一种氢气预冷加注系统技术方案

本发明专利技术属于氢能与燃料电池汽车技术领域，涉及一种氢气预冷加注系统

【技术实现步骤摘要】
一种氢气预冷加注系统、液氢加氢站及控制方法


[0001]本专利技术属于氢能与燃料电池汽车
，涉及一种氢气预冷加注系统
、
液氢加氢站及控制方法
。

技术介绍

[0002]大力发展氢能是实现能源结构转型和可持续发展的重要举措之一，加氢站是氢燃料电池等氢能利用设备能源补给的基础设施，是燃料电池汽车推广应用和氢能产业加速发展的重要前置条件
。
根据
2020
年
10
月
27
日由工业和信息化部指导
、
中国汽车工程学会修订编制的
《
节能与新能源汽车技术路线图
2.0》
相关规划显示，到
2025
年，我国加氢站的建设目标为至少
1000
座；到
2035
年加氢站的建设目标为至少
5000
座
。
[0003]根据站内氢气储存状态不同，加氢站可分为气氢加氢站和液氢加氢站
。
由于液氢密度较高，在同等储氢量下，液氢储罐容积远小于高压气氢储罐，可大幅度减小加氢站的占地面积，此外，液氢还具有储运效率高
、
运输成本低
、
氢气纯度高等优势，因此，液氢加氢站更适合加氢站的规模化
。
据
H2Stations
对全球加氢站的统计报告，截至
2021
年，全球共建成加氢站
800
多座，其中
30
％为液氢加氢站，主要分布在美国
、
欧洲和日本
。
德国
LINDE(
林德
)
公司是液氢加氢站研究
、
应用和推广的先锋，在美国
Oakaland(CA)
建造的液氢增压气化式加氢站的站内储氢量达到
800kg
，加注能力超过
40kg/h(
～
0.67kg/min)
，能够同时满足
35MPa
和
70MPa
的氢气加注需求
。
但是，受制于液氢制取
、
储运
、
安全等一系列问题，我国液氢加氢站研究尚处于初级阶段，所需的关键装备技术不成熟，安全性能评估不充分
。
[0004]在高压氢气加注过程中，由于氢气的焦耳
‑
汤姆逊效应叠加压缩热会导致燃料电池汽车车载储氢瓶组内氢气快速升温，会给车载储氢瓶组带来严重的安全隐患
。
实际应用中通常使用制冷机对加注氢气进行预先冷却的方法，控制加注过程中的氢气温度，保证加氢安全，这就不可避免地需要消耗大量电能用于氢气预冷
。
[0005]液氢加氢站的储氢介质为液氢，液氢因其极低的储存温度
(
～
‑
253℃)
，蕴含很大的冷能，然而，目前国内外运行的燃料电池汽车均使用常温气氢作为燃料，鲜有使用液氢作为燃料的报道，这就使得需要在液氢加氢站上先将液氢气化为常温气氢后才可用于给燃料电池汽车的加氢，液氢气化升温过程会释放出大量的冷能
。
目前国外现有的液氢加氢站，如日本东京有明加氢站
、
美国
Plug Power
公司为沃尔玛和亚马逊建造的液氢加氢站中都使用空温式气化器，液氢在气化器中与空气发生热交换并气化升温，空气获得冷能并散逸入大气，导致液氢冷能的浪费
。
如能有效利用这部分冷能给加氢机的输入氢气预冷，可显著降低加氢站系统的能耗，提高液氢加氢站的经济性
。CN 113531388 A
及
CN 112682691A
中公开了一种冷能回收系统，可以避免液氢冷能的浪费
。
但换热器与储冷装置的分开设计使冷能回收系统变得复杂，复杂的系统可靠性低，而且会使冷能回收的效率降低
。
因此，设计一套可以简单有效地利用液氢冷能给加氢机的输入氢气预冷的预冷加注系统有着很高的实际应用价值
。
[0006]针对上述需求，本专利技术创新性地提出了一种用于液氢加氢站的氢气预冷加注系统
及控制策略，使用本系统的液氢加氢站可更加有效地将液氢蕴含的冷能用于燃料电池汽车加注氢气的预冷，在节省制冷机能耗的同时提高了液氢加氢站的经济性
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是提供一种氢气预冷加注系统
、
液氢加氢站及控制方法，用于将液氢冷能用于加注氢气的预冷，满足液氢加氢站的低能耗大流量快速加注需求
。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]一种氢气预冷加注系统，包括冷箱
、
低温氢流入管路与低温氢流出管路
、
