CN108561749B - 应用于液氢加氢站的混合加注系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液氢加氢站的储氢及加注系统，包括用于与站用液氢储罐相连接的液氢加注单元和高压氢气加注单元，液氢加注单元中的第一液氢输送管能通过液氢泵与站用液氢储罐相连通，第一液氢输送管的输出端用于连接液氢加注枪；高压氢气加注单元包括：能通过液氢泵与站用液氢储罐相连通的第二液氢输送管和第三液氢输送管，第二液氢输送管与气液混合器中的喷嘴连通，第三液氢输送管连通至汽化器，汽化器上的气体输出管连通至高压氢气储氢瓶，高压氢气储氢瓶输出端的储氢瓶输出管路连通至气液混合器，气液混合器的输出端得氢气输出管用于连接高压氢气加注枪。本发明的优点在于：氢加注形式有效增加，氢储存能力大大增加。

Description

应用于液氢加氢站的混合加注系统
技术领域
本发明涉及液氢加氢站技术领域，具体涉及液氢加氢站的加注系统。
背景技术
加氢站主要用于为氢燃料电池汽车加注氢气。目前我国建成的加氢站主要利用高压技术存储氢气气源，可参见申请号为2016105472243公开的一种机械式加氢站氢气压缩储气系统。目前的采用高压技术储氢的加氢站的缺陷在于：一、储氢能力低，日加氢量在200kg/天，只能基本满足小规模示范运行时车辆的加注需求，其无法满足随着氢燃料电池汽车产业的发展而日益增长的加注量需求。二、只能加注高压氢气，其加注形式单一，只能服务于高压氢气燃料电池汽车，其无法为液氢燃料电池汽车进行加注。
发明内容
本发明的目的是：提供一种应用于液氢加氢站的混合加注系统，其能大大提高日加氢量，并且加注形式多样化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：应用于液氢加氢站的混合加注系统，包括用于与站用液氢储罐相连接的液氢加注单元和高压氢气加注单元，所述的液氢加注单元的结构包括：第一液氢输送管，第一液氢输送管能通过液氢泵与站用液氢储罐相连通，第一液氢输送管的输出端用于连接液氢加注枪；所述的高压氢气加注单元的结构包括：能通过液氢泵与站用液氢储罐相连通的第二液氢输送管和第三液氢输送管，第二液氢输送管的输出端与气液混合器中的喷嘴连通，第三液氢输送管连通至汽化器，汽化器上设置有气体输出管，汽化器中产生的高压氢气从气体输出管中输出，气体输出管连通至高压氢气储氢瓶的输入端，高压氢气储氢瓶的输出端设置有带高压氢控制阀的储氢瓶输出管路，储氢瓶输出管路的输出端连通至气液混合器，气液混合器中喷嘴喷出的液氢与储氢瓶输出管路输入的高压氢气混合形成低温高压氢气，气液混合器的输出端设置有氢气输出管，低温高压氢气从氢气输出管中输出，氢气输出管的输出端用于连接高压氢气加注枪。
进一步地，前述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其中，高压氢气储氢瓶的输入端还连接有蒸发气输出管，蒸发气输出管与站用液氢储罐上的氢气蒸发口连接，蒸发气输出管上设置有安全阀、压缩机以及压力传感器，站用液氢储罐中蒸发产生的液氢蒸发气由蒸发气输出管输送至压缩机中压缩形成高压氢气后被输送至高压氢气储氢瓶中。
进一步地，前述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其中，液氢加注单元中的第一液氢输送管、高压氢气加注单元中的第二液氢输送管以及第三液氢输送管均通过分流器与液氢泵相连通。
进一步地，前述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其中，第一液氢输送管上设置有第一配量泵，第二液氢输送管上设置有第二配量泵。
进一步地，前述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其中，所述的高压氢气储氢瓶至少设置有两个，所有高压氢气储氢瓶均并联设置，气体输出管连通至并联设置的高压氢气储氢瓶的输入端，并联设置的高压氢气储氢瓶的输出端设置有带高压氢控制阀的储氢瓶输出管路。
