【技术实现步骤摘要】
本技术涉及低温制冷，尤其涉及一种氢液化低温循环系统。
技术介绍
1、液氢生产方法主要有三种液化循环：节流氢液化循环、带膨胀机的氢液化循环、氦制冷氢液化循环。从氢液化的单位能耗比较，其中液氮预冷带膨胀机的氢液化循环耗能最低，氦制冷氢液化循环耗能居中，节流氢液化循环耗能最高，因此目前最常用的是液氮预冷带膨胀机的氢液化循环。
2、液氮预冷带膨胀机的氢液化循环中，液氮预冷的目的是节省氢气液化过程中的冷量，提高循环的液化系数，但是该循环中常采用的是常温压缩，氢气在常温下难被压缩，并且在常温压缩过程中容易产生更高的压缩热，引起很大的压缩温升，消耗更多的压缩功，导致系统效率降低，并且传统液氮制备利用的是气体分离技术，包括压缩、冷却、干燥和分离等环节，制备流程复杂且液化率低，采用液氮预冷会降低循环系统的经济性。
3、带膨胀机的氢液化循环常采用螺杆压缩机，为使压缩机稳定高效的运行需要润滑油进行润滑，因此系统需要精密的油气分离技术，配套复杂的油分离、冷却、过滤设备，若除油不够精密，有可能造成低温下油污染、油冻堵等灾害事故。
技术实现思路
1、本技术的目的在于解决目前现有的氢液化耗能高，经济性差，需要除油等问题，并提供了一种经济节能、效率较高并且无油污染的氢液化低温循环系统。
2、为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：
3、一种氢液化低温循环系统，其特征在于，包括氢液化循环系统和机械式低温预冷循环系统；所述机械式低温预冷循环系统为氢液化循环系统提供预冷；
4、在一些较佳的实施例中，所述氢液化低温压缩机组的出口与第二换热器的氢气通道入口相连，所述第二换热器的氢气通道出口与第三换热器正仲氢转化通道入口相连，所述第三换热器正仲氢转化通道出口与第二电磁三通阀入口a相连，所述第二电磁三通阀出口b通过第四换热器正仲氢转化通道、第五换热器正仲氢转化通道、第六换热器正仲氢转化通道、第七换热器正仲氢转化通道与氢气节流阀入口相连，所述氢气节流阀出口与液氢杜瓦的入口相连，所述液氢杜瓦与储液罐相连；所述第二电磁三通阀出口c通过膨胀管路节流阀与第一透平膨胀机入口相连，所述第一透平膨胀机出口通过第四换热器与第二透平膨胀机入口相连，所述第二透平膨胀机出口通过第五换热器与第三透平膨胀机入口相连，所述第三透平膨胀机出口通过第六换热器与第四透平膨胀机入口相连，所述第四透平膨胀机出口与第三电磁三通阀入口c相连；液氢杜瓦产生的气体通过第七换热器沿回流管道在第三电磁三通阀入口b相连，所述第三电磁三通阀出口a通过第六换热器、第五换热器、第四换热器、第三换热器、第二换热器与第一电磁三通阀入口b相连，与进入第一电磁三通阀入口a的机械式低温预冷循环系统预冷的氢气源汇合进入氢液化低温压缩机组的入口。
5、作为优选，所述氢气源为纯化后的氢气。
6、在一些较佳的实施例中，所述机械式低温压缩机出口与后冷却器入口相连，所述后冷却器出口与透平膨胀机压缩端入口相连，所述透平膨胀机压缩端出口与回热器第一通道入口相连，所述回热器第一通道出口与透平膨胀机膨胀端入口相连，所述透平膨胀机膨胀端出口与电磁三通阀入口b相连，所述电磁三通阀出口a通过第一换热器与电磁三通阀出口c通过第二换热器和氢液化低温压缩机组换热后汇合与回热器第二通道入口相连，回热器第二通道出口与机械式低温压缩机入口相连。
7、在一些较佳的实施例中，所述第一电磁三通阀、氢液化低温压缩机组、第二电磁三通阀、膨胀管路节流阀、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、第三透平膨胀机、第四透平膨胀机、第三电磁三通阀、氢气节流阀、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、第六换热器、第七换热器、第三换热器正仲氢转化通道、第四换热器正仲氢转化通道、第五换热器正仲氢转化通道、第六换热器正仲氢转化通道、第七换热器正仲氢转化通道、透平膨胀机、回热器、电磁三通阀均设置在真空冷罐中。
