CN117869778A - 液氢加注系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液氢加注系统，包括液氢储罐，设有第一出液口和回气口；柱塞泵设有进液口、第二出液口和回流口，所述柱塞泵的进液口与所述液氢储罐的第一出液口之间通过第一管路相连，所述柱塞泵的回流口与所述液氢储罐的回气口之间通过第二管路相连，所述柱塞泵的第二出液口用于与液氢应用设备连通；所述第三管路与所述第二管路相连，所述第三管路设置在所述第一管路的表面，以回收所述柱塞泵的回流口处以及所述液氢储罐内的氢气对第一管路进行预冷；通过第三管路回收所述柱塞泵的回流口处的氢气以及以液氢储罐内的闪蒸气作为预冷介质对第一管路进行预冷，有利于及时利用氢气冷量，可大幅减少预冷用液氢排放，降低液氢损耗以及预冷时间。

Description

液氢加注系统

技术领域

本发明涉及液氢加注设备技术领域，主要涉及一种液氢加注系统。

背景技术

液氢低温柱塞泵在启动之前，需要进行预冷后才能启动，而加氢站内的泵是需要根据加气负荷情况，每日有数十次的停止和启动需求，每次通过导入新的液氢以完成重新预冷，会造成比较多的浪费。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种液氢加注系统，能有效减少柱塞泵启动前的预冷时间，提高氢能源的利用率。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本申请的一个技术方案提出一种液氢加注系统，包括：

液氢储罐，设有第一出液口和回气口；

柱塞泵，设有进液口、第二出液口和回流口，所述柱塞泵的进液口与所述液氢储罐的第一出液口之间通过第一管路相连，所述柱塞泵的回流口与所述液氢储罐的回气口之间通过第二管路相连，所述柱塞泵的第二出液口用于与液氢应用设备连通；

第三管路，所述第三管路与所述第二管路相连，所述第三管路设置在所述第一管路的表面，以回收所述柱塞泵的回流口处以及所述液氢储罐内的氢气对第一管路进行预冷。

根据本申请的一个技术方案，所述液氢加注系统还包括第一外管，所述第一管路装设于所述第一外管的腔体内，所述第一管路与所述第一外管之间形成夹层，所述第三管路至少部分位于所述夹层内。

根据本申请的一个技术方案，所述液氢加注系统还包括第二外管，所述第二管路装设于所述第二外管的腔体内，所述第二管路与所述第二外管之间形成夹层。

根据本申请的一个技术方案，所述夹层为真空夹层。

根据本申请的一个技术方案，所述第二管路上设有第一开关阀，所述第一开关阀连接于所述液氢储罐的回气口与所述第三管路与所述第二管路的连接节点之间的所述第二管路，以沿所述第二管路与所述液氢储罐的回气口连通。

根据本申请的一个技术方案，所述第二管路上设有第二开关阀，所述第二开关阀连接于所述柱塞泵的回流口与所述第三管路与所述第二管路的连接节点之间的所述第二管路，以沿所述第二管路与所述柱塞泵的回流口连通。

根据本申请的一个技术方案，所述液氢加注系统还包括放散阀，所述放散阀设置在所述第二管路上，所述第二管路的管路压力超过阈值时，所述放散阀打开以排放所述第二管路的氢气。

根据本申请的一个技术方案，所述放散阀连接于所述第二开关阀与所述柱塞泵的回流口之间的所述第二管路。

根据本申请的一个技术方案，所述液氢加注系统还包括测温装置，所述柱塞泵的回流口处设有所述测温装置，所述测温装置用于对所述柱塞泵的回流口测温。

根据本申请的一个技术方案，所述第一管路还设有第三开关阀，所述第三开关阀用于控制所述第一管路的导通与截止。

有益效果：

本申请提出的一种液氢加注系统，液氢储罐第一出液口与柱塞泵的进液口相连以及柱塞泵的回流口与液氢储罐的回气口相连构成了液氢储罐与柱塞泵之间的介质循环流动，实现了液氢回流；柱塞泵的第二出液口用于与液氢应用设备连通，从而将液氢储罐内的氢气输送至液氢应用设备，实现了液氢的加注。通过将第三管路与第二管路相连，第三管路设置在第一管路的表面，第三管路回收所述柱塞泵的回流口处的氢气，以及以液氢储罐内的闪蒸气作为预冷介质对第一管路进行预冷，有利于冷量的及时利用，降低生产能耗，可较长时间的维持第一管路的低温状态，柱塞泵在下次启动前，可大幅减少预冷用液氢排放，最大限度的减少液氢损耗，同时降低预冷时间。