进一步地，前述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其中，汽化器上设置有液氢汽化能量回收管路，液氢汽化能量回收管路中设置有低温区换热器，汽化器中与液氢完成热交换的换热介质从液氢汽化能量回收管路进入至低温区换热器中，之后经液氢汽化能量回收管路回流至汽化器中；站用液氢储罐上连接有冷屏介质回路，冷屏介质回路与低温区换热器相连通，站用液氢储罐中的冷屏介质通过冷屏介质回路进入至低温区换热器中冷却后回流至站用液氢储罐中。
进一步地，前述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其中，液氢汽化能量回收管路中还设置有高温区换热器，汽化器中与液氢完成热交换的换热介质由液氢汽化能量回收管路先进入至低温区换热器中再进入高温区换热器中，之后经液氢汽化能量回收管路回流至汽化器中；储氢瓶输出管路先连通至低温区换热器再与气液混合器相连通，储氢瓶输出管路中的高压氢气经高温区换热器预冷后再进入气液混合器中。
进一步地，前述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其中，冷屏回路中的冷却介质为液氮。
本发明的优点在于：一、应用于液氢加氢站的混合加注系统具有液氢加注单元和高压氢气加注单元，这就为加氢站提供了更多的加注形式，从而使得一个加氢站能为更多的氢燃料电池汽车服务。二、采用该混合加注系统，加氢站就能采用站用液氢储罐储存液氢，这使得加氢站的氢储存能力大大增加，从而为氢燃料电池汽车产业的发展而日益增长的加注量需求提供有效保障。
附图说明
图1是本发明所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，应用于液氢加氢站的混合加注系统，包括用于与站用液氢储罐1相连接的液氢加注单元和高压氢气加注单元。
所述的液氢加注单元的结构包括：第一液氢输送管2，第一液氢输送管2能通过液氢泵9与站用液氢储罐1相连通，第一液氢输送管2的输出端用于连接液氢加注枪。本实施例中，第一液氢输送管2上设置有第一配量泵21。
所述的高压氢气加注单元的结构包括：能分别通过液氢泵9与站用液氢储罐1相连通的第二液氢输送管3和第三液氢输送管4，本实施例中第二液氢输送管3上设置有第二配量泵31。第二液氢输送管3的输出端与气液混合器5中的喷嘴51连通；第三液氢输送管4连通至汽化器6，汽化器6上设置有气体输出管61，汽化器6中的换热介质与液氢进行热交换后形成高压氢气，汽化器6中产生的高压氢气从气体输出管61中输出，气体输出管61连通至高压氢气储氢瓶7的输入端，高压氢气储氢瓶7的输出端设置有储氢瓶输出管路8，本实施例中高压氢气储氢瓶7至少设置有两个，所有高压氢气储氢瓶7均并联设置，气体输出管61连通至并联设置的高压氢气储氢瓶7的输入端，并联设置的高压氢气储氢瓶7的输出端设置有带高压氢控制阀81的储氢瓶输出管路8。储氢瓶输出管路8的输出端连通至气液混合器5，气液混合器5中喷嘴51喷出的液氢与储氢瓶输出管路8输入的高压氢气混合形成低温高压氢气，气液混合器5的输出端设置有氢气输出管52，低温高压氢气从氢气输出管52中输出，氢气输出管52的输出端用于连接高压氢气加注枪。此外为了简化管路，液氢加注单元中的第一液氢输送管2、高压氢气加注单元中的第二液氢输送管3和第三液氢输送管4均通过分流器10与液氢泵9相连通。
本实施例中高压氢气储氢瓶7的输入端还连接有蒸发气输出管11，蒸发气输出管11与站用液氢储罐1上的氢气蒸发口连接，蒸发气输出管11上设置有安全阀111、压缩机112以及压力传感器113，站用液氢储罐1中蒸发产生的液氢蒸发气由蒸发气输出管11输送至压缩机112中压缩形成高压氢气后被输送至高压氢气储氢瓶7中。
为充分利用液氢的低温能量，本实施例中高压氢气加注单元中的汽化器6上还设置有液氢汽化能量回收管路62，液氢汽化能量回收管路62上设置有低温区换热器63，汽化器6中与液氢完成热交换的换热介质从液氢汽化能量回收管路62进入至低温区换热器63中，之后经液氢汽化能量回收管路62回流至汽化器6中；站用液氢储罐1上连接有冷屏介质回路101，冷屏介质回路101与低温区换热器63相连通，站用液氢储罐1中的冷屏介质通过冷屏介质回路101进入至低温区换热器63中冷却后回流至站用液氢储罐1中。本实施例中冷屏介质回路101中的冷屏介质为液氮。
