一种氢液化及零蒸发存储集成系统技术方案

本发明专利技术涉及氢能、氢液化和液氢存储技术领域，具体涉及一种氢液化及零蒸发存储集成系统。该系统包括：常温来源氢气管路、常温调节阀、压缩机组、常温高压氦气管路、氢液化冷箱、低温氦气回流调节阀、高压低温氦气调节阀、液氢管路、低温氦气管路、液氢气动调节阀、可调制冷单元、低温氦气螺旋管路、液氢储罐内容器、低温氦气冷屏、高真空多层绝热层、液氢储罐外容器、压力传感器、低温氦气回流管路、低温氦气冷屏调节阀。该系统将氦制冷回路的低温氦气通过可调制冷单元制冷后引入液氢储罐中，并通过低温氦气螺旋管路实现对储罐内液氢过冷度控制以及液氢闪蒸气的再冷凝，从而达到充分利用氢液化器冷能、确保液氢过冷和长期零蒸发存储的效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种氢液化及零蒸发存储集成系统


[0001]本专利技术涉及氢能、氢液化和液氢存储
，具体而言，涉及一种氢液化及零蒸发存储集成系统。

技术介绍

[0002]氢能源是“双碳”背景下重要的清洁能源。相比于传统能源，其具有比热能大，潜热高，燃烧产物无毒无害等优势；相比于风能，太阳能等其他新能源具有相对易存储的优点。随着氢能产业的迅速发展，对于氢能的利用也相应提出了更高的要求。
[0003]氢的存储方式主要包括高压气态储氢、金属氢化物储氢和低温液态储氢等。低温液态储氢通过氢液化循环将氢气以液态形式存储，储氢密度大，安全性相对较好，是优质的储氢选择。氢液化循环主要有J
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T节流液化循环、氦制冷的氢液化循环和氢膨胀制冷的氢液化循环等方式。氢气液化后由液氢储罐存储，液氢存储既有珠光砂绝热或高真空多层绝热为主的被动抑制液氢蒸发的隔热手段，也有通过制冷机耗能提供冷量来进行热量转移的主动液氢零蒸发存储技术。目前氢液化装置与液氢储罐之间，仅仅是简单的物理管路连接，另外由于液氢沸点低、易蒸发的物性特点，液氢长时间存储始终面临着罐内氢气闪蒸气增压以及气态氢泄漏的风险，存在一定的安全隐患。并且已有的氢液化循环以及液氢零蒸发存储耗能大，成本高。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种氢液化及零蒸发存储集成系统，以至少解决现有技术未充分利用氢液化器冷能的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一实施例，提供了一种氢液化及零蒸发存储集成系统，包括：常温来源氢气管路、常温调节阀、压缩机组、常温高压氦气管路、氢液化冷箱、低温氦气回流调节阀、高压低温氦气调节阀、液氢管路、低温氦气管路、液氢气动调节阀、可调制冷单元、低温氦气螺旋管路、液氢储罐内容器、低温氦气冷屏、高真空多层绝热层、液氢储罐外容器、压力传感器、低温氦气回流管路、低温氦气冷屏调节阀；压力传感器设置在液氢储罐内容器内，液氢储罐内容器、高真空多层绝热层、液氢储罐外容器依次由内至外设置，其中：
[0006]在氢管路中，氢气从氢气源经过常温来源氢气管路、常温调节阀进入氢液化冷箱，氢气经过氢液化冷箱换热降温变为液氢，液氢经过液氢气动调节阀，通过液氢管路进入液氢储罐内容器进行液氢充注；
[0007]在氦气管路中，经过压缩机组的常温氦气通过常温高压氦气管路进入氢液化冷箱，形成高压低温氦气并分为两路，一路经过高压低温回流调节阀，通过回流管回到氢液化冷箱；另一路经过高压低温气动调节阀，经低温氦气管路降温后再经可调制冷单元进一步降温，进入液氢储罐内部以低温氦气螺旋管线存在；低温氦气螺旋管线与液氢储罐内容器外盘绕的氦气管路相连，氦气进入盘旋的管路形成低温氦气冷屏；氦气再经过低温氦气冷屏调节阀，通过低温氦气回流管路回到氢液化冷箱进入压缩机组。
[0008]进一步地，低温氦气螺旋管路与液氢储罐内容器的液氢非接触，低温氦气螺旋管路在液氢储罐内容器布管与液氢闪蒸发气接触再进行冷凝。
[0009]进一步地，在氢气管路中，液氢经过液氢气动调节阀，通过液氢管路进入液氢储罐内容器进行液氢充注的管路一个以上；在氦气管路中，另一路的管路为两个以上。
[0010]进一步地，可调制冷单元为带有旁通支路的一个或多个J
‑
T节流阀或透平膨胀机串联、并联或者串并联组合，通过控制液氢储罐内的低温氦气螺旋管路进口温度，调节液氢储罐内容器的液氢过冷度。
[0011]进一步地，压缩机组为双螺杆压缩机组或离心式压缩机组，包括低压、中压和高压管路。
[0012]进一步地，氢液化冷箱为带有液氮、液化天然气或混合工质预冷的氦制冷氢液化循环，包括多个低温换热器、氦透平膨胀机组、80K和35K低温吸附器、正仲氢转化器低温设备。
[0013]进一步地，低温氦气回流调节阀、高压低温氦气调节阀、液氢气动调节阀、低温氦气冷屏调节阀为低温气动调节阀；液氢管路和低温氦气管路使用高真空多层绝热低温管线。
[0014]进一步地，低温氦气螺旋管路外管采用光管或翅片，同时将低温氦气螺旋管路垂直放置于液氢储罐内容器内部，其与液氢以及液氢储罐上部液氢闪蒸气直接接触，进行间壁式换热。
[0015]进一步地，由低温氦气管路来流的低温氦气从低温氦气螺旋管路下部进入，液氢储罐内容器上部的液氢蒸发的饱和低温氢气与低温氦气螺旋管路的间壁式换热实现饱和低温氢气的再冷凝。
[0016]进一步地，低温氦气冷屏螺旋缠绕在液氢储罐内容器外侧，并采用铜质热沉固定，铜质热沉与低温氦气冷屏之间采用高热导率低温胶粘接或铜质、铝质的螺栓固定连接；
[0017]低温氦气从液氢储罐内容器上部的低温氦气螺旋管路进入冷屏结构；
[0018]冷屏结构由氦气管路盘绕在液氢储罐内容器的螺旋结构组成；
[0019]采用低温氦气冷屏和高真空多层绝热层组成的绝热层形成保温层。
[0020]本专利技术实施例中的氢液化及零蒸发存储集成系统，将氦制冷回路的低温氦气通过节流制冷后引入液氢储罐中，并通过低温氦气螺旋管路实现对储罐内液氢过冷度控制以及液氢蒸发后的低温氢气再冷凝，从而达到充分利用氢液化器冷能、确保液氢过冷和长期零蒸发存储的效果。
