【技术实现步骤摘要】
本申请涉及制冷与低温，特别涉及一种液氢增压系统的及液氢增压方法。
技术介绍
1、液氢是氢能利用的重要形式之一。液氢加氢站是一种有效利用液氢的设施，可以为氢燃料汽车提供燃料。在国外的成熟工艺中，通常在液氢工厂将气态氢降至20k进行液化，通过低温传输管线输送至液氢槽车，然后通过液氢槽车将液氢运输至加氢站，再次通过低温传输管线输送至站内的液氢储罐中并储存。目前，液氢存储气氢加注的加氢站需要向氢燃料电池汽车提供35/70mpa的高压气氢，且液体压缩所需功耗要低于气体压缩，因此，液氢加氢站通常采用液氢增压泵实现液氢储罐中1-3bar液氢增压至加注所需的压力，随后经过气化复温后达到加注所需温度和压力条件。
2、液氢加氢站所用的液氢增压泵为往复活塞泵。液氢泵入口的液氢通常为饱和状态，直接通过入口阀进入压缩腔。入口阀处截面积变小，流速提高，动压增加静压降低同时流动损失的存在使得进入压缩腔的压力低于饱和压力，液氢部分气化，导致压缩腔进液量减少，降低泵容积效率，严重时泵无法吸入液氢。
技术实现思路
1、鉴于此，有必要针对现有技术存在的泵容积效率低的技术缺陷提供一种泵容积效率高的液氢增压系统的及液氢增压方法。
2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
3、本申请目的之一，提供了一种液氢增压系统，包括：液氢储罐(1)、节流液氢管路(2)、节流阀(3)、节流液氢管路(4)、过冷换热器(5)、节流氢气管路(6)、液氢增压泵(7)、高压低温氢管路(9)、低温高压氢应用系统
4、所述液氢储罐(1)存储的液氢从出液口出液，一部分液氢通过所述液氢管路(15)进入所述过冷换热器(5)中并通过换热得到过冷液氢，所述过冷液氢经过所述过冷液氢管路(14)进入所述液氢增压泵(7)并在所述液氢增压泵(7)中形成高压低温氢，所述高压低温氢通过所述高压低温氢管路(9)进入所述低温高压氢应用系统(10)；
5、另一部分液氢经过所述节流液氢管路(2)进入所述节流阀(3)节流并形成低温饱和气液两相氢，所述气液两相氢进入所述过冷换热器(5)中，所述过冷换热器(5)在将所述液氢管路(15)中的液氢过冷时使所述气液两相氢中液相氢吸热变为气氢，所述气氢在所述过冷换热器(5)中吸热升温后进入所述节流氢气管路(6)，再进入所述液氢增压泵(7)的电机冷却单元(19)给电机冷却，所述气氢经所述电机冷却单元(19)进一步升温后，通过所述氢气排放管路(11)由进入所述氢气排放系统(12)排放。
6、在其中一些实施例中，还包括增压泵冷却套(8)，所述增压泵冷却套(8)为集成在所述液氢增压泵(7)外壳的冷却回路。
7、在其中一些实施例中，所述气氢在所述过冷换热器(5)中吸热升温后进入所述节流氢气管路(6)，随后所述气氢进入所述增压泵冷却套(8)并进一步吸收所述液氢增压泵(7)压缩所产生的热量后进一步升温，再通过氢气管路(13)进入所述液氢增压泵(7)的电机冷却单元(19)。
8、在其中一些实施例中，所述液氢储罐(1)为采用真空多层绝热结构的低温储罐，工作压力为1至5bar范围内。
9、在其中一些实施例中，所述节流液氢管路(2)、所述节流液氢管路(4)、所述节流氢气管路(6)、所述氢气管路(13)、所述过冷液氢管路(14)及所述液氢管路(15)均为采用真空多层绝热结构低温流体传输管线。
10、在其中一些实施例中，所述真空多层绝热结构低温流体传输管线为金属硬管或金属软管，所述真空多层绝热结构低温流体传输管线中间依据需要可安装低温接头。
11、在其中一些实施例中，所述节流阀(3)为应用液氢温度的低温节流阀，所述低温节流阀为手动、气动或电动，均为符合氢气环境的防爆结构。
12、在其中一些实施例中，所述过冷换热器(5)为两股流低温换热器，形式为板翅式或管壳式或套管式，所述过冷换热器(5)材料为铝。
13、在其中一些实施例中，所述液氢增压泵(7)为活塞式单级或多级往复增压泵，可实现1到3bar范围内入口压力增压至90mpa以下各种压力。
14、在其中一些实施例中，所述低温高压氢应用系统(10)包括高压气化器、高压气储罐及加氢机，所述氢气排放管路(11)为常温单层管路，所述氢气排放系统(12)为液氢加氢站的氢气排放系统。
15、本申请目的之二，提供了一种所述的液氢增压系统的液氢增压方法，包括下述步骤：
16、所述液氢储罐(1)存储的液氢从出液口出液，一部分液氢通过所述液氢管路(15)进入所述过冷换热器(5)中并通过换热得到过冷液氢，所述过冷液氢经过所述过冷液氢管路(14)进入所述液氢增压泵(7)并在所述液氢增压泵(7)中形成高压低温氢，所述高压低温氢通过所述高压低温氢管路(9)进入所述低温高压氢应用系统(10)；
17、另一部分液氢经过所述节流液氢管路(2)进入所述节流阀(3)节流并形成低温饱和气液两相氢，所述气液两相氢进入所述过冷换热器(5)中，所述过冷换热器(5)在将所述液氢管路(15)中的液氢过冷时使所述气液两相氢中液相氢吸热变为气氢，所述气氢在所述过冷换热器(5)中吸热升温后进入所述节流氢气管路(6)，再进入所述液氢增压泵(7)的电机冷却单元(19)给电机冷却，所述气氢经所述电机冷却单元(19)进一步升温后，通过所述氢气排放管路(11)由进入所述氢气排放系统(12)排放。
18、在其中一些实施例中，还包括下述步骤：
19、所述气氢在所述过冷换热器(5)中吸热升温后进入所述节流氢气管路(6)，随后所述气氢进入所述增压泵冷却套(8)并进一步吸收所述液氢增压泵(7)压缩所产生的热量后进一步升温，再通过氢气管路(13)进入所述液氢增压泵(7)的电机冷却单元(19)。
