本发明涉及能源技术，尤其涉及一种升压、分级调控的氢化镁制氢系统。
背景技术：
随着氢燃料电池技术的发展及应用，特别是在最近的中国能源法公开征求意见中，氢能已被建议列入能源，由此可见氢气的来源也变得越来约重要。有很多种制氢技术可以获得氢气，氢化镁制氢是一种常用的制氢技术，它具有方便携带、高效、低成本、随制随用而安全等特点，具有广阔的应用前景。压力偏低、供气压力波动大是氢化镁制氢技术过程中非常关键的问题，供气压力波动大不仅会影响氢燃料电池的工作性能不稳定，另一方气压波动会造成膜电极上的压力不断波动变化，从而影响到膜电极的使用寿命。同时可能出现的局部制氢过快，易导致压力骤然上升，也会引发安全隐患。因此，需要设计开发出安全、稳定供气、可自动调控的氢化镁制氢系统。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种升压、分级调控的氢化镁制氢系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种升压、分级调控的氢化镁制氢系统，包括：
装有氢化镁燃料的产氢罐、第一压力传感器、水箱、调速水泵、冷凝器、水气分离器、升压气泵、单向阀、第二压力传感器、储氢罐、定压阀、出氢电磁阀和控制器；
所述产氢罐的进液口通过调速水泵与水箱连接，产氢罐的产氢口通过升压气泵与储氢罐连接，所述产氢罐出氢接口与升压气泵之间依次连接有冷凝器和水气分离器，水气分离器的水出口与水箱连接，水气分离器的气出口与升压气泵连接；
所述储氢罐的出氢口依次通过阻火器、定压阀和出氢电磁阀向外提供氢气；
所述产氢罐设有用于检测罐内压力的第一压力传感器以及用于泄压的机械安全阀，所述储氢罐上设有检测罐内压力的第二压力传感器；
所述第一压力传感器、第二压力传感器、调速水泵和出氢电磁阀分别与控制器连接。
按上述方案，所述调速水泵在控制器的作用下通过分级调节实现调速打水来控制产氢速率，具体如下：
根据产氢速率需要，设额定的调速水泵打水速率v0，
当储气罐的压力值p0在正常工作范围内，气泵速率保持不变，调速水泵的打水速率则根据产氢罐产氢口的压力值p1进行微调；当压力值p1在产氢口正常工作范围内，保持打水速率不变，当产氢口的压力值p1超过其正常工作范围，则打水速率微调至低一档，当产氢口的压力值p1低于其正常工作范围，则打水速率微调至高一档，高/低一档打水速率的变化值设为5％v0；
当储气罐的压力值p0超过正常工作范围，则打水速率快速调至最低值，减少气泵速率；最低值为打水速率v0的50％；
当储气罐的压力值p0低于正常工作范围，则打水速率快速调至最高值，并增加气泵速率；最高值为打水速率v0的1.5倍。
按上述方案，所述调速水泵为具有单向功能的调速水泵。
按上述方案，所述升压气泵与储氢罐之间设有阻止储气罐内的氢气流向升压气泵的单向阀。
本发明产生的有益效果是：
1)针对常规产氢压力波动现象，采用升压气泵升压在储氢罐，结合设定好的定压阀供气方案，可达到供氢压力波动小的效果，实现长时间稳定供氢的目的。
2)采用分级调控调速水泵和升压气泵的方案，对产氢速率的控制能提前判定并优化处理，使得产氢速率变化更加的缓和，设备也更加的方便使用。
3)采用水气分离及回收水再利用的方案，可以减少总用水量，从而减小水箱体积，系统结构更紧促。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图中：1-产氢罐、2-机械安全阀1、3-压力传感器1、4-水箱、5-调速水泵、6-冷凝器、7-水气分离器、8-升压气泵、9-单向阀、10-机械安全阀、11-压力传感器2、12-储氢罐、13-阻火器、14-定压阀、15-出氢电磁阀、16-控制器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种升压、分级调控的氢化镁制氢系统，包括：