为进一步充分利用液氢的低温能量，液氢汽化能量回收管路62中还设置有高温区换热器64，汽化器6中与液氢完成热交换的换热介质由液氢汽化能量回收管路62先进入至低温区换热器63中再进入高温区换热器64中，之后经液氢汽化能量回收管路62回流至汽化器6中；储氢瓶输出管路8先连通至高温区换热器64再与气液混合器5相连通，储氢瓶输出管路8中的高压氢气经高温区换热器64预冷后再进入气液混合器5中。
在液氢汽化能量回收管路62上设置低温区换热器63和高温区换热器64，实现站用液氢储罐1中的冷屏介质的冷却、以及对储氢输出管路8中输出的高压氢气进行预冷，这充分利用了液氢的低温能量，节约了成本，同时还能有效提高气液混合器5中气液混合的效果。
下面对本发明所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统的工作原理做进一步详细介绍。站用液氢储罐1中的液氢温度通常在20k左右，该温度的液氢俗称为深冷液氢。站用液氢储罐1中的深冷液氢由液氢泵9增压泵送形成高压深冷液氢。高压深冷液氢经分流器10分流至液氢加注单元的第一液氢输送管2中、以及高压氢气加注单元的第二液氢输送管3和第三液氢输送管4中。
液氢加注单元的第一液氢输送管2中的高压深冷液氢在配量泵21的泵送下由液氢加注枪向车载液氢瓶200加注，液氢加注枪加注的高压深冷液氢的温度为20k，压力为20Mpa。在液氢加注单元中的第一液氢输送管2上设置压力调节装置，如调压阀，可将第一液氢输送管2中的高压深冷液氢转变成常压深冷液氢，这样液氢加注单元的液氢加注枪可实现常压深冷液氢的加注，液氢加注枪加注的常压深冷液氢的温度为20k，压力为0.6Mpa。因此还可以根据需要设置多个液氢加注单元，从而形成常压深冷液氢与高压深冷液氢的两种形式的混合加注，氢加注的形式增加。
高压氢气加注单元的第二液氢输送管3中的高压深冷液氢由第二配量泵3泵送至气液混合器5的喷嘴51中。第三液氢输送管4中的高压深冷液氢进入至汽化器6中汽化形成高压低温氢气，高压低温氢气由气体输出管62输送至高压氢气储氢瓶7中，高压氢气储氢瓶7中的氢气受到环境温度的影响温度趋于常温。高压氢气储氢瓶7中的氢气还有一部分是由站用液氢储罐1中的液氢蒸发气形成，站用液氢储罐1的液氢蒸发气经压缩机112压缩增压后形成高压氢气，高压氢气由蒸发气输出管11输送至高压氢气储氢瓶7中。在站用液氢储罐1与高压氢气储氢瓶7之间设置蒸发气输出管11以及压缩机112，这就使得站用液氢储罐1中的液氢蒸发气得到充分利用，从而有效降低液氢损耗。从高压氢气储氢瓶7输出端输出的常温高压氢气经由储氢瓶输出管路8先输送至高温区换热器64中进行预冷，预冷后的高压氢气再输送至气液混合器5中。气液混合器5的喷嘴51中喷出的高压深冷液氢对储氢瓶输出管路8输入的预冷后的高压氢气进行进一步喷淋降温形成低温高压氢气，低温高压氢气从气液混合器5的氢气输出管52中输出，氢气输出管52中输出的低温高压氢气由高压氢气加注枪向车载高压气瓶100进行加注。
上述的高压氢气加注单元，可实现温度为-40℃、压力为70Mpa的低温高压氢气的加注或温度为-20℃、压力为35Mpa的低温高压氢气的加注。通过调整气液混合器5中喷嘴51喷出的高压深冷液氢与储氢瓶输出管路8输入的预冷后的氢气的比例，可将氢气输出管52中输出的氢气温度控制为-40℃或-20℃。通过对液氢泵9的泵送压力的设置，可实现高压氢气储氢瓶7中的氢气储存压力为85Mpa或70Mpa；高压氢气储氢瓶7中氢气的储存压力为85Mpa时，高压氢气加注枪加注的低温高压氢气的压力为70Mpa，高压氢气储氢瓶7中氢气的储存压力为45Mpa时，高压氢气加注枪加注的低温高压氢气的压力为30Mpa。因此，可以根据需要设置多个高压氢气加注单元，从而实现温度为-40℃、压力为70Mpa的低温高压氢气的加注和温度为-20℃、压力为35Mpa的低温高压氢气的加注，加注形式进一步有效增加。