附图说明

图1是本申请一实施例的液氢加注系统的示意图；

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1液氢储罐，101第一出液口，102回气口；

2柱塞泵，201进液口，202第二出液口，203回流口；

31第一管路，32第一外管；

41第二管路，42第二外管；

51第三管路；

6第一开关阀；

7第二开关阀；

8放散阀；

9测温装置；

10第三开关阀。

具体实施方式

本发明提供一种液氢加注系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在液氢加注系统，液氢低温柱塞泵2在液氢输送装置中的作用主要是将液氢从储罐输送到下游设备或系统。具体地，液氢低温柱塞泵2利用柱塞在泵腔内往复运动，将液氢从储罐中吸入并排出，从而实现液氢的输送。而在液氢低温柱塞泵2在启动之前，需要进行预冷，以确保泵腔内的液氢温度降至合适的水平，通过检测回气口102温度，合格后方能启动液氢低温柱塞泵2；液氢低温柱塞泵2在停止运行后，进液管道内滞留的液氢会温度上升并气化，液氢低温柱塞泵2在下次启动之前需要向管道导入新的液氢以完成重新预冷。

而目前加氢站内的泵是需要根据加气负荷情况，每日有数十次的停止和启动需求，每次通过导入新的液氢以完成重新预冷，会造成比较多的浪费。

基于此，本申请的实施例提出了一种液氢加注系统，包括液氢储罐1、柱塞泵2、第一管路31、第二管路41以及第三管路51。

请参照附图1，液氢储罐1设有第一出液口101和回气口102；柱塞泵2设有进液口201、第二出液口202和回流口203，柱塞泵2的进液口201与液氢储罐1的第一出液口101之间通过第一管路31相连，柱塞泵2的回流口203与液氢储罐1的回气口102之间通过第二管路41相连，柱塞泵2的第二出液口202用于与液氢应用设备连通。

通过将液氢储罐1的第一出液口101与柱塞泵2的进液口201相连，以及将柱塞泵2的回流口203与液氢储罐1的回气口102相连，柱塞泵2的第二出液口202用于与液氢应用设备连通，从而将液氢储罐1内的氢气输送至液氢应用设备，实现了液氢的加注和回流，这样，使得液氢加注系统能够更加高效地加注液氢，同时避免了液氢的浪费和泄漏，提高了系统的安全性和可靠性。

其中，第三管路51与第二管路41相连，第三管路51设置在第一管路31的表面，以回收所述柱塞泵2的回流口203以及所述液氢储罐1内的氢气对第一管路31进行预冷。

在液氢加注系统中，第一管路31是连接液氢储罐1和柱塞泵2之间并作为柱塞泵2的进液通道，在液氢从液氢储罐1通过第一管路31流向柱塞泵2的过程中，由于液氢的流动和摩擦等作用，会产生一定的热量，使得第一管路31的温度上升。这种温度上升可能会导致液氢在第一管路31中气化，从而影响液氢的加注效果和系统的稳定性。

为此，将第三管路51与第二管路41相连，由于第二管路41连通柱塞泵2的回流口203与液氢储罐1的回气口102，第二管路41能将柱塞泵2回流口处的氢输送至液氢储罐1内的气相层，这样，通过第三管路51的设置能够回收利用柱塞泵2的回流口203处的氢气以及液氢储罐1上方蒸发的闪蒸气，从而对第一管路31进行预冷。

