CN118375852A - 一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统及其方法，属于液氢技术领域。该液氢快速预冷系统包括液氢增压管路、液氢供给罐、液氢加注管路、快冷却液氢管路、液氢加注罐主体结构、不凝性气体管路、高压不凝性气体瓶和控制器。该系统利用外部输入的间歇性低温不凝性气体，有效抑制液氢预冷过程产生的气膜现象，提升换热效率；通过控制器控制液氢电磁阀的开度在指定范围内正弦或者余弦波动，规律性改变预冷过程的液氢流量和压力，接实现液氢过热度的调控，进一步破坏已形成的稳定气膜。

Description

一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统及其方法

技术领域

本发明属于液氢技术领域，具体涉及一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统及其方法。

背景技术

液氢作为一种清洁能源，其燃烧时只产生水蒸气，不会释放二氧化碳等温室气体。此外，液氢具有高能量密度，能够作为能源的有效存储媒介，有望解决可再生能源间歇性发电的问题。此外，液氢在未来交通运输领域的前景被广泛认可，特别是可以作为燃料电池车辆的能源，以减少对化石燃料的依赖。

尽管液氢的发展前景广阔，但仍面临一些挑战，例如生产成本高、储运安全等问题。在液氢加注或转注过程中，需要进行预冷操作以降低温度。由于液氢的温度非常低，通常在20K左右，这就要求相关的管路和容器的温度也要降至相应的低温。由于热量传导需要时间，将大型容器和长管路的温度冷却至液氢温度可能需要较长时间。为了确保系统内部的所有部分都能达到所需的温度，预冷过程需要充足的时间以实现温度的均匀分布。

在液氢预冷管路时，膜态沸腾作为预冷过程中最重要的换热机制，其绝大部分温降发生在膜态沸腾区，占总温降的比例超过了90％。这一比例远高于其他常见的低温流体，因此液氢系统预冷的时间相对更长。因此，亟需开发一种液氢快速预冷系统。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不择，并提供一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统及其方法。该系统利用不凝性气体破坏预冷过程中产生的稳定气膜，提升换热效率；同时利用波动压力调节，改变预冷过程的液氢压力及流量，实现液氢过热度的调控，进一步对预冷过程的稳定气膜进行破坏，减少预冷时间。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统，包括液氢增压管路、液氢供给罐、液氢加注管路、快冷却液氢管路、液氢加注罐主体结构、不凝性气体管路、高压不凝性气体瓶和控制器；所述液氢加注罐主体结构包括液氢加注外罐和液氢加注内罐；所述高压不凝性气体瓶置于冷却池内；所述冷却池内填充有冷却剂，用于冷却高压不凝性气体瓶内部的不凝性气体；

所述快冷却液氢管路自外向内依次为管路外壁、真空夹层、管路内壁和中心流道；所述管路内壁内部设有管路内嵌流道，且管路内嵌流道上设置若干管路内嵌喷嘴；所述管路内嵌喷嘴一端与管路内嵌流道连通，另一端与中心流道连通，使得外部的不凝性气体通过管路内嵌流道进入中心流道；

所述液氢增压管路依次连接液氢供给罐的底部、第一液氢截止阀、液氢电磁阀、汽化器后与液氢供给罐的顶部连通，将液氢汽化后输入至液氢供给罐进行增压；所述液氢供给罐上设有用于获取其内部压力的压力传感器；

所述液氢加注管路依次连接液氢供给罐的底部、第二液氢截止阀、快冷却液氢管路的中心流道、液氢阀门、液氢计量元件、第三液氢截止阀后与液氢加注内罐连通，利用液氢供给罐内部的液氢进行预冷和加注；

所述液氢加注内罐的内侧壁面设有用于通入不凝性气体的壁面内嵌流道；所述壁面内嵌流道上设有若干壁面内嵌喷嘴，壁面内嵌喷嘴一端与壁面内嵌流道连通，另一端与液氢加注内罐内部连通，将不凝性气体输送至液氢加注内罐内部；

