一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统及其使用方法

1.本发明属于液氢加氢站领域，尤其涉及一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统及其使用方法。


背景技术：

2.液氢加氢站因为可以克服气氢加氢站高成本、设备占地面积大等相关限制，因此而受到广泛关注。目前，液氢加氢站多采用加压汽化技术，利用液氢泵增压后进入汽化器汽化，然后进入级联高压储氢罐，在此过程中需要较高的液氢泵出口压力，因此对液氢泵提出更高的技术要求，由于相关技术限制目前国内很难达到，主要依赖国外进口而导致初始成本投入高。此外，液氢加压汽化过程将高品位冷量当成“冷负荷”，从而导致能耗高的问题。
3.综上所述，如何在降低液氢泵出口压力的同时降低液氢汽化过程能耗，以实现液氢循环汽化增压从而源源不断为氢燃料电池汽车加注，已经成为亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统及其使用方法，利用定容升温实现热压罐8内液氢汽化增压，同时利用低压液氢泵2将液氢循环注入热压罐8，以此实现液氢循环汽化增压从而源源不断为氢燃料电池汽车加注。
5.一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统，包括站用液氢储罐1、液氢泵2、电加热器4、热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10、预热器15和氢气分配器16，其特征在于，
6.所述站用液氢储罐1通过管道与液氢泵2连接，
7.所述液氢泵2通过管道连接到通过管道并行连接的热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10，并行连接的热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10通过管道与预热器15进行连接，预热器15通过管道与氢气分配器16进行连接。
8.优选的，所述液氢泵2的输出端设置有调节阀门i3，所述热压罐8的输入端和输出端分别设置有调节阀门ⅱ5和调节阀门ⅲ11，所述中压储氢罐9的输入端和输出端分别设置有调节阀门ⅳ6和调节阀门
ⅴ
12，所述高压储氢罐10的输入端和输出端分别设置有调节阀门ⅵ7和调节阀门ⅶ13，所述预热器15的输入端设置有调节阀门
ⅷ
14。
9.优选的，所述热压罐8上设置有电加热器4。
10.本发明的目的还在于提出一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统的使用方法，包括以下步骤：
11.步骤s1，调节阀门ⅳ6、调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅲ11、调节阀门
ⅴ
12和调节阀门ⅶ13保持关闭，打开调节阀门i3和调节阀门ⅱ5，所述站用液氢储罐1内的液氢通过液氢泵2将温度为-220℃、压力为35mpa的液氢注入热压罐8；
12.步骤s2，通过电加热器4使热压罐8内液氢汽化并增压，当压力达到35mpa时，关闭调节阀门i3，打开调节阀门ⅳ6和调节阀门
ⅴ
12为中压储氢罐9充注氢气，当压力达到90mpa
后关闭调节阀门ⅳ6、调节阀门
ⅴ
12并开启调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅶ13为高压储氢罐10充注氢气，当压力达到90mpa后关闭调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅶ13；
13.步骤s3，根据热压罐8的内部压力及液氢量开启液氢泵2和调节阀门i3将液氢注入热压罐8，然后开启电加热器4使液氢汽化直至罐内压力达到90mpa；
14.步骤s4，在需要为氢燃料电池汽车加注氢气时，首先从热压罐8开始逐级加注，此时打开调节阀门ⅲ11、调节阀门
ⅷ
14将氢气引入预热器15进行升温，达到-40℃后通过氢气分配器16为氢燃料电池汽车加注；当热压罐8的内部压力降低到不足以为氢燃料电池汽车加注时，开启调节阀门
ⅴ
12并关闭调节阀门ⅲ11使用中压储氢罐9加注，当中压储氢罐9的内部压力降低至不足以加注时，开启调节阀门ⅶ13并关闭调节阀门
ⅴ
12，开始使用高压储氢罐10为氢燃料电池汽车加注至满足需求；
15.步骤s5，当为氢燃料电池汽车完成加注需求后，热压罐8、中压储氢罐9和高压储氢罐10的内部会残留不满足加注压力要求的氢气时，
16.步骤s6，循环步骤s1-s5，实现为氢燃料电池汽车循环加注。
17.优选的，步骤s2中，热压罐8经过电加热将液氢汽化同时温度达到-160℃。
18.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
19.1)本发明中，利用定容升温实现热压罐内液氢汽化增压，同时利用低压液氢泵将液氢循环注入热压罐，以此实现液氢循环汽化增压从而源源不断为氢燃料电池汽车加注；相比传统液氢加压汽化技术，此系统降低了液氢泵出口压力，拥有能耗低、初始成本投入小等优点。
附图说明
20.图1是本发明专利一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统接通结构图。
21.图中附图标记为：
22.1-站用液氢储罐，2-液氢泵，3-调节阀门i，4-电加热器，5-调节阀门ⅱ，6-调节阀门ⅳ，7-调节阀门ⅵ，8-热压罐；9-中压储氢罐；10-高压储氢罐；11-调节阀门ⅲ；12-调节阀门
ⅴ
,13-调节阀门ⅶ，14-调节阀门
ⅷ
，15-预热器；16-氢气分配器。
具体实施方式
23.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的一个宽泛实施例中，一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统，包括站用液氢储罐1、液氢泵2、电加热器4、热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10、预热器15和氢气分配器16，
27.所述站用液氢储罐1通过管道与液氢泵2连接，