具体来说，液氢从液氢储罐1通过第一管路31流向柱塞泵2，大部分液氢会被柱塞泵输送至用氢设备中，而剩余氢会在柱塞泵2的作用下通过柱塞泵2的回流口203回流到液氢储罐1，这样，第三管路51的设置能有效回收柱塞泵2的回流口203处的氢气作为冷源，对第一管路31进行预冷。

而另一方面，由于液氢在储罐内储存时，其压力会随着温度的升高而逐渐降低，随着压力的下降，液氢的沸点也会相应降低，使得原本处于液态的氢气开始蒸发，并在液氢储罐1上方形成一层闪蒸气。在压力差的驱使下，液氢储罐1上方的闪蒸气会进入到第三管路51内，由于第三管路51设置在所述第一管路31的表面从而能有效地对第一管路31进行预冷。这样一来，不仅能利用第二管路41内滞留的氢气，以及液氢储罐1内的低温闪蒸气作为冷源对第一管路31进行冷却，提高了对氢气冷量的利用效率，降低第一管路31的预冷时间，还能降低液氢储罐1内蒸发的氢气含量，从而避免对液氢储罐1的储存和安全造成威胁。

可以理解的是，通过设计第三管路51与第二管路41的连接，从而能巧妙利用来自于柱塞泵2的回流口203处的氢气，以及液氢储罐1上方的闪蒸气作为冷源，有利于冷量的及时利用，降低生产能耗，可较长时间地维持柱塞泵2进液管路也即第一管路31的低温状态，这样，在柱塞泵2下次启动前，可能无需再预冷，而且可大幅减少预冷用液氢排放，最大限度的减少液氢损耗。

更具体地，第三管路51的输入端与第二管路41连接，第三管路51的输出端与用氢设备连通，这样，对第一管路31进行预冷后充分利用其冷量，然后在末端直接输送至用氢设备，降低了液氢损耗以及充分实现对氢气的利用。

在某些实施例中，还包括第一外管32，第一管路31装设于第一外管32的腔体内，第一管路31与第一外管32之间形成夹层，第三管路51至少部分位于夹层内。通过将第一管路31装设于第一外管32的腔体内，在第一外管32的保护下，第一管路31以及第三管路51不易受到外界环境的干扰和损坏，从而提高了系统的稳定性和可靠性。

进一步地，第一管路31与第一外管32之间形成夹层结构，夹层有效地隔绝第一管路31以及装设于夹层内的第三管路51和外界环境进行热量交换，起到良好的保温作用，不仅能够减少液氢在运输和储存过程中的热量损失，还能提高第三管路51的对第一管路31的预冷效果，从而提高液氢的储存效率和稳定性。

优选地，位于夹层内的第三管路51以螺旋状绕设于第一管路31的外表面上，增大了第三管路包围第二管路的面积，从而能有效提高预冷效果。

更详细举例而言，绕设于第一管路31的外表面上的第三管路51采用换热盘管，具有更优良的预冷效果。

在某些实施例中，液氢加注系统还包括第二外管42，第二管路41装设于第二外管42的腔体内，第二管路41与第二外管42之间形成夹层。这样，夹层结构能够有效地隔绝第二管路41和外界环境的热量交换，从而减少从柱塞泵2回流口203以及液氢储罐1之间的第二管路41的冷量散失，起到良好的保温作用。

更具体地，第一管路31与第一外管32之间形成夹层为真空夹层，以及第二管路41与第二外管42之间形成夹层为真空夹层。真空夹层具有极佳的隔热性能，能够有效地阻止真空夹层内的管路与外界之间的热量传递，降低能源消耗，起到高效的保温作用。在液氢加注系统中，真空夹层能够减少液氢与外界环境之间的热量交换，提高液氢的储存效率和稳定性。另一方面，真空夹层的设计还能够减少液氢的挥发和泄漏，减少对环境的影响。

在某些实施例中，第二管路41上设有第一开关阀6，第一开关阀6连接于液氢储罐1的回气口102与第三管路51与第二管路41的连接节点之间的第二管路41，以沿第二管路41与液氢储罐1的回气口102连通。