所述液氢加注内罐顶部设有排空管路和增压管路；排空管路和增压管路上分别设有氢气排空阀和氢气增压阀；所述液氢加注内罐底部还设有输送管路，且输送管路上设有第四液氢截止阀；

所述不凝性气体管路的前端依次连接高压不凝性气体瓶、不凝性气体截止阀、不凝性气体电磁阀；不凝性气体管路的后端分为两条支路，第一支路连接快冷却液氢管路的管路内嵌流道，使得不凝性气体通过管路内嵌喷嘴进入中心流道，第二支路连接液氢加注内罐的壁面内嵌流道，使得不凝性气体通过壁面内嵌喷嘴进入液氢加注内罐内部；

所述控制器通过信号线分别与液氢电磁阀、压力传感器和不凝性气体电磁阀连接；控制器获取液氢供给罐的内部压力后，通过反馈信号调节液氢电磁阀的开度；控制器控制不凝性气体电磁阀开关循环。

作为优选，所述液氢加注外罐和液氢加注内罐之间形成真空环境，并设置多层防辐射屏绝热。

作为优选，所述增压管路的出口和输送管路的出口均通过法兰与外部设备连接。

作为优选，所述不凝性气体为氦气或者氢气。

作为优选，所述冷却池内采用液氢或液氮介质作为冷却剂。

作为优选，所述液氢阀门采用球阀、截止阀、调节阀或安全阀。

作为优选，所述液氢计量元件采用质量流量计、液位计、流速计、温度传感器或压力传感器。

作为优选，所述液氢增压管路、液氢加注管路、不凝性气体管路外部均设置绝热材料，防止漏热。

作为优选，所述控制器控制液氢电磁阀的开度在指定范围内正弦或者余弦波动，从而规律性改变供液压力和流量。

第二方面，本发明提供了一种利用第一方面所述液氢快速预冷系统的方法，具体过程如下：

S1：预冷阶段：

打开第一液氢截止阀和液氢电磁阀，启动控制器；液氢供给罐底部的液相空间的部分液氢进入液氢增压管路，随后依次通过第一液氢截止阀、液氢电磁阀进入汽化器吸收热量汽化，最后进入液氢供给罐顶部的气相空间增压，使其具备向外部供液能力；所述压力传感器获取液氢供给罐的内部压力后，通过信号线传递至控制器；控制器通过反馈信号调节液氢电磁阀的开度，使液氢供给罐内部达到设定压力，在整个预冷阶段，液氢供给罐内部压力按正弦波动，规律性控制进入液氢加注管路内液氢的压力和流量；

打开第二液氢截止阀、液氢阀门、第三液氢截止阀和氢气排空阀；来自液氢供给罐的液氢进入液氢加注管路，依次通过第二液氢截止阀进入快冷却液氢管路的中心流道，对快冷却液氢管路进行冷却；随后依次流经液氢阀门、液氢计量元件、第三液氢截止阀进入液氢加注内罐，冷却液氢加注内罐；最终通过氢气排空阀排空；

打开不凝性气体截止阀和不凝性气体电磁阀；控制器控制不凝性气体电磁阀处开启和关闭的循环状态；

所述不凝性气体电磁阀开启时，不凝性气体流通：高压不凝性气体瓶在冷却池内部吸收冷量降温，不凝性气体依次通过不凝性气体截止阀和不凝性气体电磁阀，部分不凝性气体通过第一支路进入快冷却液氢管路的管路内嵌流道，并通过管路内嵌喷嘴进入中心流道；另一部分不凝性气体通过第二支路进入壁面内嵌流道，并通过壁面内嵌喷嘴进入液氢加注内罐内部；最终不凝性气体通过氢气排空阀排出；所述不凝性气体电磁阀关闭时，则不凝性气体不进行流通；通过不凝性气体的流通与否，破坏液氢段的气膜或增加气氢段的扰动，提升冷却效率；

