一种液氢汽化装置及方法与流程

本发明属于液氢汽化设备领域，特指一种液氢汽化装置及方法。

背景技术：

1、液氢具有传统能源不具备的特点：零污染、高密度、化学性质活跃、纯度要求极高且来源丰富。氢能源的应用，离不开生产、储存、运输环节。在全球化大趋势下，氢能源能否像传统能源一样可以大规模海上运输成为其大规模应用的制约因素之一，因此面向液氢运输船或者装卸码头的海上专用液氢设备的研发显得尤为迫切。

2、在液氢海上运输过程中，往往需要稳定供应的氢气作为燃料电池等设备的能量来源，因此需采用汽化装置将部分液氢进行汽化。然而，由于液氢的温度较低，常规的空气式汽化器会体积庞大，不利于海上运输应用背景。相对而言，海水温度比较稳定，热容量大，是取之不尽的热源。但采用海水作为液氢汽化热源也伴随着结冰、结垢等传热恶化现象，并要克服海上运输时晃动过大等不利因素。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有中的缺陷，并提供一种液氢汽化装置及方法。本发明利用海水作为液氢汽化热源，提升液氢汽化效率，降低液氢汽化器体积，同时设计特定的换热结构和运行流程，克服海水结冰、换热器表面结垢、海上运输晃动过大等不利因素。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种液氢汽化装置，包括海水管路、换热壳体、氢管路、液氢汽化单元和控制器；

4、所述海水管路的前端连接海水泵，后端分为若干支路，随后再次合并为一条管路；每条支路的连接方式相同，均依次连接有不同的电磁阀和换热壳体；每个所述换热壳体的上部开设除垢剂入口，下部开设除垢剂出口，内部具有能构成换热接触的液氢汽化单元；所述氢管路的中间分为若干支路，随后再次合并为一条管路；氢管路与海水管路的支路数量相同；每条支路的连接方式相同，均依次连接有不同的液氢阀、所述液氢汽化单元和温度传感器；所述液氢汽化单元内部为氢介质，外部为通过海水管路灌入换热壳体内部的海水介质；所述换热壳体的周向侧壁上设有若干用于增加换热效率的流动导向板；所述控制器通过信号线分别连接所述电磁阀和所述温度传感器，能根据温度传感器的信号调整电磁阀的开度。

5、作为优选，所述氢管路与海水管路的支路数量均至少设置有三个。

6、作为优选，所述换热壳体的顶部开设有海水管路的入口，底部开设有海水管路的出口。

7、作为优选，所述液氢汽化单元的底部开设有氢管路的入口，顶部开设有氢管路的出口。

8、作为优选，所述温度传感器均能适用于液氢温区。

9、作为优选，所述氢管路外部包覆聚氨酯发泡材料或双层真空管。

10、作为优选，所述除垢剂入口处设有除垢剂入口阀，除垢剂出口处设有除垢剂出口阀。

11、第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述液氢汽化装置的控制方法，具体如下：

12、s1：在常规运行模式下，打开各电磁阀，启动海水泵，外部海水在海水泵的作用下进入海水管路，并分别进入每个换热壳体中；海水在换热壳体的流动过程中受到流动导向板以保证在不同晃动程度下与液氢汽化单元的流动接触面积，加热其内部的液氢介质，随后流出各换热壳体；同时，开启各液氢阀，液氢进入氢管路后并分别进入各液氢汽化单元，吸收外部海水的热量汽化，随后排出氢气；

13、s2：当某液氢汽化单元所连温度传感器获取的温度信号低于常规运行模式下的温度信号时，进行除冰模式和/或除垢模式，具体如下：

14、在除冰模式下，控制器通过信号线读取所连温度传感器的信号，根据当前信号值与常规运行模式信号值的差异大小，增加所连电磁阀的开度，使更多海水流经该液氢汽化单元，使液氢汽化单元外部的固态冰逐渐消解，换热效率提升；当温度传感器获取的温度信号逐渐增加并稳定在常规运行模式对应的信号值时，通过控制器逐渐减小所连电磁阀的开度，并最终稳定在常规运行模式；

15、在除垢模式下，关闭电磁阀和液氢阀，打开除垢剂入口和除垢剂出口，使除垢剂从除垢剂入口处进入换热壳体，在重力作用下流经液氢汽化单元外表面，以消除海水垢，提升换热效率；随后再次关闭除垢剂入口和除垢剂出口，打开电磁阀和液氢阀，使除垢后的液氢汽化单元再次投入运行。

16、本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：采用海水作为液氢汽化的换热介质，具有换热效率高，过程稳定，汽化装置体积小，适用于海上运输等优势；利用汽化后的氢温度信号判断系统结冰等传热不利情况，同时反馈调节海水流量，使系统具备自动消除冰的功能；设置特定的除垢管路，可在系统不停机的前提下，逐渐实现液氢汽化单元的表面除垢，保证汽化系统整体运行稳定性。

17、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种液氢汽化装置，其特征在于，包括海水管路(1)、换热壳体、氢管路(9)、液氢汽化单元和控制器；

2.根据权利要求1所述的一种液氢汽化装置，其特征在于，所述氢管路(9)与海水管路(1)的支路数量均至少设置有三个。

3.根据权利要求1所述的一种液氢汽化装置，其特征在于，所述换热壳体的顶部开设有海水管路(1)的入口，底部开设有海水管路(1)的出口。

4.根据权利要求1所述的一种液氢汽化装置，其特征在于，所述液氢汽化单元的底部开设有氢管路(9)的入口，顶部开设有氢管路(9)的出口。

5.根据权利要求1所述的一种液氢汽化装置，其特征在于，所述温度传感器均能适用于液氢温区。

6.根据权利要求1所述的一种液氢汽化装置，其特征在于，所述氢管路(9)外部包覆聚氨酯发泡材料或双层真空管。

7.根据权利要求1所述的一种液氢汽化装置，其特征在于，所述除垢剂入口处设有除垢剂入口阀，除垢剂出口处设有除垢剂出口阀。

8.一种利用权利要求1～7任一所述液氢汽化装置的控制方法，其特征在于，具体如下：

技术总结本发明公开了一种液氢汽化装置及方法，属于液氢汽化设备领域。系统包括海水管路、换热壳体、氢管路、液氢汽化单元和控制器；海水管路的前端连接海水泵，后端分为若干支路，随后再次合并为一条管路；每条支路均依次连接有不同的电磁阀和换热壳体；每个换热壳体内部具有能构成换热接触的液氢汽化单元；氢管路的中间分为若干支路，随后再次合并为一条管路；每条支路均依次连接有不同的液氢阀、液氢汽化单元和温度传感器；控制器通过信号线分别连接电磁阀和温度传感器。本发明利用海水作为液氢汽化热源，提升液氢汽化效率，降低液氢汽化器体积，同时设计特定的换热结构和运行流程，克服海水结冰、换热器表面结垢、海上运输晃动过大等不利因素。技术研发人员：张春伟,李达银,江雅娟,温鹏飞,陈红兵,宋坤,黄平瑞,陈永,杨括,陈静,李山峰,王成刚受保护的技术使用者：北京航天试验技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/9