一种低温高压氢无损加注系统

本申请涉及新能源，特别涉及一种低温高压氢无损加注系统。

背景技术：

1、低温高压储氢在2010年首次被aceves等人提出。低温高压气瓶可以储存液氢、超临界低温氢和两相氢(饱和液体和饱和气体)。aceves等人指出低温高压储氢克服了高压气瓶和液氢瓶的许多缺点。判断储氢气瓶性能优劣的主要指标有：能量密度、氢气加注时间、休眠期、安全性、储氢成本、疲劳寿命等。为了满足氢能的实际应用，国际能源署(iea)提出了质量储氢密度大于50gh2/kg，体积储氢密度大于50g h2/l的目标。同时，美国能源部(doe)也制定了氢燃料电池汽车储氢容器的性能要求和目标，其最终目标质量储氢密度为65gh2/kg，高于iea的储氢目标。目前来看，在现有的储氢技术中，低温高压是唯一一种同时满足doe提出的2020年的储氢密度所有要求的储氢技术，第三代低温高压储氢气瓶的质量储氢密度为7.4wt％h2、体积储氢密度为0.045kgh2/l。随着研究的不断深入，低温高压储氢有望达到doe的终极储氢目标，是一种非常有研究前景的储氢技术。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对现有低温高压储氢存在的技术问题的提供一种可以保证低温高压氢在制备、储存容器预冷和加注过程中无氢气排出，且提高加注速率，降低加注能耗的低温高压氢无损加注系统。

2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

3、本申请提供了一种低温高压氢无损加注系统，包括：缓冲罐(1)、外纯化器(2)、压缩机组(4)、冷箱(5)、低温高压储罐(9)、液氢杜瓦(33)、液氢泵(34)、换热器(35)，所述冷箱(5)内设置有第一级换热器(6)、第二级换热器(7)及第三级换热器(8)，其中：

4、在预冷阶段，存储在所述缓冲罐(1)中的常温气态氢气经所述外纯化器(2)纯化后再经所述压缩机机组(4)加压至目标压力后进入所述冷箱(5)，所述氢气在所述冷箱(5)中经所述第一级换热器(6)、所述第二级换热器(7)及所述第三级换热器(8)后将温度降至目标温度并形成低温高压氢，所述低温高压氢经所述低温高压氢储罐(9)换热后由所述低温高压氢储罐(9)的出口输出，若出口温度高于某温度设定值，则直接经过回收管路进入所述缓冲罐(1)，若出口温度低于某设定值，则进入所述第一级换热器(6)进行冷量回收；在加注流程中，所述缓冲罐(1)中的常温气态氢通过所述压缩机组(4)加压后直接进入到所述第二级换热器(7)，后经过所述第三级换热器(8)后加注到低温高压储罐(9)中；

5、储存在所述液氢杜瓦(33)中的液氢经过低温管道在所述液氢泵(34)中增压至目标压力，当所述液氢的温度高于目标温度则直接进入所述低温高压储罐(9)，当所述液氢的温度过低于目标温度，则进入所述换热器(35)以满足换热后的目标温度再经过低温管道加注到所述低温高压储罐(9)；在预冷阶段，与低温高压储罐(9)换热后的气体通过管道直接回收至缓冲罐(1)中。

6、在其中一些实施例中，还包括制冷回路，所述制冷回路的低温介质依次经所述第三级换热器(8)，所述第二级换热器(7)及所述第一级换热器(6)后直接排空或者返回至所述缓冲罐(1)循环利用。