持续上述过程直至快冷却液氢管路的中心流道和液氢加注内罐的温度都达到液氢温度，此时预冷完成，关闭不凝性气体截止阀和不凝性气体电磁阀；

S2：加注阶段：

通过控制器控制液氢供给罐内部的压力维持在相对高压状态，并且固定液氢电磁阀的开度；液氢供给罐内部的液氢通过液氢加注管路输送至液氢加注内罐；当液氢加注内罐内部的液氢达到指定液位后，加注完成，关闭第一液氢截止阀、液氢电磁阀、第二液氢截止阀、液氢阀门、第三液氢截止阀，氢气排空阀保持常开状态。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的液氢快速预冷系统，利用外部输入的间歇性低温不凝性气体，有效抑制液氢预冷过程产生的气膜现象，提升换热效率；

(2)本发明提供的液氢快速预冷系统结合不凝性气体输入需求，对快冷却液氢管路和液氢加注内罐壁面结构进行优化设计，通过设置多个并联的气体喷嘴，增加表面的液氢汽化核心数量，从而强化沸腾换热；

(3)本发明提供的液氢快速预冷系统中采用控制器控制液氢电磁阀的开度在指定范围内正弦或者余弦波动，规律性改变预冷过程的液氢流量和压力。这样可以间接实现液氢过热度的调控，进一步破坏已形成的稳定气膜。

综上，本发明提供的系统能够提升预冷效率，并减小整体预冷时间。这种方法不仅提高了能效，还有助于节省成本和时间，对液氢的储存和运输具有重要意义。

附图说明

图1为本发明提供的液氢快速预冷系统示意图；

图中：液氢增压管路1、液氢供给罐2、第一液氢截止阀3、液氢电磁阀4、汽化器5、压力传感器6、液氢加注管路7、第二液氢截止阀8、快冷却液氢管路9、管路外壁10、真空夹层11、管路内壁12、管路内嵌流道13、管路内嵌喷嘴14、中心流道15、液氢阀门16、液氢计量元件17、第三液氢截止阀18、液氢加注外罐19、液氢加注内罐20、壁面内嵌流道21、壁面内嵌喷嘴22、氢气排空阀23、氢气增压阀24、法兰25、第四液氢截止阀26、不凝性气体管路27、高压不凝性气体瓶28、冷却池29、不凝性气体截止阀30、不凝性气体电磁阀31、信号线32、控制器33。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统。该液氢快速预冷系统包括液氢增压管路1、液氢供给罐2、液氢加注管路7、快冷却液氢管路9、液氢加注罐主体结构、不凝性气体管路27、高压不凝性气体瓶28和控制器33。液氢加注罐主体结构包括液氢加注外罐19和液氢加注内罐20，且液氢加注内罐20设置在液氢加注外罐19内。高压不凝性气体瓶28内填充有不凝性气体，且高压不凝性气体瓶28置于冷却池29内。冷却池29内填充有冷却剂，用于冷却高压不凝性气体瓶28内部的不凝性气体。

需要说明的是，不凝性气体是指那些不会随着制冷剂一起冷凝的气体。不凝性气体能够有效抑制液氢预冷过程产生的气模现象，从而提高换热效率。本实施例中不凝性气体采用氦气或者氢气。冷却池29内的冷却剂采用液氢或液氮介质。

为了最小化液氢加注内罐中液氢的热损失，防止外部热量传入内罐，本实施例中液氢加注内罐20和液氢加注外罐19之间形成真空环境。真空环境是一种极好的绝热方式，能够几乎完全消除了通过对流和传导方式的热传递。进一步的，液氢加注外罐19和液氢加注内罐20之间还设置多层防辐射屏，这些防辐射屏通常由反射性材料制成，它们能够反射热辐射，减少热量通过辐射方式进入内罐，进一步绝热。

