到供氢阀开启压力时,在S110中,控制器可以打开图1的供氢阀190。当由第一压力元件PE1测量的低压容器压力小于或等于供氢阀开启压力时,控制器可以控制供氢阀190打开。
[0129] 在S115中,控制器可以利用图1的第四压力元件PE4确认中压容器压力。控制器可以利用第四压力元件PE4监测中压容器压力。
[0130] 在S120中,控制器可以基于中压容器压力判断是否能够将氢从图1的中压容器130供应到低压容器110。控制器可以确认由第四压力元件PE4测量的中压容器压力是否大于或等于预定压力(例如,对应于中压容器130的最大容量的80%的压力)。
[0131] 当中压容器130能够供应氢时,在S125中,控制器可以打开图1的第一阀170。控制器可以打开第一阀170并且可以使氢从中压容器130返回到低压容器110以恢复低压容器110的压力。
[0132] 在S130中,控制器可以将中压容器130的氢供应到低压容器110并且可以利用第一压力元件PE1确认低压容器压力。
[0133] 在S135中,控制器可以判断由第一压力元件PE1测量的低压容器压力是否达到供氢阀关闭压力。控制器可以将由第一压力元件PE1测量的低压容器压力与供氢阀关闭压力进行比较。
[0134] 当判断低压容器压力达到供氢阀关闭压力时,在S140中,控制器可以关闭供氢阀190和第一阀170。当判断低压容器压力大于供氢阀关闭压力时,控制器可以将供氢阀190和第一阀170从打开状态切换到关闭状态。
[0135] 当在S120中判断中压容器130不能供应氢时,在S145中,控制器可以利用图1的第七压力元件PE7来确认(或测量)高压容器压力。
[0136] 在S150中,控制器可以基于高压容器压力来判断高压容器150是否能够供应氢。换言之,控制器可以判断是否能够将高压容器150中的氢供应到低压容器110。
[0137] 当判断高压容器150能够供应氢时,在S155中,控制器可以打开图1的第二阀180。控制器可以打开第二阀180并且可以使氢从高压容器150返回到低压容器110以恢复低压容器110的压力。
[0138] 在打开第二阀180之后,在S160中,控制器可以利用第一压力元件PE1确认低压容器压力。换言之,控制器可以通过第一压力元件PE1测量低压容器110的压力。
[0139] 在S165中,控制器可以判断低压容器压力是否达到供氢阀关闭压力。
[0140] 当判断低压容器压力达到供氢阀关闭压力时,在S170中,控制器可以关闭供氢阀190和第二阀180。
[0141] 当判断高压容器150不能供应氢时,在S175中,控制器可以关闭供氢阀190。控制器可以保持供氢阀190的关闭状态。
[0142] 在上述实施例中,控制器可以使氢从中压容器130或高压容器150返回到低压容器110,并且直到重整器100正常运行之前可以防止低压容器110的压力下降。此外,控制器可以加快中压容器130的压力恢复以减少加氢的待机时间。
[0143] 图4是示出根据本公开的另一实施例的加氢系统的配置的示图。
[0144] 加氢系统可以包括重整器400、低压容器410、中压压缩机420、中压容器430、高压压缩机440、高压容器450、冷却装置460、第三阀470、储氢罐480、第四阀485和供氢阀490。
[0145] 重整器400是产生氢的氢发生器。重整器400可以生成低压(或第一压力)氢。当低压容器410加氢100%时,重整器400可以以待机模式运行。
[0146] 低压容器(或第一容器)410可以是储存重整器400产生的低压氢的储氢罐。低压容器410可以配备有测量低压容器410中氢的压力(或低压容器压力)的第一压力传感器或元件PE1。
[0147] 第一压力指示器控制器(PIC)415可以控制低压容器410中的氢压力。第一PIC 415可以将由第一压力元件PE1测量的氢压力与设定压力SP进行比较。设定压力SP可以由加氢系统的管理者或设计者预设。当由第一压力元件PE1测量的氢压力小于或等于设定压力SP时,第一PIC 415可以确定向低压容器410供应氢。当确定供应氢时,第一PIC 415可以控制打开供氢阀490,使得氢供应到低压容器410。此时,第一PIC 415可以基于由第一压力元件PE1测量的氢压力来控制供氢阀490的开启量。