8、在一些较佳的实施例中，所述氢液化低温压缩机组为无油气悬浮离心压缩机，采用气悬浮轴承或磁气混合型轴承支承，其压缩为低温压缩，所述氢液化低温压缩机组采用1-4台离心压缩机串联，实现1-10级压缩，压缩机级间被机械式低温预冷循环预冷，压缩机进口温度为30k到250k之间，采用的工质为氢气。
9、在一些较佳的实施例中，所述机械式低温压缩机为无油气悬浮离心压缩机，采用气悬浮轴承或磁气混合型轴承支承，其压缩为常温压缩，压缩机进口温度为230k到340k之间。
10、在一些较佳的实施例中，所述机械式低温预冷循环系统采用的工质为空气、氮气、氖气、氩气和氦气等气体。
11、在一些较佳的实施例中，所述第三换热器正仲氢转化通道、第四换热器正仲氢转化通道、第五换热器正仲氢转化通道、第六换热器正仲氢转化通道和第七换热器正仲氢转化通道内均填充正-仲氢催化转化剂，可以实现氢的连续正仲转化。
12、本技术采用上述技术方案的优点是：
13、（1）本技术将传统的液氮预冷改为机械式低温预冷循环预冷，使进入氢液化低温压缩机组的两部分氢气都经过机械式低温预冷循环预冷，低温压缩减小了压缩功，有效提高了系统效率；
14、（2）本技术采用机械式低温预冷循环为氢液化系统进行预冷，相比于液氮预冷，机械式低温预冷循环采用的工质为空气、氮气、氖气、氩气和氦气等气体，具有易于获得、廉价和无污染等特点，并且采用回热循环，压缩功和膨胀功有效减小，不可逆损失显著降低，大大提高了系统的经济性；
15、（3）本技术所述氢液化低温压缩机组和机械式低温压缩机均采用无油气悬浮离心压缩机，具有无油、传热效率高、无摩擦、使用寿命长、转速高、结构紧凑、系统简单、运行稳定可靠以及节能高效等优点，避免了油污染和油冻堵的问题，可靠性将会得到显著提高；
16、（4）本技术所述氢液化低温压缩机组采用两台双级压缩型式的离心压缩机串联，实现四级压缩，两台压缩机之间进行机械式低温预冷循环预冷，使第二台压缩机进口的氢气处于低温状态，级间冷却有效降低了压缩热，低温压缩提高了系统的热力学性能。
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1.一种氢液化低温循环系统，其特征在于，包括氢液化循环系统和机械式低温预冷循环系统；
2.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述氢液化低温压缩机组的出口与第二换热器的氢气通道入口相连，所述第二换热器的氢气通道出口与第三换热器正仲氢转化通道入口相连，所述第三换热器正仲氢转化通道出口与第二电磁三通阀入口A相连，所述第二电磁三通阀出口B通过第四换热器正仲氢转化通道、第五换热器正仲氢转化通道、第六换热器正仲氢转化通道、第七换热器正仲氢转化通道与氢气节流阀入口相连，所述氢气节流阀出口与液氢杜瓦的入口相连，所述液氢杜瓦与储液罐相连；所述第二电磁三通阀出口C通过膨胀管路节流阀与第一透平膨胀机入口相连，所述第一透平膨胀机出口通过第四换热器与第二透平膨胀机入口相连，所述第二透平膨胀机出口通过第五换热器与第三透平膨胀机入口相连，所述第三透平膨胀机出口通过第六换热器与第四透平膨胀机入口相连，所述第四透平膨胀机出口与第三电磁三通阀入口C相连；液氢杜瓦产生的气体通过第七换热器沿回流管道在第三电磁三通阀入口B相连，所述第三电磁三通阀出口A通过第六换热器、第五换热器、第四换热器、第
3.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述机械式低温压缩机出口与后冷却器入口相连，所述后冷却器出口与透平膨胀机压缩端入口相连，所述透平膨胀机压缩端出口与回热器第一通道入口相连，所述回热器第一通道出口与透平膨胀机膨胀端入口相连，所述透平膨胀机膨胀端出口与电磁三通阀入口B相连，所述电磁三通阀出口A通过第一换热器与电磁三通阀出口C通过第二换热器和氢液化低温压缩机组换热后汇合与回热器第二通道入口相连，回热器第二通道出口与机械式低温压缩机入口相连。