在本发明的系统中，快冷却液氢管路9包括三层不锈钢管壁，自外向内依次为管路外壁10、真空夹层11、管路内壁12和中心流道15。所述管路内壁12内部设有管路内嵌流道13，且管路内嵌流道13上设置若干管路内嵌喷嘴14。所述管路内嵌喷嘴14一端与管路内嵌流道13连通，另一端与中心流道15连通，使得外部的不凝性气体通过管路内嵌流道13进入中心流道15。需要说明的是，管路内嵌喷嘴14的数量可根据实际需求设置多个，在实现输入不凝性气体的同时，还能对表面结构进行优化，增加表面的液氢汽化核心数量。

在本发明的系统中，液氢增压管路1依次连接液氢供给罐2的底部、第一液氢截止阀3、液氢电磁阀4、汽化器5后与液氢供给罐2的顶部连通，将液氢汽化后输入至液氢供给罐2进行增压。液氢供给罐2上设有用于获取其内部压力的压力传感器6。

在本发明的系统中，液氢加注管路7依次连接液氢供给罐2的底部、第二液氢截止阀8、快冷却液氢管路9的中心流道15、液氢阀门16、液氢计量元件17、第三液氢截止阀18后与液氢加注内罐20连通，利用液氢供给罐2内部的液氢进行预冷和加注。

需要说明的是，液氢阀门是液氢加注系统中的一种通用的阀门，用于控制和管理液态氢的流动。在液氢加注系统中，这些阀门的主要作用是确保液氢能够安全、有效地从储存容器转移到另一个容器或系统中。由于液氢在极低温度下才能保持液态，因此这些阀门必须能够承受极端的低温环境。本发明对液氢阀门的具体类型和材质并不作具体限定，本领域技术人员能够根据具体工况选择适用于液氢加注系统的阀门，比如球阀、截止阀、调节阀或安全阀等。

需要说明的是，液氢计量单元是液氢加注系统中负责精确测量液氢流量的设备，确保液氢的加注过程准确高效。本发明对液氢计量单元具体类型和材质并不作具体限定，本领域技术人员能够根据具体工况选择合适的计量单元，比如质量流量计、液位计、流速计、温度传感器或压力传感器等。

在本发明的系统中，液氢加注内罐20的内侧壁面设有用于通入不凝性气体的壁面内嵌流道21。壁面内嵌流道21上设有若干壁面内嵌喷嘴22，壁面内嵌喷嘴22一端与壁面内嵌流道21连通，另一端与液氢加注内罐20内部连通，将不凝性气体输送至液氢加注内罐20内部。需要说明的是，壁面内嵌喷嘴22的数量可根据实际需求设置多个，在实现输入不凝性气体的同时，还能对表面结构进行优化，增加表面的液氢汽化核心数量。

在本发明的系统中，液氢加注内罐20顶部设有排空管路和增压管路。排空管路和增压管路上分别设有氢气排空阀23和氢气增压阀24。液氢加注内罐20底部还设有输送管路，且输送管路上设有第四液氢截止阀26。增压管路的出口和输送管路的出口均通过法兰25与外部设备连接。

需要说明的是，增压管路的主要作用是提供一个压力源，以确保液氢能够从储罐中被有效地输送出来。这通常通过使用压缩气体或液体来实现，这些压缩介质可以是氢气或其他兼容的气体。增压管路通过增加系统的压力来克服流动阻力和重力，使得液氢能够流向所需的位置。而输送管路的作用则是将液氢从储存罐输送到使用点。输送管路需要保持一定的冷却温度，以防止液氢在输送过程中蒸发变成气体，这通常通过绝热材料或冷却系统来实现。

本发明对增压管路、输送管路以及它们连接的外部设备并不做具体限制，本领域技术人员可以根据实际工况进行选择。

在本发明的系统中，不凝性气体管路27的前端依次连接高压不凝性气体瓶28、不凝性气体截止阀30、不凝性气体电磁阀31。不凝性气体管路27的后端分为两条支路。不凝性气体管路27后端的第一支路连接快冷却液氢管路9的管路内嵌流道13，使得不凝性气体可以通过管路内嵌喷嘴14进入中心流道15。不凝性气体管路27后端的第二支路连接液氢加注内罐20的壁面内嵌流道21，使得不凝性气体可以通过壁面内嵌喷嘴22进入液氢加注内罐20内部。