[0148] 第一PIC 415可以包括处理器。处理器可以被实施为ASIC、DSP、PLD、FPGA、CPU、微控制器和/或微处理器。第一PIC 415可以包括存储器。存储器可以是存储由处理器执行的指令的非暂时性存储介质。存储器可以被实施为闪存、硬盘、SSD、RAM卡、SRAM、ROM、PROM、EEPROM、EPROM等。
[0149] 中压压缩机(或第一压缩机)420可以将从低压容器410引入的低压氢压缩成中压(或第二压力)氢。换言之,中压压缩机420可以是将加氢系统中的氢压力压缩为中压的装置。第一流量元件FE1和/或第二压力元件PE2可以设置在中压压缩机420的前级。第三压力元件PE3可以安装在中压压缩机420的后级。
[0150] 控制中压压缩机420前级的氢压力的第二PIC 421a和控制中压压缩机420后级的氢压力的第三PIC 421b可以与中压压缩机420连接。第二PIC 421a可以基于由第二压力元件PE2测量的前级的氢压力来控制中压压缩机420的前级的氢压力。第二PIC 421a可以根据中压压缩机420前级的氢压力来输出阀门开启量。第三PIC 421b可以基于由第三压力元件PE3测量的后级的氢压力来控制中压压缩机420后级的氢压力。第三PIC 421b可以根据中压压缩机420后级的氢压力来输出阀开启量。
[0151] 第一选择器422可以与第二PIC 421a和第三PIC 421b连接。第一选择器422可以在从第二PIC 421a和第三PIC 421b输出的输出值之中选择较大的值。换言之,第一选择器422可以选择并输出从第二PIC 421a输出的阀开启量和从第三PIC 421b输出的阀开启量之间较大的阀开启量。第二PIC 421a和第三PIC 421b中的每一个可以包括处理器和存储器。
[0152] 第一压力控制阀423可以与第一选择器422连接。第一压力控制阀423可以安装在从中压压缩机420的后级连接到中压压缩机420的前级的旁通管线上。第一压力控制阀423可以根据从第一选择器422输出的阀开启量来调节其开启量并且可以控制从中压压缩机420的后级分流到中压压缩机420的前级的氢量。第一压力控制阀423可以通过调节第一压力控制阀423的开启量来控制中压压缩机420前级的氢压力和中压压缩机420后级的氢压力。
[0153] 中压容器(或第二容器)430可以储存由中压压缩机420压缩的中压(例如,450巴)氢。中压容器430可以配备有测量中压容器430中的氢压力(或中压容器压力)的第四压力元件PE4。
[0154] 第一压缩机控制器(或第一控制器)435可以基于由第四压力元件PE4测量的中压容器430中的氢压力来控制中压压缩机420的容量。第一压缩机控制器435可以通过控制中压压缩机420的RPM、导向叶片、滑阀等来控制压缩机的容量。第一压缩机控制器435可以包括处理器和存储器。
[0155] 高压压缩机(或第二压缩机)440可以将从中压容器430引入的中压氢压缩成高压(或第三压力)氢。换言之,高压压缩机440可以是将加氢系统中的氢压缩成高压(例如,875巴)的装置。第二流量元件FE2和/或第五压力元件PE5可以安装在高压压缩机440的前级。第六压力元件PE6和/或第三流量元件FE3可以安装在高压压缩机440的后级。
[0156] 控制高压压缩机440前级的氢压力的第四PIC 441a和控制高压压缩机440后级的氢压力的第五PIC 441b可以与高压压缩机440连接。第四PIC 441a可以基于由第五压力元件PE5测量的氢压力来控制高压压缩机440前级的氢压力。第四PIC 441a可以根据高压压缩机440前级的氢压力来输出阀开启量。第五PIC 441b可以基于由第六压力元件PE6测量的氢压力来控制高压压缩机440后级的氢压力。第五PIC 441b可以根据高压压缩机440后级的氢压力来输出阀开启量。
[0157] 第二选择器442可以与第四PIC 441a和第五PIC 441b连接。第二选择器442可以在从第四PIC 441a和第五PIC 441b输出的输出值之中选择较大的值。换言之,第二选择器442可以选择并输出从第四PIC 441a输出的阀开启量和从第五PIC 441b输出的阀开启量之间较大的阀开启量。第四PIC 441a和第五PIC 441b中的每一个可以包括处理器和存储器。