本发明的优点在于：一、应用于液氢加氢站的混合加注系统具有液氢加注单元和高压氢气加注单元，这就为加氢站提供了更多的加注形式，从而使得一个加氢站能为更多的氢燃料电池汽车服务。二、采用该混合加注系统，加氢站就能采用站用液氢储罐储存液氢，这使得加氢站的氢储存能力大大增加，从而为氢燃料电池汽车产业的发展而日益增长的加注量需求提供有效保障。

Claims (8)

1.应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：包括用于与站用液氢储罐相连接的液氢加注单元和高压氢气加注单元，所述的液氢加注单元的结构包括：第一液氢输送管，第一液氢输送管能通过液氢泵与站用液氢储罐相连通，第一液氢输送管的输出端用于连接液氢加注枪；所述的高压氢气加注单元的结构包括：能通过液氢泵与站用液氢储罐相连通的第二液氢输送管和第三液氢输送管，第二液氢输送管的输出端与气液混合器中的喷嘴连通，第三液氢输送管连通至汽化器，汽化器上设置有气体输出管，汽化器中产生的高压氢气从气体输出管中输出，气体输出管连通至高压氢气储氢瓶的输入端，高压氢气储氢瓶的输出端设置有带高压氢控制阀的储氢瓶输出管路，储氢瓶输出管路的输出端连通至气液混合器，气液混合器中喷嘴喷出的液氢与储氢瓶输出管路输入的高压氢气混合形成低温高压氢气，气液混合器的输出端设置有氢气输出管，低温高压氢气从氢气输出管中输出，氢气输出管的输出端用于连接高压氢气加注枪。
2.根据权利要求1所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：高压氢气储氢瓶的输入端还连接有蒸发气输出管，蒸发气输出管与站用液氢储罐上的氢气蒸发口连接，蒸发气输出管上设置有安全阀、压缩机以及压力传感器，站用液氢储罐中蒸发产生的液氢蒸发气由蒸发气输出管输送至压缩机中压缩形成高压氢气后被输送至高压氢气储氢瓶中。
3.根据权利要求1所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：液氢加注单元中的第一液氢输送管、高压氢气加注单元中的第二液氢输送管以及第三液氢输送管均通过分流器与液氢泵相连通。
4.根据权利要求1所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：第一液氢输送管上设置有第一配量泵，第二液氢输送管上设置有第二配量泵。
5.根据权利要求1所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：所述的高压氢气储氢瓶至少设置有两个，所有高压氢气储氢瓶均并联设置，气体输出管连通至并联设置的高压氢气储氢瓶的输入端，并联设置的高压氢气储氢瓶的输出端设置有带高压氢控制阀的储氢瓶输出管路。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：汽化器上设置有液氢汽化能量回收管路，液氢汽化能量回收管路中设置有低温区换热器，汽化器中与液氢完成热交换的换热介质从液氢汽化能量回收管路进入至低温区换热器中，之后经液氢汽化能量回收管路回流至汽化器中；站用液氢储罐上连接有冷屏介质回路，冷屏介质回路与低温区换热器相连通，站用液氢储罐中的冷屏介质通过冷屏介质回路进入至低温区换热器中冷却后回流至站用液氢储罐中。
7.根据权利要求6所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：液氢汽化能量回收管路中还设置有高温区换热器，汽化器中与液氢完成热交换的换热介质由液氢汽化能量回收管路先进入至低温区换热器中再进入高温区换热器中，之后经液氢汽化能量回收管路回流至汽化器中；储氢瓶输出管路先连通至低温区换热器再与气液混合器相连通，储氢瓶输出管路中的高压氢气经高温区换热器预冷后再进入气液混合器中。
8.根据权利要求6所述的应用于液氢加氢站的混合加注系统，其特征在于：冷屏回路中的冷却介质为液氮。
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