在本发明的系统中，控制器33通过信号线32分别与液氢电磁阀4、压力传感器6和不凝性气体电磁阀31连接。控制器33通过信号线32获取液氢供给罐2的内部压力后，通过反馈信号调节液氢电磁阀4的开度。需要说明的是，本实施例中控制器33能够控制液氢电磁阀4的开度在指定范围内呈正弦或者余弦波动，从而规律性改变供液压力和流量。

在本发明的系统中，控制器33还能够控制不凝性气体电磁阀31进入快速开启-关闭循环。不凝性气体电磁阀31内部具有电磁线圈，当电流通电时，会产生磁场，这个磁场可以吸引或释放电磁阀内的铁磁性材料，从而实现电磁阀的快速开启或关闭。

液氢作为一种极低温的液体，其储存和输送过程中的热管理至关重要。为了保持液氢输送过程中的低温状态和减少热量的损失。本实施例中液氢增压管路1、液氢加注管路7和不凝性气体管路27等部件的外部均设置绝热材料，防止漏热。

本发明还提供了一种利用上述液氢快速预冷系统的方法，包括预冷阶段和加注阶段。假设系统已完成置换，所有阀门处于关闭状态，所有装置处于停止运行状态。

S1：预冷阶段：

打开第一液氢截止阀3和液氢电磁阀4，启动控制器33。液氢供给罐2底部的液相空间的部分液氢进入液氢增压管路1，随后依次通过第一液氢截止阀3、液氢电磁阀4进入汽化器5吸收热量汽化，最后进入液氢供给罐2顶部的气相空间增压，使其具备向外部供液能力。所述压力传感器6获取液氢供给罐2的内部压力后，通过信号线32传递至控制器33。控制器33通过反馈信号调节液氢电磁阀4的开度，使液氢供给罐2内部达到设定压力，在整个预冷阶段，液氢供给罐2内部压力按正弦波动，规律性控制进入液氢加注管路7内液氢的压力和流量。

打开第二液氢截止阀8、液氢阀门16、第三液氢截止阀18和氢气排空阀23。来自液氢供给罐2的液氢进入液氢加注管路7，依次通过第二液氢截止阀8进入快冷却液氢管路9的中心流道15，对快冷却液氢管路9进行冷却。随后依次流经液氢阀门16、液氢计量元件17、第三液氢截止阀18进入液氢加注内罐20，冷却液氢加注内罐20。最终通过氢气排空阀23排空。

打开不凝性气体截止阀30和不凝性气体电磁阀31。控制器33控制不凝性气体电磁阀31处开启和关闭的循环状态。

所述不凝性气体电磁阀31开启时，不凝性气体流通：高压不凝性气体瓶28在冷却池29内部吸收冷量降温，不凝性气体依次通过不凝性气体截止阀30和不凝性气体电磁阀31，部分不凝性气体通过第一支路进入快冷却液氢管路9的管路内嵌流道13，并通过管路内嵌喷嘴14进入中心流道15。另一部分不凝性气体通过第二支路进入壁面内嵌流道21，并通过壁面内嵌喷嘴22进入液氢加注内罐20内部。最终不凝性气体通过氢气排空阀23排出。所述不凝性气体电磁阀31关闭时，则不凝性气体不进行流通。通过不凝性气体的流通与否，破坏液氢段的气膜或增加气氢段的扰动，提升冷却效率。