请参照图1，第三管路51与第二管路41相连形成了连接节点，通过将第一开关阀6设置在液氢储罐1的回气口102与连接节点之间，可以更加方便地控制和调节液氢的流量和方向，从而控制第三管路51的冷量来源。

具体地，当第一开关阀6关闭时，阻止液氢储罐1内的闪蒸气进入至第三管路51内，此时，第三管路51内的介质来源于柱塞泵2的回流口203。例如，在液氢储罐1内的闪蒸气余量较低时，在柱塞泵2回流口203处的温度达到合格温度时，或者其他情况(例如第三管路51发生泄露等)不需要使用液氢储罐1内的闪蒸气对第一管路31预冷时，可以通过关闭第一开关阀6实现。而且，还可以通过调整第一开关阀6的开度来控制液氢储罐1内的闪蒸气流向第三管路51的流量，从而实现对第三管路51介质的流量以及对第二管路41的预冷过程进行精确控制。

进一步地，第一开关阀6的存在可以增加液氢加注系统的安全性，在液氢加注过程中，如果第二管路41出现故障或泄漏，第一开关阀6可以迅速关闭，切断液氢的流动，防止事故扩大。

在某些实施例中，第二管路41上设有第二开关阀7，第二开关阀7连接于柱塞泵2的回流口203与第三管路51与第二管路41的连接节点之间的第二管路41，以沿第二管路41与柱塞泵2的回流口203连通。第三管路51与第二管路41相连形成了连接节点，通过在柱塞泵2的回流口203与连接节点之间设有第二开关阀7，第二开关阀7的开启使得柱塞泵2的回流口203处的氢气能沿着柱塞泵2的回流口203与第二管路41连通，从而流向第三管路51，第二开关阀7的关闭对应地断开柱塞泵2的回流口203与第二管路41的连通，而且在实际使用过程中，可以根据实际需求调整第二开关阀7的开度，从而实现对流向第三管路51的氢气回流量的精确控制。

具体地，本申请同时设有第一开关阀6以及第二开关阀7，第三管路51与第二管路41相连形成的连接节点位于第一开关阀6和第二开关阀7之间，这样，通过控制第一开关阀6和第二开关阀7的打开与关闭，从而能控制第三管路51内的介质来源。举例地，控制第一开关阀6打开，第二开关阀7关闭，这样，第三管路51的冷却介质来源于液氢储罐1内的闪蒸气；控制第一开关阀6关闭，第二开关阀7打开，这样，第三管路51的冷却介质来源于柱塞泵2的回流口203，而且通过控制第一开关阀6以及第二开关阀7各自的开度，从而控制第三管路51内冷却介质的流量，从而控制对第一管路31的预冷速度和效果。

在某些实施例中，液氢加注系统还包括放散阀8，放散阀8设置在第二管路41上，第二管路41的管路压力超过阈值时，放散阀8打开以排放第二管路41的氢气。通过在第二管路41上设有放散阀8，可以实现对第二管路41中氢气的压力调节。

详细地，当第二管路41的管路压力超过阈值时，可以通过放散阀8的打开，进而排放第二管路41内的部分氢气，从而降低第二管路41的管路压力，保持系统的稳定运行。这样，放散阀8的设置起到了安全保护作用，在液氢加注过程中，如果第二管路41中的压力过高，可能会对系统造成损坏或引发安全事故。通过设置放散阀8，可以在压力过高时及时排放氢气，降低压力，从而保护液氢加注系统的安全，减少对操作人员的安全风险。

放散阀8的设置在减缓柱塞泵2气蚀方面同样起到作用，当柱塞泵2运行时，由于吸入和排出的气体不均匀，可能会导致泵内形成真空，使得液体汽化形成气泡。这些气泡在高压下会破裂，形成冲击波，对柱塞泵2的零部件造成破坏，从而造成气蚀现象。通过放散阀8的设置，将第二管路41上的氢气排放到大气中，从而降低第二管路41的气体压力，可以减少气泡的形成和破裂，从而减轻气蚀对柱塞泵2的破坏。

