一种具有二级冷量回收功能的预冷装置及其自动化温度控制方法与流程

本发明属于氢气预冷装置，具体涉及一种具有二级冷量回收功能的预冷装置及其自动化温度控制方法。

背景技术：

1、液氢预冷装置作为液氢加氢站主要设备之一，其内部有冷侧和热测两类管路，冷侧管路通液氢，热测管路通气氢，液氢和气氢在氢气冷却器中换热，液氢汽化后通过复热器升至常温排放到后端，气氢经冷却降温进入加氢机。使用液氢对气氢来冷却，冷却成本较高；且随着气氢和液氢的流量、压力、温度变化以及外界环境温度等多种条件改变时，导致换热效率会下降或氢气出口温度不符合要求，出现较大的波动。目前市面上液氢预冷装置的不足在于，（1）液氢对气氢进行冷却后汽化，液氢流路内的气体温度仍低于排放温度，需要通过后端复热器升温后排放；（2）液氢流路内的气体对气氢进行冷却后，液氢流路内的气体冷量没有被充分利用，导致能量浪费。

技术实现思路

1、针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有二级冷量回收功能的预冷装置及其自动化温度控制方法，可以更充分利用冷侧气氢冷量，并减少复热器的使用频次，降低预冷装置的能耗。

2、为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，

3、一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，包括热侧氢气流路、冷侧氢气流路、一级氢气冷却器和二级氢气冷却器，一级氢气冷却器、二级氢气冷却器依次布设在热侧氢气流路上，以使热侧氢气流路内氢气依次流经一级氢气冷却器、二级氢气冷却器，二级氢气冷却器、一级氢气冷却器依次布设在冷侧氢气流路上，以使冷侧氢气流路内氢气依次流经二级氢气冷却器、一级氢气冷却器；所述一级氢气冷却器、二级氢气冷却器内均设有冷侧通道和热侧通道，冷侧通道与热侧通道适配。

4、作为本发明的一种优选方案，所述冷侧通道呈直线状设置，所述热侧通道呈折流状设置，热侧通道、冷侧通道堆叠交错设置。

5、作为本发明的一种优选方案，所述一级氢气冷却器、二级氢气冷却器的结构一致，均包括交错叠放设置的冷侧板片、热侧板片，冷侧通道布设在冷侧板片内，热侧通道布设在热侧板片内。

6、作为本发明的一种优选方案，所述冷侧板片、热侧板片上均设有冷侧流道孔和热侧流道孔，冷侧板片、热侧板片叠合后，多个冷侧流道孔相互连接形成冷侧流道，多个热侧流道孔相互连接形成热侧流道。

7、作为本发明的一种优选方案，所述冷侧板片、热侧板片上均设有封头腔体，相邻的冷侧板片、热侧板片通过封头腔体连接。

8、作为本发明的一种优选方案，所述预冷装置还包括复热器，复热器与一级氢气冷却器并联设置。

9、作为本发明的一种优选方案，所述复热器与二级氢气冷却器之间设有冷侧气氢旁通管路调节阀，一级氢气冷却器与二级氢气冷却器之间设有冷侧气氢管路出口调节阀，在热侧氢气流路的出口设有热侧出口温度变送器，热侧出口温度变送器与冷侧气氢旁通管路调节阀、冷侧气氢管路出口调节阀电信号连接。

10、作为本发明的一种优选方案，所述冷侧氢气流路的入口处设有冷侧入口压力变送器和冷侧入口温度变送器，冷侧入口压力变送器、冷侧入口温度变送器与冷侧气氢旁通管路调节阀、冷侧气氢管路出口调节阀电信号连接。

11、作为本发明的一种优选方案，所述热侧氢气流路的入口处设有热侧入口压力变送器和热侧入口温度变送器，热侧入口压力变送器、热侧入口温度变送器与冷侧气氢旁通管路调节阀、冷侧气氢管路出口调节阀电信号连接。

12、一种具有二级冷量回收功能的预冷装置的自动化温度控制方法，包括以下步骤，

13、s1，热侧氢气通过一级氢气冷却器与冷侧氢气进行热交换，对热侧氢气进行预冷；

14、s2，热侧氢气流至二级氢气冷却器与冷侧氢气进行热交换；

15、s3，在氢气热交换过程中，根据热侧氢气流路进口、出口的温度、压力以及冷侧氢气流路进口的温度、压力对预冷装置的一级氢气冷却器、复热器通断进行控制。

16、本发明的有益效果是，通过一级氢气冷却器对汽化后的氢气冷量进行回收，从而提高本预冷装置对液氢冷量的利用率，同时又可以使得冷侧氢气流路内的氢气温度达到可排放的温度，减少或除去后端复热器的使用，从而降低本装置的能耗。