持续上述过程直至快冷却液氢管路9的中心流道15和液氢加注内罐20的温度都达到液氢温度，此时预冷完成，关闭不凝性气体截止阀30和不凝性气体电磁阀31。

S2：加注阶段：

通过控制器33控制液氢供给罐2内部的压力维持在相对高压状态，并且固定液氢电磁阀4的开度。液氢供给罐2内部的液氢通过液氢加注管路7输送至液氢加注内罐20。当液氢加注内罐20内部的液氢达到指定液位后，加注完成，关闭第一液氢截止阀3、液氢电磁阀4、第二液氢截止阀8、液氢阀门16、第三液氢截止阀18，氢气排空阀23保持常开状态。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用不凝性气体的液氢快速预冷系统，其特征在于，包括液氢增压管路(1)、液氢供给罐(2)、液氢加注管路(7)、快冷却液氢管路(9)、液氢加注罐主体结构、不凝性气体管路(27)、高压不凝性气体瓶(28)和控制器(33)；所述液氢加注罐主体结构包括液氢加注外罐(19)和液氢加注内罐(20)；所述高压不凝性气体瓶(28)置于冷却池(29)内；所述冷却池(29)内填充有冷却剂，用于冷却高压不凝性气体瓶(28)内部的不凝性气体；

所述快冷却液氢管路(9)自外向内依次为管路外壁(10)、真空夹层(11)、管路内壁(12)和中心流道(15)；所述管路内壁(12)内部设有管路内嵌流道(13)，且管路内嵌流道(13)上设置若干管路内嵌喷嘴(14)；所述管路内嵌喷嘴(14)一端与管路内嵌流道(13)连通，另一端与中心流道(15)连通，使得外部的不凝性气体通过管路内嵌流道(13)进入中心流道(15)；

所述液氢增压管路(1)依次连接液氢供给罐(2)的底部、第一液氢截止阀(3)、液氢电磁阀(4)、汽化器(5)后与液氢供给罐(2)的顶部连通，将液氢汽化后输入至液氢供给罐(2)进行增压；所述液氢供给罐(2)上设有用于获取其内部压力的压力传感器(6)；

所述液氢加注管路(7)依次连接液氢供给罐(2)的底部、第二液氢截止阀(8)、快冷却液氢管路(9)的中心流道(15)、液氢阀门(16)、液氢计量元件(17)、第三液氢截止阀(18)后与液氢加注内罐(20)连通，利用液氢供给罐(2)内部的液氢进行预冷和加注；

所述液氢加注内罐(20)的内侧壁面设有用于通入不凝性气体的壁面内嵌流道(21)；所述壁面内嵌流道(21)上设有若干壁面内嵌喷嘴(22)，壁面内嵌喷嘴(22)一端与壁面内嵌流道(21)连通，另一端与液氢加注内罐(20)内部连通，将不凝性气体输送至液氢加注内罐(20)内部；

所述液氢加注内罐(20)顶部设有排空管路和增压管路；排空管路和增压管路上分别设有氢气排空阀(23)和氢气增压阀(24)；所述液氢加注内罐(20)底部还设有输送管路，且输送管路上设有第四液氢截止阀(26)；

所述不凝性气体管路(27)的前端依次连接高压不凝性气体瓶(28)、不凝性气体截止阀(30)、不凝性气体电磁阀(31)；不凝性气体管路(27)的后端分为两条支路，第一支路连接快冷却液氢管路(9)的管路内嵌流道(13)，使得不凝性气体通过管路内嵌喷嘴(14)进入中心流道(15)，第二支路连接液氢加注内罐(20)的壁面内嵌流道(21)，使得不凝性气体通过壁面内嵌喷嘴(22)进入液氢加注内罐(20)内部；

所述控制器(33)通过信号线(32)分别与液氢电磁阀(4)、压力传感器(6)和不凝性气体电磁阀(31)连接；控制器(33)获取液氢供给罐(2)的内部压力后，通过反馈信号调节液氢电磁阀(4)的开度；控制器(33)控制不凝性气体电磁阀(31)开关循环。

2.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述液氢加注外罐(19)和液氢加注内罐(20)之间形成真空环境，并设置多层防辐射屏绝热。

3.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述增压管路的出口和输送管路的出口均通过法兰(25)与外部设备连接。