28.所述液氢泵2通过管道连接到通过管道并行连接的热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10，并行连接的热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10通过管道与预热器15进行连接，预热器15通过管道与氢气分配器16进行连接。
29.优选的，所述液氢泵2的输出端设置有调节阀门i3，所述热压罐8的输入端和输出端分别设置有调节阀门ⅱ5和调节阀门ⅲ11，所述中压储氢罐9的输入端和输出端分别设置有调节阀门ⅳ6和调节阀门
ⅴ
12，所述高压储氢罐10的输入端和输出端分别设置有调节阀门ⅵ7和调节阀门ⅶ13，所述预热器15的输入端设置有调节阀门
ⅷ
14。
30.优选的，所述热压罐8上设置有电加热器4。
31.本发明的目的还在于提出一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统的使用方法，包括以下步骤：
32.步骤s1，调节阀门ⅳ6、调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅲ11、调节阀门
ⅴ
12和调节阀门ⅶ13保持关闭，打开调节阀门i3和调节阀门ⅱ5，所述站用液氢储罐1内的液氢通过液氢泵2将温度为-220℃、压力为35mpa的液氢注入热压罐8；
33.步骤s2，通过电加热器4使热压罐8内液氢汽化并增压，当压力达到35mpa时，关闭调节阀门i3，打开调节阀门ⅳ6和调节阀门
ⅴ
12为中压储氢罐9充注氢气，当压力达到90mpa后关闭调节阀门ⅳ6、调节阀门
ⅴ
12并开启调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅶ13为高压储氢罐10充注氢气，当压力达到90mpa后关闭调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅶ13；
34.步骤s3，根据热压罐8的内部压力及液氢量开启液氢泵2和调节阀门i3将液氢注入热压罐8，然后开启电加热器4使液氢汽化直至罐内压力达到90mpa；
35.步骤s4，在需要为氢燃料电池汽车加注氢气时，首先从热压罐8开始逐级加注，此时打开调节阀门ⅲ11、调节阀门
ⅷ
14将氢气引入预热器15进行升温，达到-40℃后通过氢气分配器16为氢燃料电池汽车加注；当热压罐8的内部压力降低到不足以为氢燃料电池汽车加注时，开启调节阀门
ⅴ
12并关闭调节阀门ⅲ11使用中压储氢罐9加注，当中压储氢罐9的内部压力降低至不足以加注时，开启调节阀门ⅶ13并关闭调节阀门
ⅴ
12，开始使用高压储氢罐10为氢燃料电池汽车加注至满足需求；
36.步骤s5，当为氢燃料电池汽车完成加注需求后，热压罐8、中压储氢罐9和高压储氢罐10的内部会残留不满足加注压力要求的氢气，
37.步骤s6，循环步骤s1-s5，实现为氢燃料电池汽车循环加注。
38.优选的，步骤s2中，热压罐8经过电加热将液氢汽化同时温度达到-160℃。
39.下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。
40.如图1所示，本实施例提供一种新型泵-热协同增压的液氢加氢站系统，该系统包含站用液氢储罐1、液氢泵2、调节阀门i3、电加热器4、调节阀门ⅱ5，调节阀门ⅳ6，调节阀门ⅵ7、热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10、调节阀门ⅲ11；调节阀门
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12,调节阀门ⅶ13，调节阀门
ⅷ
14、预热器15和氢气分配器16。
41.其中，站用液氢储罐1通过管道与液氢泵2连接，液氢泵2通过管道与并行连接的热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10相连，并行连接热压罐8、中压储氢罐9、高压储氢罐10通过管道与预热器15相连，预热器15通过管道与氢气分配器16连接然后为氢燃料电池汽车加注。
42.本优选实施例具体操作流程如下：
43.站用液氢储罐1中的液氢通过液氢泵2将温度为-220℃、压力为35mpa左右的液氢注入热压罐8；关闭调节阀门i3、调节阀门ⅳ6、调节阀门ⅵ7、调节阀门
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12和调节阀门ⅶ13，通过电加热器4使热压罐8中的液氢汽化并增压，当压力达到35mpa后开启调节阀门ⅳ6、调节阀门
ⅴ
12为中压储氢罐9充注氢气，当压力达到90mpa后关闭调节阀门ⅳ6、调节阀门
ⅴ
12并开启调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅶ13为高压储氢罐10充注氢气，当压力达到90mpa后关闭调节阀门ⅵ7、调节阀门ⅶ13，根据热压罐8罐内压力及液氢量开启液氢泵2和调节阀门i3将液氢注入热压罐8，然后开启电加热器4使液氢汽化直至罐内压力达到90mpa。
44.在需要为氢燃料电池汽车加注氢气时，首先从热压罐8开始逐级加注，此时打开调节阀门ⅲ11、调节阀门
ⅷ
14将氢气引入预热器15进行升温达到-40℃后通过氢气分配器16为氢燃料电池汽车加注，当热压罐8的罐内压力降低到不足以为氢燃料电池汽车加注时开启调节阀门
ⅴ
12并关闭调节阀门ⅲ11使用中压储氢罐9加注，当中压储氢罐9罐内压力降低至不足以加注时开启调节阀门ⅶ13并关闭调节阀门
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12开始使用高压储氢罐10为氢燃料电池汽车加注至满足需求。
45.当为氢燃料电池汽车完成加注需求后，各级罐内会残留不满足加注压力要求的氢气，此时可开启液氢泵2和调节阀门i3再次将温度为-220℃、压力为35mpa左右的液氢注入热压罐8内，然后开启电加热器4使液氢汽化增压，如此循环可解决罐内残留低压氢气的问题，实现为氢燃料电池汽车循环加注。
46.最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。