具体地，放散阀8连接于第二开关阀7与柱塞泵2的回流口203之间的第二管路41。这样，放散阀8位于第二开关阀7的上游管道上，第二开关阀7的开启与关闭状态都不会对放散阀8起到排气的作用，进一步提高液氢加注系统的安全性和稳定性。

在某些实施例中，液氢加注系统还包括测温装置9，柱塞泵2的回流口203处设有测温装置9，测温装置9用于对柱塞泵2的回流口203测温。通过设有测温装置9，测温装置9能够实时监测柱塞泵2回流口203处的温度，从而了解液氢在管道中的流动状态以及柱塞泵2的工作状态。这样，通过对温度进行监测，了解到柱塞泵2的回流口203的温度是否达到柱塞泵2启动的合格温度，并根据测温装置9的温度进而启动柱塞泵2，确保液氢加注系统的安全运行。

更详细举例而言，该测温装置9为温度表。

在某些实施例中，第一管路31还设有第三开关阀10，第三开关阀10用于控制第一管路31的导通与截止。这样，通过操作第三开关阀10的开启与关闭，可以在特定情况下切断液氢的流动，或者打开第三开关阀10以使液氢从液氢储罐1向柱塞泵2流动。

而且，操作人员可以根据实际需求，控制液氢的流速和流量，满足不同加注需求，提高了液氢加注过程的准确性和效率。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液氢加注系统，其特征在于，包括：

液氢储罐，设有第一出液口和回气口；

柱塞泵，设有进液口、第二出液口和回流口，所述柱塞泵的进液口与所述液氢储罐的第一出液口之间通过第一管路相连，所述柱塞泵的回流口与所述液氢储罐的回气口之间通过第二管路相连，所述柱塞泵的第二出液口用于与液氢应用设备连通；

第三管路，所述第三管路与所述第二管路相连，所述第三管路设置在所述第一管路的表面，以回收所述柱塞泵的回流口处以及所述液氢储罐内的氢气对第一管路进行预冷。

2.根据权利要求1所述的液氢加注系统，其特征在于，还包括：

第一外管，所述第一管路装设于所述第一外管的腔体内，所述第一管路与所述第一外管之间形成夹层，所述第三管路至少部分位于所述夹层内。

3.根据权利要求1所述的液氢加注系统，其特征在于，还包括：

第二外管，所述第二管路装设于所述第二外管的腔体内，所述第二管路与所述第二外管之间形成夹层。

4.根据权利要求2或3所述的液氢加注系统，其特征在于，

所述夹层为真空夹层。

5.根据权利要求3所述的液氢加注系统，其特征在于，

所述第二管路上设有第一开关阀，所述第一开关阀连接于所述液氢储罐的回气口与所述第三管路和所述第二管路的连接节点之间的所述第二管路，以沿所述第二管路与所述液氢储罐的回气口连通。

6.根据权利要求5所述的液氢加注系统，其特征在于，

所述第二管路上设有第二开关阀，所述第二开关阀连接于所述柱塞泵的回流口与所述第三管路和所述第二管路的连接节点之间的所述第二管路，以沿所述第二管路与所述柱塞泵的回流口连通。

7.根据权利要求6所述的液氢加注系统，其特征在于，还包括：

放散阀，所述放散阀设置在所述第二管路上，所述第二管路的管路压力超过阈值时，所述放散阀打开以排放所述第二管路的氢气。

8.根据权利要求7所述的液氢加注系统，其特征在于，

所述放散阀连接于所述第二开关阀与所述柱塞泵的回流口之间的所述第二管路。

9.根据权利要求1所述的液氢加注系统，其特征在于，还包括：

测温装置，所述柱塞泵的回流口处设有所述测温装置，所述测温装置用于对所述柱塞泵的回流口测温。

10.根据权利要求1所述的液氢加注系统，其特征在于，

所述第一管路还设有第三开关阀，所述第三开关阀用于控制所述第一管路的导通与截止。