[发明专利]氢液化循环系统及氢液化装置

说明书

本发明提供一种氢液化循环系统及氢液化装置，氢液化系统包括压缩机、多个换热器以及多个超音速两相膨胀机；预冷管路，至少流经一个换热器；液化管路，气态氢气在液化管路依次流经压缩机、至少一个与预冷管路相共用的换热器到达超音速两相膨胀机，超音速两相膨胀机包括出液侧和出气侧，超音速两相膨胀机的出液侧连接有液氢储罐，超音速两相膨胀机的出气侧流经换热器返回压缩机参与液化循环。由此，本发明通过预冷管路对气态氢气进行预冷，使得气态氢气先预冷降温，然后通过超音速两相膨胀机进一步膨胀制冷、液化，得到液氢，氢液化流程更加简单、能耗更低，且无运动部件的超音速两相膨胀机可以使得系统运行过程中安全性更高、稳定性更强。

技术领域

本发明涉及氢液化技术领域，尤其涉及一种氢液化循环系统及氢液化装置。

背景技术

以气候变化为核心的全球环境问题日益严重，已经成为威胁人类可持续发展的重要挑战，为避免对气候系统造成不可逆转的不利影响，必须采取措施减少和控制温室气体的产生和排放，削减以CO2为主的温室气体排放已成为当今国际社会关注的热点。减少化石能源使用、大力开发利用清洁的氢能是解决CO2排放的重要途经。氢能利用需要解决制取、储运和应用等一系列问题，而储运是其中的重要关键，液态氢的密度远高于气态氢，因此相同体积下液氢能够提供更高的能量密度，伴随氢能大规模开发应用，氢液化将成为一项重要的研究课题。

按制冷方式，氢液化循环主要有：预冷型Linde-Hampson循环、预冷型Claude循环和氦制冷的氢液化循环；改进的氢液化循环主要有：氮预冷循环、氦预冷循环、Joule-Brayton预冷循环、混合制冷剂预冷循环、LNG预冷循环和级联循环。但目前的氢液化循环具有流程复杂、能耗较高、采用高速旋转透平膨胀机存在运行不安全和不稳定的隐患等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种氢液化循环系统，用以解决现有技术中氢液化循环具有流程复杂、能耗较高、采用高速旋转透平膨胀机存在运行不安全和不稳定的技术问题。

本发明实施例提供一种氢液化循环系统，包括：压缩机、多个换热器以及多个超音速两相膨胀机；

预冷管路，至少流经一个所述换热器；

液化管路，气态氢气在所述液化管路依次流经所述压缩机、至少一个与所述预冷管路相共用的所述换热器到达所述超音速两相膨胀机，所述超音速两相膨胀机包括出液侧和出气侧，所述超音速两相膨胀机的出液侧连接有液氢储罐，所述超音速两相膨胀机的出气侧流经所述换热器返回所述压缩机参与液化循环。

根据本发明一个实施例的氢液化循环系统，所述换热器包括第一换热器、第二换热器以及第三换热器，所述第一换热器和所述第二换热器并列设置，所述第三换热器与所述超音速两相膨胀机相连接；

所述预冷管路依次流经所述第三换热器和所述第一换热器；

所述液化管路依次流经所述第一换热器和所述第二换热器，汇合后流至所述第三换热器。

根据本发明一个实施例的氢液化循环系统，所述预冷管路的制冷工质为液氮，液氮依次流经所述第三换热器和所述第一换热器。

根据本发明一个实施例的氢液化循环系统，所述超音速两相膨胀机出气侧还连接节流阀和与所述节流阀相连接的气液分离器；

所述气液分离器一端与所述液氢储罐相连接，另一端连接所述第二换热器。

根据本发明一个实施例的氢液化循环系统，所述换热器包括与所述压缩机相连接的第一换热器、第二换热器以及第三换热器；

所述预冷管路依次流经所述第二换热器和所述第一换热器；

所述液化管路依次流经所述第一换热器、所述第二换热器以及所述第三换热器至所述超音速两相膨胀机。