一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统，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；本实用新型专利技术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。大大提高了换热系数和预冷速度。大大提高了换热系数和预冷速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统


[0001]本技术涉及加氢站加氢
，具体地指一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]美国机动车工程师学会SAE发布的SAE J2601
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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
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33℃至
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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。
[0005]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
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33℃至
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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
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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。
[0006] 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
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40℃)之间所释放的热量，全部由低压蒸发温度(蒸发温度至少
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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
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50℃)，能耗更高。

技术实现思路

[0007]本技术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。
[0008]本技术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，所述高压氢气管线上设有流量调节阀。
[0009]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。
[0010]优选地，所述制冷主机包括第一储液器和第二储液器，所述第一储液器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第一储液器回流端连接；所述第二储液器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第二储液器回流端连接，第一储液器、第二储液器、第一压缩机、第二压缩机和冷凝器依次设于循环管线上。
[0011]优选地，所述第一储液器出液端与第二储液器进液端通过管线连接，第二储液器出气端与第一压缩机输入端通过管线连接，冷凝器输出端与第一储液器进液端通过管线连接，冷凝器输入端与第二压缩机输出端通过管线连接，第一压缩机输出端与第二压缩机输入端通过管线连接。
[0012]优选地，所述第一储液器出气端通过连接管与第二压缩机输入端连接。
[0013]优选地，所述冷凝器与第一储液器之间的管线上还设有第一膨胀阀，所述第一储液器与第二储液器之间的管线上还设有第二膨胀阀。
[0014]优选地，第一换热器外壁上靠近高压氢气管线氢气入口处设置有第一温度传感器，用于检测第一换热器壁面温度TW1；第二换热器外壁上靠近高压氢气管线氢气入口处设置有第二温度传感器，用于检测第二换热器壁面温度TW2；第一换热器所在区域的高压氢气管线氢气出口处设置有第三温度传感器，用于检测第一换热器出口氢气温度TH1；第二换热器所在区域的高压氢气管线氢气出口处设置有第四温度传感器，用于检测第二换热器出口氢气温度TH2。
[0015]优选地，所述第一输出管线上设有第一液泵，所述第二输出管线上设有第二液泵，所述第一液泵入口处设有第五温度传感器，用于检测第一液泵入口处的制冷剂温度TR1，所述第二液泵入口处设有第六温度传感器，用于检测第二液泵入口处的制冷剂温度TR2。
[0016]本技术的有益效果：
[0017]1、本技术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。
[0018]2、本技术相对于单蒸发预冷系统，双蒸发温度换热器的布置相当于将一个大换热器拆分成两个较小的不同蒸发温度的换热器，不会对换热器成本造成大幅提升，但是会提高预冷系统整体的蒸发温度，从而提高预冷系统COP，减少能耗；此外相对于载冷剂间接储能和换热，采用制冷剂直接储能和换热，可以进一步提高了预冷系统蒸发温度，还可以
提高换热器中的换热系数和降温速度，从而实现加氢系统整体性能的提高。
附图说明
[0019]图1 为一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细描述。
[0021]如图1所示，一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统，包括高压氢气管线1，高压氢气管线1输出端与预冷系统2输入端连接，预冷系统2包括制冷主机2.1，所述制冷主机2.1通过管线分别与第一换热器2.2和第二换热器2.3连接，第一换热器2.2和第二换热器2.3分别布设于高压氢气管线1输送前侧和输送后侧，所述高压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统，包括高压氢气管线（1），高压氢气管线（1）输出端与预冷系统（2）输入端连接，其特征在于：预冷系统（2）包括制冷主机（2.1），所述制冷主机（2.1）通过管线分别与第一换热器（2.2）和第二换热器（2.3）连接，第一换热器（2.2）和第二换热器（2.3）分别布设于高压氢气管线（1）输送前侧和输送后侧，所述高压氢气管线（1）上设有流量调节阀（9）。2.根据权利要求1所述的一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统，其特征在于：所述制冷主机（2.1）一输出端通过第一输出管线（2.4）与第一换热器（2.2）输入端连接，第一换热器（2.2）输出端通过第一回流管线（2.5）与制冷主机（2.1）一回流端连接；所述制冷主机（2.1）另一输出端通过第二输出管线（2.6）与第二换热器（2.2）输入端连接，第二换热器（2.2）输出端通过第二回流管线（2.7）与制冷主机（2.1）另一回流端连接。3.根据权利要求2所述的一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统，其特征在于：所述制冷主机（2.1）包括第一储液器（2.1.1）和第二储液器（2.1.2），所述第一储液器（2.1.1）输出端通过第一输出管线（2.4）与第一换热器（2.2）输入端连接，第一换热器（2.2）输出端通过第一回流管线（2.5）与第一储液器（2.1.1）回流端连接；所述第二储液器（2.1.2）输出端通过第二输出管线（2.6）与第二换热器（2.2）输入端连接，第二换热器（2.2）输出端通过第二回流管线（2.7）与第二储液器（2.1.2）回流端连接，第一储液器（2.1.1）、第二储液器（2.1.2）、第一压缩机（2.1.3）、第二压缩机（2.1.4）和冷凝器（2.1.5）依次设于循环管线（2.1.3）上。4.根据权利要求3所述的一种基于双蒸发温度的加氢预冷系统，其特征在于：所述第一储液器（2.1.1）出液端与第二储液器（2.1.2）进液端通过管线连接，第二储液器（2.1.2）出气端与第一压缩机（...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾玲俐，尹立坤，蔺新星，吴一梅，陈建业，邵双全，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：新型
国别省市：