7、在其中一些实施例中，所述制冷回路设有若干旁通阀门，所述外纯化器(2)设有若干旁通阀。

8、在其中一些实施例中，还包括存储气源的气瓶组(3)，所述气瓶组(3)通过管路连接缓冲罐(1)。

9、在其中一些实施例中，所述压缩机组(4)还用于对所述缓冲罐(1)内气体进行回收并直接增压加注至所述气瓶组(3)进行保存备用。

10、在其中一些实施例中，所述压缩机组(4)采用撬装式隔膜压缩机。

11、在其中一些实施例中，所述冷箱(5)采用多层真空绝热的方式进行保温。

12、在其中一些实施例中，所述低温高压储罐(9)的进出口阀门采用真空插拔的形式。

13、在其中一些实施例中，所述第一级换热器(6)、第二级换热器(7)及第三级换热器(8)采用间壁式换热的方式；所述换热器(35)的形式包括但不局限于翅片式。

14、在其中一些实施例中，所述液氢泵(34)采用潜液式或者非潜液式，非潜液式可放置在所述冷箱(5)内进行绝热；所述液氢泵(34)加压过程中还有一股回气路，可直接返回至液氢杜瓦(33)。

15、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：

16、本申请提供的低温高压氢无损加注系统，其运行过程主要包含低温高压氢的制备、低温高压氢储罐预冷、低温高压氢储罐加注，其中，低温高压氢的制备过程包含两种形式，一种以常温气态氢为气源，另一种以常压液氢为气源，该加注系统在运行中可以保证低温高压氢在制备、储存容器预冷和加注过程中无氢气的损耗，提高输运密度和加注速率，降低加注能耗和输运成本。另外，系统中关键部件的选型和多路旁通的设计，既保证了低温高压氢系统运行的稳定性、高效性和安全性，又保障了低温高压氢的存储品质，有利于其在储运后的高品质利用和大范围的推广。

技术特征：

1.一种低温高压氢无损加注系统，其特征在于，包括：缓冲罐(1)、外纯化器(2)、压缩机组(4)、冷箱(5)、低温高压储罐(9)、液氢杜瓦(33)、液氢泵(34)、换热器(35)，所述冷箱(5)内设置有第一级换热器(6)、第二级换热器(7)及第三级换热器(8)，其中：

2.如权利要求1所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，还包括制冷回路，所述制冷回路的低温介质依次经所述第三级换热器(8)，所述第二级换热器(7)及所述第一级换热器(6)后直接排空或者返回至所述缓冲罐(1)循环利用。

3.如权利要求2所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，所述制冷回路设有若干旁通阀门，所述外纯化器(2)设有若干旁通阀。

4.如权利要求1所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，还包括存储气源的气瓶组(3)，所述气瓶组(3)通过管路连接缓冲罐(1)。

5.如权利要求4所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，所述压缩机组(4)还用于对所述缓冲罐(1)内气体进行回收并直接增压加注至所述气瓶组(3)进行保存备用。

6.如权利要求5所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，所述压缩机组(4)采用撬装式隔膜压缩机。

7.如权利要求1所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，所述冷箱(5)采用多层真空绝热的方式进行保温。

8.如权利要求1所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，所述低温高压储罐(9)的进出口阀门采用真空插拔的形式。

9.如权利要求1所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，所述第一级换热器(6)、第二级换热器(7)及第三级换热器(8)采用间壁式换热的方式；所述换热器(35)的形式包括但不不局限于翅片式。

10.如权利要求1所述的低温高压氢无损加注系统，其特征在于，所述液氢泵(34)采用潜液式或者非潜液式，非潜液式可放置在所述冷箱(5)内进行绝热；所述液氢泵(34)加压过程中还有一股回气路，可直接返回至液氢杜瓦(33)。

技术总结本申请提供的低温高压氢无损加注系统，其运行过程主要包含低温高压氢的制备、低温高压氢储罐预冷、低温高压氢储罐加注，其中，低温高压氢的制备过程包含两种形式，一种以常温气态氢为气源，另一种以常压液氢为气源，该加注系统在运行中可以保证低温高压氢在制备、储存容器预冷和加注过程中无氢气的损耗，提高输运密度和加注速率，降低加注能耗和输运成本。另外，系统中关键部件的选型和多路旁通的设计，既保证了低温高压氢系统运行的稳定性、高效性和安全性，又保障了低温高压氢的存储品质，有利于其在储运后的高品质利用和大范围的推广。技术研发人员：贺明,吕翠,龚领会,伍继浩,刘立强受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13