4.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述第一电磁三通阀、氢液化低温压缩机组、第二电磁三通阀、膨胀管路节流阀、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、第三透平膨胀机、第四透平膨胀机、第三电磁三通阀、氢气节流阀、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、第六换热器、第七换热器、第三换热器正仲氢转化通道、第四换热器正仲氢转化通道、第五换热器正仲氢转化通道、第六换热器正仲氢转化通道、第七换热器正仲氢转化通道、透平膨胀机、回热器、电磁三通阀均设置在真空冷罐中。
5.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述氢液化低温压缩机组为无油气悬浮离心压缩机，采用气悬浮轴承或磁气混合型轴承支承，其压缩为低温压缩，所述氢液化低温压缩机组采用1-4台离心压缩机串联，实现1-10级压缩，压缩机级间被机械式低温预冷循环预冷，压缩机进口温度为30K到250K之间，采用的工质为氢气。
6.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述机械式低温压缩机为无油气悬浮离心压缩机，采用气悬浮轴承或磁气混合型轴承支承，其压缩为常温压缩，压缩机进口温度为230K到340K之间。
7.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述机械式低温预冷循环系统采用的工质为空气、氮气、氖气、氩气和氦气气体。
8.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述第三换热器正仲氢转化通道、第四换热器正仲氢转化通道、第五换热器正仲氢转化通道、第六换热器正仲氢转化通道和第七换热器正仲氢转化通道内均填充正-仲氢催化转化剂，可以实现氢的连续正仲转化。
...【技术特征摘要】
1.一种氢液化低温循环系统，其特征在于，包括氢液化循环系统和机械式低温预冷循环系统；
2.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述氢液化低温压缩机组的出口与第二换热器的氢气通道入口相连，所述第二换热器的氢气通道出口与第三换热器正仲氢转化通道入口相连，所述第三换热器正仲氢转化通道出口与第二电磁三通阀入口a相连，所述第二电磁三通阀出口b通过第四换热器正仲氢转化通道、第五换热器正仲氢转化通道、第六换热器正仲氢转化通道、第七换热器正仲氢转化通道与氢气节流阀入口相连，所述氢气节流阀出口与液氢杜瓦的入口相连，所述液氢杜瓦与储液罐相连；所述第二电磁三通阀出口c通过膨胀管路节流阀与第一透平膨胀机入口相连，所述第一透平膨胀机出口通过第四换热器与第二透平膨胀机入口相连，所述第二透平膨胀机出口通过第五换热器与第三透平膨胀机入口相连，所述第三透平膨胀机出口通过第六换热器与第四透平膨胀机入口相连，所述第四透平膨胀机出口与第三电磁三通阀入口c相连；液氢杜瓦产生的气体通过第七换热器沿回流管道在第三电磁三通阀入口b相连，所述第三电磁三通阀出口a通过第六换热器、第五换热器、第四换热器、第三换热器、第二换热器与第一电磁三通阀入口b相连，与进入第一电磁三通阀入口a的机械式低温预冷循环系统预冷的氢气源汇合进入氢液化低温压缩机组的入口。
3.如权利要求1所述的氢液化低温循环系统，其特征在于，所述机械式低温压缩机出口与后冷却器入口相连，所述后冷却器出口与透平膨胀机压缩端入口相连，所述透平膨胀机压缩端出口与回热器第一通道入口相连，所述回热器第一通道出口与透平膨胀机膨胀端入口相连，所述透平膨胀机膨胀端出口与电磁三通阀入口b相连，所述电磁三通阀出口a通过第一换热器与电磁三通阀出口c通过第二换热器和氢液化低...
【专利技术属性】
技术研发人员：李归亚，杨山举，刘昌海，李思晗，侯俊才，
申请(专利权)人：启承悬浮科技西安有限公司，
类型：新型
国别省市：
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