[0158] 第二压力控制阀443可以与第二选择器442连接。第二压力控制阀443可以安装在从高压压缩机440的后级连接到高压压缩机440的前级的旁通管线上。第二压力控制阀443可以根据从第二选择器442输出的阀开启量来调节开启量。第二压力控制阀443可以通过调节第二压力控制阀443的开启量来控制高压压缩机440前级的氢压力和高压压缩机440后级的氢压力。
[0159] 高压容器(或第三容器)450可以储存由高压压缩机440压缩的高压氢。高压容器450可以配备有测量高压容器450中的氢压力(或高压容器压力)的第七压力元件PE7。
[0160] 第二压缩机控制器(或第二控制器)455可以基于由第七压力元件PE7测量的高压容器450中的氢压力来控制高压压缩机440的容量。第二压缩机控制器455可以通过控制高压压缩机440的RPM、导向叶片、滑阀等来控制压缩机的容量。第二压缩机控制器455可以包括处理器和存储器。
[0161] 冷却装置460可以冷却从高压容器450引入的高压氢。例如,冷却装置460可以将高压氢冷却至‑40℃。冷却装置460可以通过制冷剂循环来冷却氢。
[0162] 流量控制阀461可以与冷却装置460的输出侧连接。流量控制阀461可以调节供应给作为加氢对象的车辆V的氢流量。
[0163] 流量指示器控制器(FIC)462可以与流量控制阀461连接。FIC 462可以基于安装在连接冷却装置460和流量控制阀461的管线上的第四流量元件FE4测量的氢流量来确定流量控制阀461的开启量。换言之,FIC 462可以根据由第四流量元件FE4测量的氢流量来控制供应给车辆V的氢流量。车辆V可以包括利用氢作为燃料的燃料电池。
[0164] FIC 462可以基于低压容器410的压力来计算可用流量并且可以控制使用氢的设施的负载。
[0165] 向中压容器430供应氢或阻止来自中压容器430的氢的第三阀470可以安装在中压容器430的前级。第三阀470可以在第一压缩机控制器435的控制下打开或关闭。第一压缩机控制器435可以基于中压容器压力判断打开或关闭第三阀470。例如,当中压容器430充满时,第一压缩机控制器435可以从打开状态切换到关闭状态。第三阀470可以包括控制器(例如,微控制器、微处理器、ASIC、FPGA等)。
[0166] 中压压缩机420的后级可以通过返回管线与低压容器410相连。储氢罐480和供氢阀490可以安装在返回管线上。
[0167] 储氢罐480可以与中压压缩机420的后级和中压容器430的前级连接。储氢罐480可以储存从中压压缩机420排出的氢。可以使用长管拖车而不是储氢罐480。第四阀485可以安装在储氢罐480和第三阀470之间并且可以位于储氢罐480和中压压缩机420之间。第四阀485可以在第一压缩机控制器435的指示下打开或关闭。
[0168] 供氢阀490可以位于储氢罐480和低压容器410之间。供氢阀490可以根据从第一PIC 415输出的控制命令来调节开启量以调节供应给低压容器410的氢的供应量。
[0169] 此外,加氢系统可以进一步包括通过有线和/或无线通信网络与各个组件相连以控制各个组件的运行的上层控制器。上层控制器可以包括处理器和存储器。
[0170] 图5是示出根据本公开的另一实施例的加氢系统的驱动行为序列的曲线图。
[0171] 当图4的重整器400正在运行时,如图5所示的曲线图,图4的低压容器410的压力可以保持恒定。
[0172] 在第一步中,由于重整器400产生的氢的产生量和从压缩机排出的排出流量是恒定的,因此图4的储氢罐480的压力会逐渐增加。
[0173] 在第二步中,当车辆开始加氢时,加氢系统可以增加从储氢罐480供应到低压容器410的氢流量。当开始向作为加氢对象的车辆供应氢时,加氢系统可以打开图4的供氢阀
490,使得从储氢罐480排出的氢供应到低压容器410。
[0174] 在第三步中,当车辆加氢结束时,加氢系统可以阻止氢从储氢罐480供应到低压容器410。当停止向车辆供应氢时,加氢系统可以关闭供氢阀490以阻止氢从储氢罐480供应到低压容器410。
[0175] 在第四步中,当储氢罐480的加氢完成时(即,当储氢罐480加氢100%时),加氢系统可以结束重整器400的运行并且可以使中压压缩机420停止。
[0176] 当重整器400不运行时,加氢系统可以如图2所示运行。
