[发明专利]一种用于70MPa加氢站的制冷循环方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域，涉及一种加氢站氢气预冷方法，具体来说，是涉及一种用于70MPa加氢站的制冷循环方法及系统。

背景技术

燃料电池汽车技术是一种以氢气为燃料，通过燃料电池将氢气转换为电能作为动力源的高效率、零排放的清洁汽车技术。氢气通过加氢站加氢机进行加注，并以高压形式储存在车载氢气瓶中，主流储存压力分为35MPa和70MPa两种。

目前氢气的加注工艺是：氢气以高于车载储氢瓶的压力储存在加氢站储罐中，当车辆进站加氢时，在压差作用下，氢气从站内储罐经高压管路流经加氢机和电磁阀后进入车载储氢瓶。在站内储罐氢气压力不足时，还需要启动压缩机增压后，再经过加氢机进行加注。

高压氢气在经过电磁阀后在储氢瓶内膨胀，由于氢气的焦汤效应，瓶内温度上升。由于加注速度快，车载储氢瓶不能及时散热，因此造成储氢瓶内温度快速上升，有可能超过目前国际标准规定的85℃，带来极大安全隐患。实际应用发现，35MPa压力等级的加氢过程温升相对较低，通过设置加氢机的加氢控制程序，可保证加氢过程温升在允许范围内。

为了车辆续驶里程考虑，70MPa储氢技术的应用越来越多。经理论分析和试验验证，70MPa加注氢气处于高速流动及膨胀中，温升急剧增加，如果还采取35MPa的加注模式，将造成加氢时间非常长。

而在气源与加氢机之间加入了制冷循环系统之后，能有效地控制加注过程中车载储氢容器内的温度，实现安全可靠的快速加气。实验表明，在70MPa氢气加注设备中加入制冷系统并优化后，加注过程中车载氢气瓶的最高温度可控制在小于85℃，且加注用时明显缩短。

经过调研国外的加氢站，我们得知在德国、日本、美国等国家均已经在加氢系统中加入了制冷循环系统，并且得到了广泛的应用。国外的制冷系统大多使用液氮为冷却介质，并多为单制冷循环。而本发明所提出的制冷系统是采用双制冷循环，并使用乙醇或乙二醇与水的混合液为主要冷却介质，与国外的制冷系统相比本发明能够达到更高的效率和较为低廉的成本。

目前国内正在试点的70MPa加氢系统中也加入了制冷系统(CN201946692U)，该系统为单换热循环，它需要一个大型的冷却液体储存罐，制冷机组直接对储液管内的冷却液制冷，在通过循环泵将冷却液循环入换能器。然而这个设计存在：占地面积较大，冷却液消耗较大，安装条件局限性较大等缺点，且在冷却系统中没有安全放散管路，安全性能方面也有缺陷。而本发明采用双换热循环制冷，大大节省了安装空间，并在系统中加入安全放散管理以应对突发的安全状况。控制方面既能自行监控调节温度，也能与后续加氢机实行通讯对接形成总体控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种安装方便、使用安全且成本相对较为低廉的用于70MPa加氢站的制冷循环方法。

本发明的另一目的是提供一种采用上述方法的用于70MPa加氢站的制冷循环系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于70MPa加氢站的制冷循环方法，该方法为双制冷循环，首先由冷却液与高压氢气进行第一次换热，经换热后的冷却液再与冷凝剂进行第二次换热，形成一次双制冷循环；经第二次换热后的冷却液再次与高压氢气进行换热，开始下一次双制冷循环。

其中，所述冷却液为乙醇或乙二醇与水的混合溶液。冷却液也可以为其它介质，比如热载体油(导热油)，但由于导热油价格比较昂贵，本发明中优选使用乙醇与水的混合溶液作为冷却液。

如下表1和表2，分别为不同比例的乙醇水溶液的冰点和闪点：

乙醇水溶液(体积) 冰点