20、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
21、本申请提供的液氢增压系统及液氢增压方法，通过少量液氢用于节流降温将进入液氢增压泵(7)入口的饱和液氢过冷0.5k到1k，可使的液氢增压泵(7)的进液含气量大幅降低甚至可全液吸入，提升液氢增压泵(7)的活塞容积效率，降低压缩功耗。
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1.一种液氢增压系统，其特征在于，包括：液氢储罐(1)、节流液氢管路(2)、节流阀(3)、节流液氢管路(4)、过冷换热器(5)、节流氢气管路(6)、液氢增压泵(7)、高压低温氢管路(9)、低温高压氢应用系统(10)、氢气排放管路(11)、氢气排放系统(12)、过冷液氢管路(14)、液氢管路(15)、低温高压单向阀(16)、排放单向阀(17)及液氢储罐出口开关阀(18)，其中：
2.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，还包括增压泵冷却套(8)，所述增压泵冷却套(8)为集成在所述液氢增压泵(7)外壳的冷却回路。
3.如权利要求2所述的液氢增压系统，其特征在于，所述气氢在所述过冷换热器(5)中吸热升温后进入所述节流氢气管路(6)，随后所述气氢进入所述增压泵冷却套(8)并进一步吸收所述液氢增压泵(7)压缩所产生的热量后进一步升温，再通过氢气管路(13)进入所述液氢增压泵(7)的电机冷却单元(19)。
4.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述液氢储罐(1)为采用真空多层绝热结构的低温储罐，工作压力为1至5bar范围内。
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6.如权利要求5所述的液氢增压系统，其特征在于，所述真空多层绝热结构低温流体传输管线为金属硬管或金属软管，所述真空多层绝热结构低温流体传输管线中间依据需要可安装低温接头。
7.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述节流阀(3)为应用液氢温度的低温节流阀，所述低温节流阀为手动、气动或电动，均为符合氢气环境的防爆结构。
8.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述过冷换热器(5)为两股流低温换热器，形式为板翅式或管壳式或套管式，所述过冷换热器(5)材料为铝。
9.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述液氢增压泵(7)为活塞式单级或多级往复增压泵，可实现1到3bar范围内入口压力增压至90MPa以下各种压力。
10.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述低温高压氢应用系统(10)包括高压气化器、高压气储罐及加氢机，所述氢气排放管路(11)为常温单层管路，所述氢气排放系统(12)为液氢加氢站的氢气排放系统。
11.一种如权利要求1所述的液氢增压系统的液氢增压方法，其特征在于，包括下述步骤：
12.如权利要求1所述的液氢增压系统的液氢增压方法，其特征在于，还包括下述步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种液氢增压系统，其特征在于，包括：液氢储罐(1)、节流液氢管路(2)、节流阀(3)、节流液氢管路(4)、过冷换热器(5)、节流氢气管路(6)、液氢增压泵(7)、高压低温氢管路(9)、低温高压氢应用系统(10)、氢气排放管路(11)、氢气排放系统(12)、过冷液氢管路(14)、液氢管路(15)、低温高压单向阀(16)、排放单向阀(17)及液氢储罐出口开关阀(18)，其中：
2.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，还包括增压泵冷却套(8)，所述增压泵冷却套(8)为集成在所述液氢增压泵(7)外壳的冷却回路。
3.如权利要求2所述的液氢增压系统，其特征在于，所述气氢在所述过冷换热器(5)中吸热升温后进入所述节流氢气管路(6)，随后所述气氢进入所述增压泵冷却套(8)并进一步吸收所述液氢增压泵(7)压缩所产生的热量后进一步升温，再通过氢气管路(13)进入所述液氢增压泵(7)的电机冷却单元(19)。
4.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述液氢储罐(1)为采用真空多层绝热结构的低温储罐，工作压力为1至5bar范围内。
5.如权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述节流液氢管路(2)、所述节流液氢管路(4)、所述节流氢气管路(6)、所述氢气管路(13)、所述过冷液氢管路(14)及所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨少柒，潘薇，谢秀娟，吴畏，龚领会，
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：
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