装有氢化镁燃料的产氢罐1、第一压力传感器3、水箱4、调速水泵5、冷凝器6、水气分离器7、升压气泵8、单向阀9、第二压力传感器11、储氢罐12、定压阀14、出氢电磁阀15和控制器16；
所述产氢罐的进液口通过调速水泵与水箱连接，产氢罐的产氢口通过升压气泵与储氢罐连接，所述产氢罐出氢接口与升压气泵之间依次连接有冷凝器和水气分离器，水气分离器的水出口与水箱连接，水气分离器的气出口与升压气泵连接；
所述储氢罐的出氢口依次通过阻火器、定压阀和出氢电磁阀向外提供氢气；
所述产氢罐设有用于检测罐内压力的第一压力传感器以及用于泄压的机械安全阀2，所述储氢罐上设有检测罐内压力的第二压力传感器；
所述第一压力传感器、第二压力传感器、调速水泵和出氢电磁阀分别与控制器连接。
本系统的工作方式如下：
采用向装有氢化镁燃料的产氢罐里打水制氢的产氢工作方式，产生的氢气经过升压气泵打入到储氢罐，再通过定压阀实现稳定供氢的技术方案，具有升压储存、定压供氢、回收水再利用产氢、打水泵速率可调、超压自排保护等功能。该制氢系统具有供氢压力稳定、安全、自动调节等特点。
在调速水泵的作用下，水从水箱泵入到填充好氢化镁燃料的产氢罐并开始水解产氢。高温氢气通过冷凝器降温后，再经过水气分离器，分离器内分离出的水回收到水箱，分离器出口的氢气则在升压气泵的作用下，加压打入到储气罐，储气罐内压力达到一定值后，开启出氢电磁阀，并在定压阀的作用下，在设定稳定压力范围内实现产氢速率自动可调的连续稳定供氢。
调速水泵具有单向功能，水可以正向泵入产氢罐，产氢罐内生成的氢气不能逆向流入调速水泵。调速水泵承压压力范围2bar—6bar。调速水泵的速率主要根据储气罐的压力值进行快速调节，并结合产氢口的压力值进行微调波动调节，在控制器的作用下通过分级调节实现调速打水来控制产氢速率。
调速水泵在控制器的作用下通过分级调节实现调速打水来控制产氢速率，具体如下：
根据产氢速率需要，设额定的调速水泵打水速率v0，
当储气罐的压力值p0在正常工作范围内，气泵速率保持不变，调速水泵的打水速率则根据产氢罐产氢口的压力值p1进行微调；当压力值p1在产氢口正常工作范围内，保持打水速率不变，当产氢口的压力值p1超过其正常工作范围，则打水速率微调至低一档，当产氢口的压力值p1低于其正常工作范围，则打水速率微调至高一档，每一档打水速率的变化值设为5％v0；
当储气罐的压力值p0超过正常工作范围，则打水速率快速调至最低值，减少气泵速率；最低值为打水速率v0的50％；
当储气罐的压力值p0低于正常工作范围，则打水速率快速调至最高值，并增加气泵速率；最高值为打水速率v0的1.5倍；
储气罐的承压压力范围为5-10bar，其正常工作压力范围为1-4bar，储气罐的设有机械泄压阀10，当超过设定压力则进行安全泄压保护。产氢口的正常工作压力范围为0.3-1bar，产氢口的压力监测点靠近产氢罐，能提前判断产氢速率，并进行微调干预处理。当储气罐内压力超范围变化时，则可进行快速干预处理。分级调速能起到较好的调控产氢速率的作用。
例如根据产氢流量6l/min需要，设定额定的调速水泵5打水速率5ml/min，当储气罐的压力值p2在1bar-4bar内，打水速率则保持5ml/min不变，气泵速率保持6l/min不变。当储气罐的压力值p2超过4bar，则打水速率快速调至最低值2.5ml/min，气泵速率降低至4.5l/min。当储气罐的压力值p2低于1bar，则打水速率快速调至最高值7.5ml/min，并增加气泵速率至9l/min。当储气罐的压力值p2在1bar-4bar内，需要结合产氢口的压力值p3进行微调，微调过程中，气泵速率保持不变。当产氢口的压力值p3在正常0.3bar-0.8bar内，保持打水速率不变。当产氢口的压力值p3超过0.8bar，则打水速率微调至4.5ml/min。当产氢口的压力值p1低于0.3bar，则打水速率微调至5.5ml/min。
