用于液氢站的加注换热系统的制作方法

本申请涉及氢气加注设备，具体涉及一种用于液氢站的加注换热系统。

背景技术：

1、氢能作为一种发展潜力巨大的清洁能源受到了极大的关注，而加氢站则是推广氢能源的基础设施，随着氢能源的快速发展，加氢站的建设也在快速进行中。

2、加氢站为燃料电池汽车加注高压氢气时，由于氢气的“焦汤效应”，在加注过程中氢气会升温，为保障加注安全，相关规范规定加注结束时车载储氢瓶温度不得高于85℃，所以需要对加注管线进行冷却降温，以降低加注时氢气温度。

3、公开号为cn112682691a的专利文献中公开了一种用于液氢储运型加氢站的氢气加注系统，该系统高压柱塞泵与空温式汽化器分别通过第一管道和第二管道相连，第一管道穿过一个密闭箱，密闭箱位于截止阀和止回阀之间，密闭箱中充有氮气，水箱的进口和套管式换热器的出水口之间的管道为第三管道，在第三管道上串联有一段换热管道，换热管道位于密闭箱中，第一管道中液氢能通过氮气传递冷能将换热管道中的水冷却。

4、其所记载的方法虽然在一定程度上可以利用液氢汽化的冷能来降低氢气加注管线的温度，但是其换热器在进行热交换时会有冷能损失，所设两组换热器投资成本较高，且换热管线结构复杂。

5、公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提出一种能耗低、成本低、效率高的加氢站的加注换热系统，旨在在不用配置换热器及额外冷媒来进行冷能传递的前提下，直接利用液氢与气氢混合降温，以降低现有加氢站的高压氢气预冷能耗。

2、为了解决上述问题，本申请所采用的技术方案为：

3、设计一种用于液氢站的加注换热系统，包括液氢模块、气氢储存模块、热处理模块、加氢机；所述液氢模块分别与气氢储存模块、热处理模块通过管道并联连接；所述气氢储存模块和热处理模块通过管道相连通；所述热处理模块通过管道与加氢机相连通；所述气氢储存模块包括通过管道依次连通的高压汽化器、顺序控制盘和储氢瓶组；所述热处理模块包括通过管道连通的气液混合器和管道混合器，当有加氢需求时，通过所述顺序控制盘从储氢瓶组内取气，气氢通过管道进入气液混合器；气液混合器与管道混合器相连，由于气体流速较快，气液混合器出口的液氢可能未汽化完成，管道混合器起到再次对气体进行混合作用，使得出口气体温度均匀；所述管道混合器通过管道和储氢瓶组相连通。

4、进一步的，所述液氢模块包括通过管道连通的液氢储罐和液氢增压泵，用于将液氢增压至45或90mpa，增压后的液氢通过所述高压汽化器汽化，控制汽化后氢气的温度不低于-40℃。

5、进一步的，在所述液氢增压泵和高压汽化器之间设置有第一自动切断阀。

6、进一步的，在所述液氢储罐至液氢增压泵管道上设置有手动切断阀。

7、进一步的，在所述液氢增压泵出口至液氢储罐管道上设置有第二自动切断阀。

8、进一步的，在所述管道混合器和加氢机之间设置有第三自动切断阀。

9、进一步的，在所述液氢增压泵和气液混合器之间设置有第一流量调节阀。

10、进一步的，在所述管道混合器和储氢瓶的管道上设置有第二流量调节阀和单向阀。

11、进一步的，在所述管道混合器设置有压力变送器和温度变送器。

12、进一步的，所述温度变送器预设目标温度-40～-35℃，开始加氢时，第一流量调节阀开启，初始开度10%，当检测到混合气温度低于-40℃时，通过控制系统传递信号至液氢管线第一流量调节阀，阀门开度减小，减小进入气液混合器的液氢量；当温度变送器检测到混合器温度高于-35℃时，通过控制系统传递信号至液氢管线第一流量调节阀，阀门开度增大，增加进入气液混合器的液氢量。

13、进一步的，所述管道混合器混合过程中液氢会汽化为气氢并吸收热量。气氢和液氢在混合前压力是相同的，混合后压力会升高，因为液氢转化气氢，体积膨胀，压力升高，通过管道混合器末端设置压力变送器检测压力，当压力高于45或90mpa时，与压力变送器联锁的第二流量调节阀开启，将氢气输送至储氢瓶组；单向阀用于防止回流。

14、进一步的，所述气液混合器为喷射式混合器，是利用液氢自身的相变焓汽化吸热，冷热液体直接混合降温，相比于传统换热器效率更高。

15、进一步的，所述的管道混合器材质更换为耐氢脆材质，压力等级也相应提高。

16、进一步的，所述控制盘控制储氢瓶分级储存氢气及取气。

17、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：

18、不用额外配置换热器及额外冷媒来进行冷能传递，直接利用液氢与气氢混合降温；喷射式气液混合器其结构本身就具有混合效果，联合后续的管道混合器进一步对氢气进行混合。喷射式混合器及管道混合器均在主管线上安装，无需额外冷却管线，并且管道混合器设置温度变送器，实时监测混合后氢气温度，温度变送器与进入喷射式换热器的流量调节阀联锁，可以根据氢气温度调节进入气液混合器中液氢的流量。

技术特征：

1.一种用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，包括液氢模块、气氢储存模块、热处理模块、加氢机；所述液氢模块分别与气氢储存模块、热处理模块通过管道并联连接；所述气氢储存模块和热处理模块通过管道相连通；所述热处理模块通过管道与加氢机相连通；所述气氢储存模块包括通过管道依次连通的高压汽化器、顺序控制盘和储氢瓶组；所述热处理模块包括通过管道连通的气液混合器和管道混合器；所述管道混合器通过管道和储氢瓶组相连通。

2.根据权利要求1所述的用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，所述液氢模块包括通过管道连通的液氢储罐和液氢增压泵。

3.根据权利要求2所述的用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，所述液氢增压泵和气液混合器之间设置有第一流量调节阀。

4.根据权利要求1所述的用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，管道混合器和储氢瓶的管道上设置有第二流量调节阀和单向阀。

5.根据权利要求1所述的用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，所述管道混合器设置有压力变送器和温度变送器。

6.根据权利要求1所述的用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，所述的气液混合器为喷射式混合器。

7.根据权利要求1所述的用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，所述的管道混合器材质更换为耐氢脆材质，压力等级也相应提高。

8.根据权利要求1所述的用于液氢站的加注换热系统，其特征在于，所述的顺序控制盘控制储氢瓶分级储存氢气及取气。

技术总结本申请公开了一种用于液氢站的加注换热系统，旨在解决现有技术在进行氢气加注管道降温的过程中造成能源较大浪费的问题。该系统包括液氢模块、气氢储存模块、热处理模块、加氢机；所述液氢模块分别与气氢储存模块、热处理模块通过管道并联连接；所述气氢储存模块和热处理模块通过管道相连通；所述热处理模块通过管道与加氢机相连通；所述气氢储存模块包括通过管道依次连通的高压汽化器、顺序控制盘和储氢瓶组；所述热处理模块包括通过管道连通的气液混合器和管道混合器；所述管道混合器通过管道和储氢瓶组相连通。本系统在不用配置换热器及额外冷媒来进行冷能传递的前提下，能够直接利用液氢与气氢混合降温，以降低现有加氢站的高压氢气预冷能耗。技术研发人员：宫鑫,黄满满,雷鸣远,黄浩受保护的技术使用者：正星氢电科技郑州有限公司技术研发日：20231109技术公布日：2024/5/29