[0177] 图6是示出根据本公开的另一实施例的加氢系统的控制方法的流程图。描述了本实施例由加氢系统的上层控制器(以下简称“控制器”)执行。
[0178] 当开始向作为加氢对象的车辆供应氢时,在S600中,控制器可以操作压缩机。加氢对象可以是包括用于发电的燃料电池的车辆。控制器可以仅操作图4的第一压缩机420或者可以一起操作图4的第一压缩机420和第二压缩机440。
[0179] 在S605中,控制器可以打开图4的第三阀470。随着第三阀470打开,由第一压缩机420压缩的氢可以供应到图4的中压容器430。
[0180] 在S610中,控制器可以关闭图4的第四阀485。随着第四阀485关闭,控制器可以阻止从第一压缩机420排出的氢供应到储氢罐480。
[0181] 在S615中,控制器可以确认重整器400是否正在运行。控制器可以通过与重整器400的通信来判断重整器400是否正在运行。
[0182] 当确认重整器400正在运行时,在S620中,控制器可以确认车辆的加氢是否完成。
[0183] 当确认车辆的加氢完成时,在S625中,控制器可以关闭第三阀470。换言之,中压容器430可以阻止氢供应到中压容器430。
[0184] 在S630中,控制器可以打开图4的第四阀485。控制器可以开始向储氢罐480供应氢。
[0185] 在S635中,控制器可以利用压力元件(未示出)确认储氢罐480的压力。
[0186] 在S640中,控制器可以判断储氢罐480的压力是否达到第四阀关闭压力。控制器可以将储氢罐480的压力与预定的第四阀关闭压力进行比较。
[0187] 当判断储氢罐480的压力达到第四阀关闭压力时,在S645中,控制器可以关闭第四阀485。当储氢罐480的压力大于或等于第四阀关闭压力时,控制器可以关闭第四阀485以停止向储氢罐480供应氢。
[0188] 当确认重整器400没有运行时,在S650中,控制器可以确认低压容器压力。控制器可以利用图4的第一压力元件PE1测量低压容器压力。
[0189] 在S655中,控制器可以判断低压容器压力是否达到供氢阀开启压力。
[0190] 当判断低压容器压力达到供氢阀开启压力时,在S660中,控制器可以打开图4的供氢阀490。随着供氢阀490打开,可以执行从储氢罐480到低压容器410的氢供应。
[0191] 在S665中,控制器可以利用第一压力元件PE1确认低压容器压力。
[0192] 在S670中,控制器可以确认低压容器压力是否达到供氢阀关闭压力。
[0193] 当确认低压容器压力达到供氢阀关闭压力时,在S675中,控制器可以关闭供氢阀490。随着供氢阀490关闭,可以阻止从储氢罐480到低压容器410的氢供应。
[0194] 在上述实施例中,可以安装储氢罐480以防止第一压缩机420前级的压力降低。此外,当中压容器430的加氢完成时,控制器可以将氢储存在储氢罐480中。
[0195] 此外,与图1至图3中公开的实施例相比,加氢系统可以减少加氢的待机时间而不会额外降低中压容器430的压力。
[0196] 此外,通过应用储氢罐480加氢系统可以在没有待机时间的情况下立即向低压容器410供应氢直到重整器400正常运行,从而减少低压容器410的压力恢复时间。
[0197] 本公开的实施例可以减少与重整器相连的加氢设施的恢复时间,即加氢的待机时间,从而同时为多辆氢燃料电池车辆加氢。
[0198] 此外,本公开的实施例可以通过重整器、燃料电池和加氢设施的控制标准化来促进高效运行。
[0199] 此外,本公开的实施例可以将氢从中压容器和/或高压容器返回,从而直到重整器正常运行之前防止低压容器的压力下降。
[0200] 此外,本公开的实施例可以通过在压缩机的后级和低压容器之间安装储氢罐来防止压缩机前级的压力降低。
[0201] 在上文中,尽管参照示例性的实施例和附图对本公开进行了描述,但是本公开不限于此,在不脱离所附权利要求书要求的本公开的思想和范围的情况下,本公开所属领域的技术人员可以对本公开进行各种修改和改变。因此,本公开的实施例不旨在限制本公开的技术思想,而仅用于说明目的。应当基于所附权利要求书来解释本公开的范围,并且等同于权利要求书的范围内的所有技术构思应当包括在本公开的范围中。
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