4.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述不凝性气体为氦气或者氢气。

5.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述冷却池(29)内采用液氢或液氮介质作为冷却剂。

6.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述液氢阀门(16)采用球阀、截止阀、调节阀或安全阀。

7.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述液氢计量元件(17)采用质量流量计、液位计、流速计、温度传感器或压力传感器。

8.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述液氢增压管路(1)、液氢加注管路(7)、不凝性气体管路(27)外部均设置绝热材料，防止漏热。

9.根据权利要求1所述的液氢快速预冷系统，其特征在于，所述控制器(33)控制液氢电磁阀(4)的开度在指定范围内正弦或者余弦波动，从而规律性改变供液压力和流量。

10.一种利用权利要求1～9任一所述液氢快速预冷系统的方法，其特征在于，具体过程如下：

S1：预冷阶段：

打开第一液氢截止阀(3)和液氢电磁阀(4)，启动控制器(33)；液氢供给罐(2)底部的液相空间的部分液氢进入液氢增压管路(1)，随后依次通过第一液氢截止阀(3)、液氢电磁阀(4)进入汽化器(5)吸收热量汽化，最后进入液氢供给罐(2)顶部的气相空间增压，使其具备向外部供液能力；所述压力传感器(6)获取液氢供给罐(2)的内部压力后，通过信号线(32)传递至控制器(33)；控制器(33)通过反馈信号调节液氢电磁阀(4)的开度，使液氢供给罐(2)内部达到设定压力，在整个预冷阶段，液氢供给罐(2)内部压力按正弦波动，规律性控制进入液氢加注管路(7)内液氢的压力和流量；

打开第二液氢截止阀(8)、液氢阀门(16)、第三液氢截止阀(18)和氢气排空阀(23)；来自液氢供给罐(2)的液氢进入液氢加注管路(7)，依次通过第二液氢截止阀(8)进入快冷却液氢管路(9)的中心流道(15)，对快冷却液氢管路(9)进行冷却；随后依次流经液氢阀门(16)、液氢计量元件(17)、第三液氢截止阀(18)进入液氢加注内罐(20)，冷却液氢加注内罐(20)；最终通过氢气排空阀(23)排空；

打开不凝性气体截止阀(30)和不凝性气体电磁阀(31)；控制器(33)控制不凝性气体电磁阀(31)处开启和关闭的循环状态；

所述不凝性气体电磁阀(31)开启时，不凝性气体流通：高压不凝性气体瓶(28)在冷却池(29)内部吸收冷量降温，不凝性气体依次通过不凝性气体截止阀(30)和不凝性气体电磁阀(31)，部分不凝性气体通过第一支路进入快冷却液氢管路(9)的管路内嵌流道(13)，并通过管路内嵌喷嘴(14)进入中心流道(15)；另一部分不凝性气体通过第二支路进入壁面内嵌流道(21)，并通过壁面内嵌喷嘴(22)进入液氢加注内罐(20)内部；最终不凝性气体通过氢气排空阀(23)排出；所述不凝性气体电磁阀(31)关闭时，则不凝性气体不进行流通；通过不凝性气体的流通与否，破坏液氢段的气膜或增加气氢段的扰动，提升冷却效率；

持续上述过程直至快冷却液氢管路(9)的中心流道(15)和液氢加注内罐(20)的温度都达到液氢温度，此时预冷完成，关闭不凝性气体截止阀(30)和不凝性气体电磁阀(31)；

S2：加注阶段：

通过控制器(33)控制液氢供给罐(2)内部的压力维持在相对高压状态，并且固定液氢电磁阀(4)的开度；液氢供给罐(2)内部的液氢通过液氢加注管路(7)输送至液氢加注内罐(20)；当液氢加注内罐(20)内部的液氢达到指定液位后，加注完成，关闭第一液氢截止阀(3)、液氢电磁阀(4)、第二液氢截止阀(8)、液氢阀门(16)、第三液氢截止阀(18)，氢气排空阀(23)保持常开状态。