一种液氢储存容器增压系统

本发明涉及液氢应用，尤其涉及一种液氢储存容器增压系统。

背景技术：

1、氢能作为一种可再生的、清洁高效的二次能源，具有资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质及安全性好等诸多优点，是实现能源转型与碳中和的重要选择。氢能的全产业链发展包括制备、存储、运输以及安全评估、预警监测等。

2、根据氢形态的不同，目前主要有固态储氢、低温液态储氢、高压气态储氢和有机液体储氢等主要储氢技术，具备不同的特点和适用范围。

3、在低温液体储氢的应用中，液态氢一般被存放于高绝热的储存装置内，此时内部液氢温度低至-250℃以下，且压力较低，当需要应用的时候却常出现供应压力力不足的问题。

4、在氢能传统方案中，为保证合适的供氢，供氢系统中会运用空温增压器或水浴式汽化器使管路中经过的液氢产生相变为气态，回流储存容器，从而提高系统压力，满足相应供气量。

5、然而，传统空温增压器为翅片管式，其原理为空气与管内液氢换热，翅片作用是增加换热面积，该结构在换热初期效率尚能满足需求。但是，随着供氢系统的使用时间增加，由于液氢温度低，和翅片接触后，翅片温度急剧降低，周围空气遇冷凝结，翅片部位会发生结霜结冰，导致与空气的换热效率下降。对水浴式汽化器来说，若是储存容器内液位较低，系统也不具备较大的压力差来使液氢流出，，换热增压能力显著降低，如果使用泵体来强制输送则会带来氢的泄漏以及初始投入成本巨大的问题。因此，如何解决液氢系统在低环境温度，储氢容器在低液位阶段时无法增压或增压缓慢成为当下亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种液氢储存容器增压系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种液氢储存容器增压系统，包括储氢容器，所述储氢容器包括内胆、安全阀、压力变送器、高真空绝热层、增压换热管、壳体，所述高真空绝热层套设于所述内胆的外部，所述增压换热管套设于所述高真空绝热层的外部，所述外壳套设于所述增压换热管的外部；

4、供氢系统，所述供氢系统的进口端与所述液氢容器液氢区相连；

5、增压系统，所述增压系统的热源管路与供氢系统的换热器相连，所述增压系统的冷源管路与换热器后的供氢系统管路相连，所述增压系统的管路与液氢容器底部所设增压换热管的进出口相连，第一固态储氢模块、第二固态储氢模块、辅助增压回路、控制系统，所述控制系统包括阀门，传感器，总控；

6、辅助增压系统，所述辅助增压系统进口端与所述供氢系统相连，所述辅助增压系统出口端分为两路，分别与所述供氢系统及液氢容器回气口相连。

7、作为本发明的进一步方案，所述液氢容器包括液氢回气口，与所述辅助增压系统回气管路相连，用以回收辅助增压系统所产生的高压氢气，并为液氢容器增压，所述辅助增压系统包括辅助增压管路、辅助增压控制阀、压缩机、回气控制阀，所述辅助增压控制阀包括第一辅助控制阀a和第二辅助控制阀b，用于在极端环境下(如外界热源失效、短时间需求较大增压效果)系统快速增压运行，所述第一辅助控制阀a进口端与供氢管路出口端相连，所述压缩机进口端与第一辅助控制阀a出口端相连，所述第二辅助控制阀b进口端与所述压缩机出口端相连；所述第二辅助控制阀b与储氢容器回气口相连，所述压缩机应当选用金属氢化物压缩机，所述控制阀、流体泵、压缩机具备远程控制及开度调节功能。

8、作为本发明的进一步方案，所述液氢容器包括容器底部所设增压换热管，与所述增压系统主管路相连。

9、作为本发明的进一步方案，所述供氢系统包括换热器，所述换热器包括液氢流道和供热流道，用于将供氢管路输送至换热器内的液氢汽化为氢气，所述供氢系统出口端与所述换热器进口端相连，所述供氢系统进口端与所述换热器出口端相连，所述换热器供热出口端与供热管路进口端相连，所述换热器供热进口端与供热管路出口端相连，所述换热器的热源进口与提供的热源出口相连，所述换热器的热源出口与提供的热源进口相连，所述提供的热源具备可调节能力，包括但不限于行车发动机热水，工业废热，电辅热。