技术特征：

1.一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，包括热侧氢气流路（1）、冷侧氢气流路（2）、一级氢气冷却器（3）和二级氢气冷却器（4），一级氢气冷却器（3）、二级氢气冷却器（4）依次布设在热侧氢气流路（1）上，以使热侧氢气流路（1）内氢气依次流经一级氢气冷却器（3）、二级氢气冷却器（4），二级氢气冷却器（4）、一级氢气冷却器（3）依次布设在冷侧氢气流路（2）上，以使冷侧氢气流路（2）内氢气依次流经二级氢气冷却器（4）、一级氢气冷却器（3）；所述一级氢气冷却器（3）、二级氢气冷却器（4）内均设有冷侧通道（5）和热侧通道（6），冷侧通道（5）与热侧通道（6）适配。

2.根据权利要求1所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述冷侧通道（5）呈直线状设置，所述热侧通道（6）呈折流状设置，热侧通道（6）、冷侧通道（5）堆叠交错设置。

3.根据权利要求1所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述一级氢气冷却器（3）、二级氢气冷却器（4）的结构一致，均包括交错叠放设置的冷侧板片（7）、热侧板片（8），冷侧通道（5）布设在冷侧板片（7）内，热侧通道（6）布设在热侧板片（8）内。

4.根据权利要求3所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述冷侧板片（7）、热侧板片（8）上均设有冷侧流道孔（9）和热侧流道孔（10），冷侧板片（7）、热侧板片（8）叠合后，多个冷侧流道孔（9）相互连接形成冷侧流道，多个热侧流道孔（10）相互连接形成热侧流道。

5.根据权利要求3所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述冷侧板片（7）、热侧板片（8）上均设有封头腔体，相邻的冷侧板片（7）、热侧板片（8）通过封头腔体连接。

6.根据权利要求1所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述预冷装置还包括复热器（11），复热器（11）与一级氢气冷却器（3）并联设置。

7.根据权利要求6所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述复热器（11）与二级氢气冷却器（4）之间设有冷侧气氢旁通管路调节阀（12），一级氢气冷却器（3）与二级氢气冷却器（4）之间设有冷侧气氢管路出口调节阀（13），在热侧氢气流路（1）的出口设有热侧出口温度变送器（14），热侧出口温度变送器（14）与冷侧气氢旁通管路调节阀（12）、冷侧气氢管路出口调节阀（13）电信号连接。

8.根据权利要求7所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述冷侧氢气流路（2）的入口处设有冷侧入口压力变送器（15）和冷侧入口温度变送器（16），冷侧入口压力变送器（15）、冷侧入口温度变送器（16）与冷侧气氢旁通管路调节阀（12）、冷侧气氢管路出口调节阀（13）电信号连接。

9.根据权利要求7所述的一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，其特征在于，所述热侧氢气流路（1）的入口处设有热侧入口压力变送器（17）和热侧入口温度变送器（18），热侧入口压力变送器（17）、热侧入口温度变送器（18）与冷侧气氢旁通管路调节阀（12）、冷侧气氢管路出口调节阀（13）电信号连接。

10.根据权利要求1-9任意一项所述一种具有二级冷量回收功能的预冷装置的自动化温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

技术总结一种具有二级冷量回收功能的预冷装置，包括热侧氢气流路、冷侧氢气流路、一级氢气冷却器和二级氢气冷却器，热侧氢气流路内通入待冷却的氢气，冷侧氢气流路内通入液氢，通过液氢对热侧氢气流路内的气氢进行冷却，一级氢气冷却器、二级氢气冷却器依次布设在热侧氢气流路上，使得热侧氢气流路内氢气依次流经一级氢气冷却器、二级氢气冷却器；二级氢气冷却器、一级氢气冷却器依次布设在冷侧氢气流路上，使得冷侧氢气流路内氢气依次流经二级氢气冷却器、一级氢气冷却器。通过一级氢气冷却器对汽化后的氢气冷量进行回收，提高液氢冷量的利用率，可以使得冷侧氢气流路内的氢气温度达到可排放的温度，减少或除去后端复热器的使用，从而降低本装置的能耗。技术研发人员：沈杰,朱朝阳,朱旺,陈汝蒋,吴健聪,郑科,陈珺珺,余梦琦,李晨煜,金美花受保护的技术使用者：浙江浙能航天氢能技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21