储气罐的承压压力范围为10bar，其正常工作压力范围为1-4bar，储气罐设有机械泄压阀，当超过设定压力5bar则进行安全泄压保护。
氢化镁产氢后生成高温高湿的氢气流，经过冷凝器的降温后，有一部分水冷凝出来，在水气分离器的作用下，实现水气分离，水气分离器为自动排水型，当累积到一定水量后，底部浮子式机构自动开启，水自动排出到水箱，排出一定量的水后，底部浮子式机构自动关闭。回收的水可再次利用。从而达到减少水箱体积，系统结构设计更紧促的目的。
通过升压气泵可将冷凝后低压波动的氢气升压泵入储气罐，根据用氢压力要求，设定好定压阀的定压值，储气罐内的氢气通过定压阀调节后，可以提供压力波动微弱稳定性强的氢气源供氢燃料电池使用。
本实施例中，升压气泵为无刷防爆气泵，其工作压力范围为2bar-5bar。
产氢罐承压压力范围5bar—10bar，罐体为圆柱形等，容量范围为1l-30l，其顶部有两个机械接口，一个与机械安全阀连接，一个为出氢接口。其底部有一个进液口。当产氢罐内压力过高后，可通过机械安全阀进行自动泄压。
在升压气泵和储气罐之间设置有单向阀。升压气泵可以正向将氢气泵入储气罐存储，反向储气罐内的氢气则不能流向升压气泵。
本系统采用的压力传感器为数显型压力传感器，监测产氢出口处和储气罐内的压力，将监测的压力值信号输入到系统控制器，实施自动控制。数显型压力传感器同时能实时显示压力值，在压力过高或突发情况下，可以实现手动暂停保护程序，提高安全性。
控制器根据设定的分级控制逻辑，分别自动执行控制各器件的工作状态，稳定性和安全性更高。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
1.一种升压、分级调控的氢化镁制氢系统，其特征在于，包括：
装有氢化镁燃料的产氢罐、第一压力传感器、水箱、调速水泵、冷凝器、水气分离器、升压气泵、阻火器、第二压力传感器、储氢罐、定压阀、出氢电磁阀和控制器；
所述产氢罐的进液口通过调速水泵与水箱连接，产氢罐的产氢口通过升压气泵与储氢罐连接，所述产氢罐出氢接口与升压气泵之间依次连接有冷凝器和水气分离器，水气分离器的水出口与水箱连接，水气分离器的气出口与升压气泵连接；
所述储氢罐的出氢口依次通过阻火器、定压阀和出氢电磁阀向外提供氢气；
所述产氢罐设有用于检测罐内压力的第一压力传感器以及用于泄压的机械安全阀，所述储氢罐上设有检测罐内压力的第二压力传感器；
所述第一压力传感器、第二压力传感器、调速水泵和出氢电磁阀分别与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的升压、分级调控的氢化镁制氢系统，其特征在于，所述调速水泵在控制器的作用下通过分级调节实现调速打水来控制产氢速率，具体如下：
根据产氢速率需要，设额定的调速水泵打水速率v0，
当储气罐的压力值p0在正常工作范围内，气泵速率保持不变，调速水泵的打水速率则根据产氢罐产氢口的压力值p1进行调整；当压力值p1在产氢口正常工作范围内，保持打水速率不变，当产氢口的压力值p1超过其正常工作范围，则打水速率调至低一档，当产氢口的压力值p1低于其正常工作范围，则打水速率调至高一档，高/低一档打水速率的变化值设为5％v0；
当储气罐的压力值p0超过正常工作范围，则打水速率快速调至最低值，减少气泵速率；最低值为打水速率v0的50％；
当储气罐的压力值p0低于正常工作范围，则打水速率快速调至最高值，并增加气泵速率；最高值为打水速率v0的1.5倍；
3.根据权利要求1所述的升压、分级调控的氢化镁制氢系统，其特征在于，所述调速水泵为具有单向功能的调速水泵。
4.根据权利要求1所述的升压、分级调控的氢化镁制氢系统，其特征在于，所述升压气泵与储氢罐之间设有阻止储气罐内的氢气流向升压气泵的单向阀。
技术总结