10、作为本发明的进一步方案，所述供氢系统还包括冷源控制阀、单向阀a、单向阀b、缓冲罐、安全阀a、压力变送器a和供气控制阀，分别设置于所述主供氢管路上。

11、作为本发明的进一步方案，所述增压系统包括所述第一固态储氢模块和所述第二固态储氢模块、.加气口，所述第一固态储氢模块的热源进口端与所述供热管路的出口端相连，所述第一固态储氢模块的热源出口端与所述供热管路的进口端相连；所述第二固态储氢模块的热源进口端与所述供热管路的出口端相连，所述第二固态储氢模块的热源出口端与所述供热管路的进口端相连；所述第二固态储氢模块出口端与所述增压管路进口端相连，所述固态储氢模块具备较好的弹性变量及换热流道，用于所述储氢合金在温度变化时导致的体积变化，所述固态储氢模块具备较好的换热流道，用于所述储氢合金能高效地与冷热源进行换热，所述固态储氢模块初始的吸氢量应满足常温定压下安全的管道压力，用于所述储氢合金能高效地与冷热源进行换热。

12、作为本发明的进一步方案，所述增压系统还包括冷源管路，所述第一固态储氢模块的冷源进口端与所述供氢管路的出口端相连，所述第一固态储氢模块的冷源出口端与所述供氢管路的进口端相连；所述第二固态储氢模块的冷源进口端与所述供氢管路的出口端相连，所述第二固态储氢模块的冷源出口端与所述供氢管路的进口端相连。

13、作为本发明的进一步方案，所述固态储氢模块选用的储氢合金应具备合适的吸放氢特性，每kg合金具备在3mpa下，80℃时2nl/min的放氢能力，在3mpa，20℃及更低温下具备吸氢能力，如ab2系列合金。

14、作为本发明的进一步方案，所述增压系统还包括第一压力变送器、加气口、第一温度变送器、第一压力变送器、第二压力变送器、第二温度变送器、增压安全阀、排空阀、供热三通调节阀、回热第一单向阀、回热第二单向阀、回热管路、供冷管路、供冷三通调节阀、回冷第一单向阀、回冷第二单向阀、回冷管路，所述第一压力变送器，第一温度变送器设于所述第一固态储氢模块出口处，所述第二压力变送器，第二温度变送器设于所述第二固态储氢模块出口处。

15、作为本发明的进一步方案，所述增压系统还包括安全阀a，所述安全阀a设于增压管路上，用于所述增压管路压力超限时氢气的安全放散，所述增压系统供热管路使用温度范围为-30～120℃具备较佳比热容及流动性的液态工质，如50％乙二醇溶液，所述增压系统供热上设置流体泵，膨胀罐，排气阀，放空阀，所述流体泵进口与所述供热管路出口，所述增压系统还包括单向阀与三通调节阀，所述单向阀设置于所述第一储氢模块和第二储氢模块的热源出口端及冷源出口端，所述三通调节阀设置于所述第一储氢模块和第二储氢模块的热源进口端及冷源进口端。

16、本发明的有益效果为：

17、通过将固态储氢特性与液氢增压需求进行结合，先在储氢模块中预储一部分氢，在需要给储氢容器增压时，通过热源传递到第一储氢模块，使固态储氢模块释放出高温高压氢气，氢气流经储氢容器底部换热管，将热量释放给内胆，加热内部液氢，达到增压效果，增压管路中的低温氢气继续流入到第二储氢模块，由于温度低，第二储氢模块吸氢，保证系统压力稳定；当第一储氢模块放氢结束时，切断第一储氢模块的热源，转向为第二储氢模块供热，同时，引出主供氢管路换热器后低温氢气，为第一储氢模块降温，达到第二储氢模块放氢，第一储氢模块吸氢的效果，根据计算，一次放氢循环可以满足一次增压需求。辅助增压系统为可选配置，仅在个别恶劣情况下启动，如外界热源失效、短时间需求较大增压效果。