[发明专利]一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统及其控制方法

说明书

本发明公开一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统及其控制方法，系统包括高压氢气管线，高压氢气管线输出端与预冷系统输入端连接，预冷系统包括制冷主机，所述制冷主机通过管线分别与第一换热器和第二换热器连接，第一换热器和第二换热器分别布设于高压氢气管线输送前侧和输送后侧；本发明将部分预冷负荷利用较高温度制冷剂进行吸收，剩余预冷负荷用低压蒸发温度制冷剂吸收，在保证氢气预冷设定温度情况下，提高了制冷系统整体蒸发温度及COP，从而降低能耗，并采用制冷剂直接储能和满液蒸发换热，大大提高了换热系数和预冷速度。

技术领域

本发明涉及加氢站加氢技术领域，具体地指一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统及其控制方法。

背景技术

为了促进燃料电池车的推广，其相关的技术设施如加氢站的建设也是氢燃料推广的重要一环。目前的技术方案有多种，其中一种是将管拖车长管内的氢气通过压缩机加压后存储在加氢站高压储罐内。加氢时将存放在加氢站的高压储罐中氢气通过流量调节阀，再通过加氢机向燃料电池车的气瓶加氢。

对于车载气瓶，有明确规定车用复合材料气瓶内气体的温度不能超过85℃。不同于大部分气体，在加氢工作区间，氢气具负的焦耳汤姆逊效应，气体绝热节流后温度会显著升高，减压阀后温升有时候高达40℃。此外，在气瓶充注过程中，由于压缩热效应等原因，气瓶内氢气温度急剧上升，难以短时间通过自然散热排掉，危害气瓶安全，影响加氢结束后氢气质量，从而影响车的续航里程。

美国机动车工程师学会SAE发布的SAE J2601-2016《轻质车用氢气充装方案》中建议需要在加氢流程中增加预冷环节，降低氢气温度，规定了加氢站不同的温度等级T40，T30，T20等。T40的加氢站要求在加氢期间，加氢站出口氢气温度保持在到-33℃至-40℃之间。也就是说，氢气预冷环节需要将氢气从较高温度(假设环境温度35℃)降低到较低温度，温度跨度非常大。

此外，由于加氢动作发生存在间歇式，在加氢间隔时间，制冷机组会逐渐升温至环境温度。SAE J2601协议还要求，必须在加氢开始后30s内达到预冷温度范围内，例如，T40的加氢站要在30s内，氢气温度达到-33℃至-40℃之间。制冷机组本身具有启动程序，需要占用时间。且要将换热器温度从环境温度(假设为20℃)冷却到-40℃，一般在较短时间内难以完成。在加氢过程中，预冷负荷会在非常大的范围内波动，对于制冷系统而言，蒸发温度越低，制冷系统COP越低，能耗越高。常规的氢气预冷系统，一般采用单蒸发温度制冷主机进行直接预冷或者间接预冷。

对于单蒸发温度预冷系统，加氢期间氢气温度从常温降低到预冷设定温度(一般为-40℃)之间所释放的热量，全部由低压蒸发温度(蒸发温度至少-45℃)的制冷剂吸收，制冷系统COP较低，进而能耗较大。对于采用单蒸发温度间接预冷系统，由于采用载冷剂，存在两次换热，预冷系统蒸发温度更低(T40, 蒸发温度至少-50℃)，能耗更高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统及其控制方法，将部分预冷负荷利用较高温度制冷剂进行吸收，剩余预冷负荷用低压蒸发温度制冷剂吸收，在保证氢气预冷设定温度情况下，提高制冷系统整体蒸发温度及COP，从而降低能耗，并采用制冷剂直接储能和满液蒸发换热，提高换热系数和预冷速度。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统，包括高压氢气管线，高压氢气管线输出端与预冷系统输入端连接，预冷系统包括制冷主机，所述制冷主机通过管线分别与第一换热器和第二换热器连接，第一换热器和第二换热器分别布设于高压氢气管线输送前侧和输送后侧。

优选地，所述制冷主机一输出端通过第一输出管线与第一换热器输入端连接，第一换热器输出端通过第一回流管线与制冷主机一回流端连接；所述制冷主机另一输出端通过第二输出管线与第二换热器输入端连接，第二换热器输出端通过第二回流管线与制冷主机另一回流端连接。