高温氢流入管路与高温氢流出管路，以及掺混兑温槽；
[0010]所述冷箱的冷侧通过低温氢流入管路与液氢源相连接，通过低温氢流出管路与液氢气化器相连接，从而吸收液氢中的冷能并储存；从冷箱流出的低温氢进入液氢气化器加热气化得到氢气，并可储存于储氢瓶组中；
[0011]所述冷箱的热侧通过高温氢流入管路与储氢瓶组的出口相连接，通过高温氢流出管路与掺混兑温槽相连接；所述储氢瓶组的出口还与掺混兑温槽相连接；即储氢瓶组释放的高温氢一部分进入冷箱降温，得到冷氢，另一部分进入掺混兑温槽与冷氢混合调温，得到符合预冷加注所需温度的氢气；
[0012]所述掺混兑温槽的出口与加氢机相连接，即可将符合预冷加注所需温度的氢气通过加氢机对外输出
。
[0013]一种液氢加氢站，包括管路连接的液氢储罐
、
冷箱以及加氢机，此外该液氢加氢站还包括设于液氢储罐与加氢机之间的主管路，以及依次设于主管路上的主管路控制阀
、
翅片气化器
、
储氢瓶组
、
掺混兑温槽；
[0014]所述冷箱与主管路控制阀之间通过低温氢流入管路
、
低温氢流出管路并联设置，以使得冷箱能够从液氢储罐释放的液氢中获得冷能并储存；所述低温氢流入管路上设有储冷控制阀；
[0015]所述冷箱还通过高温氢流入管路
、
高温氢流出管路并联连接于储氢瓶组与加氢机之间的主管路段，所述高温氢流入管路上设有旁路控制阀；
[0016]所述高温氢流入管路与所述主管路段之间设有用于将从储氢瓶组释放的氢进行分流的分流接头，所述冷箱对分流流过的氢释放冷能降温，所述掺混兑温槽设于高温氢流出管路与所述主管路段的连接处，用于将未分流的氢与降温后的氢混合为符合预冷加注所需温度的氢气，以输送至加氢机输出
。
[0017]进一步地，所述翅片气化器
、
储氢瓶组之间还设有压缩机
。
[0018]进一步地，所述翅片气化器为铝翅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氢气预冷加注系统，其特征在于，包括冷箱
(1)、
低温氢流入管路
(11)
与低温氢流出管路
(12)、
储氢瓶组
(7)、
高温氢流入管路
(13)
与高温氢流出管路
(14)
，以及掺混兑温槽
(2)
；所述冷箱
(1)
的冷侧通过低温氢流入管路
(11)
与液氢源相连接，通过低温氢流出管路
(12)
与液氢气化器相连接，所述液氢气化器出口与储氢瓶组
(7)
相连接；热侧通过高温氢流入管路
(13)
与储氢瓶组
(7)
出口相连接，通过高温氢流出管路
(14)
与掺混兑温槽
(2)
相连接；所述液氢气化器的出口还与掺混兑温槽
(2)
相连接；所述掺混兑温槽
(2)
的出口与加氢机
(3)
相连接
。2.
一种液氢加氢站，包括管路连接的液氢储罐
(4)、
冷箱
(1)
以及加氢机
(3)
，其特征在于，该液氢加氢站还包括设于液氢储罐
(4)
与加氢机
(3)
之间的主管路
(15)
，以及依次设于主管路
(15)
上的主管路控制阀
(23)、
翅片气化器
(52)、
储氢瓶组
(7)、
掺混兑温槽
(2)
；所述冷箱
(1)
与主管路控制阀
(23)
之间通过低温氢流入管路
(11)、
低温氢流出管路
(12)
并联设置，以使得冷箱
(1)
能够从液氢储罐
(4)
释放的液氢中获得冷能并储存；所述低温氢流入管路
(11)
上设有储冷控制阀
(21)
；所述冷箱
(1)
还通过高温氢流入管路
(13)、
高温氢流出管路
(14)
并联连接于储氢瓶组
(7)
与加氢机
(3)
之间的主管路段，所述高温氢流入管路
(13)
上设有旁路控制阀
(22)
；所述高温氢流入管路
(13)
与所述主管路段之间设有用于将从储氢瓶组
(7)
释放的氢进行分流的分流接头，所述冷箱
(1)
对分流流过的氢释放冷能降温，所述掺混兑温槽
(2)
设于高温氢流出管路
(14)
与所述主管路段的连接处，用于将未分流的氢与降温后的氢混合，以输送至加氢机
(3)
对外输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张存满，薛明喆，杨靖丞，徐虹，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：