附图说明
[0021]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0022]图1为本专利技术氢液化及零蒸发存储集成系统实施例1的结构图；
[0023]图2为本专利技术氢液化及零蒸发存储集成系统实施例2的结构图；
[0024]图3为本专利技术氢液化及零蒸发存储集成系统实施例3的结构图。
[0025]图中标记为：1
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常温来源氢气管路、2
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常温调节阀、3
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压缩机组、4
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常温高压氦气管路、5
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氢液化冷箱、6
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低温氦气回流调节阀、7
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高压低温氦气调节阀、8
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液氢管路、9
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低温
氦气管路、10
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液氢气动调节阀、11
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可调制冷单元、12
‑
低温氦气螺旋管路、13
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液氢储罐内容器、14
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低温氦气冷屏、15
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高真空多层绝热层、16
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液氢储罐外容器、17
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压力传感器、18
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低温氦气回流管路、19
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低温氦气冷屏调节阀；
[0026]第二低温氦气管路9
‑
1、第二液氢气动调节阀10
‑
1、第二可调制冷单元11
‑
1、第二低温氦气螺旋管路12
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1、第二液氢储罐内容器13
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1、第二低温氦气冷屏14
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1、第二高真空多层绝热层15
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢液化及零蒸发存储集成系统，其特征在于，包括：常温来源氢气管路、常温调节阀、压缩机组、常温高压氦气管路、氢液化冷箱、低温氦气回流调节阀、高压低温氦气调节阀、液氢管路、低温氦气管路、液氢气动调节阀、可调制冷单元、低温氦气螺旋管路、液氢储罐内容器、低温氦气冷屏、高真空多层绝热层、液氢储罐外容器、压力传感器、低温氦气回流管路、低温氦气冷屏调节阀；压力传感器设置在液氢储罐内容器内，液氢储罐内容器、高真空多层绝热层、液氢储罐外容器依次由内至外设置，其中：在氢管路中，氢气从氢气源经过常温来源氢气管路、常温调节阀进入氢液化冷箱，氢气经过氢液化冷箱换热降温变为液氢，液氢经过液氢气动调节阀，通过液氢管路进入液氢储罐内容器进行液氢充注；在氦气管路中，经过压缩机组的常温氦气通过常温高压氦气管路进入氢液化冷箱，形成高压低温氦气并分为两路，一路经过高压低温回流调节阀，通过回流管回到氢液化冷箱；另一路经过高压低温气动调节阀，经低温氦气管路降温后再经可调制冷单元进一步降温，进入液氢储罐内部以低温氦气螺旋管线存在；低温氦气螺旋管线与液氢储罐内容器外盘绕的氦气管路相连，氦气进入盘旋的管路形成低温氦气冷屏；氦气再经过低温氦气冷屏调节阀，通过低温氦气回流管路回到氢液化冷箱进入压缩机组。2.根据权利要求1所述的氢液化及零蒸发存储集成系统，其特征在于，低温氦气螺旋管路与液氢储罐内容器的液氢非接触，低温氦气螺旋管路在液氢储罐内容器布管与液氢闪蒸气接触再进行冷凝。3.根据权利要求1所述的氢液化及零蒸发存储集成系统，其特征在于，在氢气管路中，液氢经过液氢气动调节阀，通过液氢管路进入液氢储罐内容器进行液氢充注的管路为一个以上；在氦气管路中，另一路的管路为两个以上。4.根据权利要求1所述的氢液化及零蒸发存储集成系统，其特征在于，可调制冷单元为带有旁通支路的一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢秀娟，陈烨，杨少柒，吴畏，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：