利用双级并联式混合制冷剂制冷的低温超临界氢储存系统技术方案

本发明专利技术提供一种利用双级并联式混合制冷剂制冷的低温超临界氢储存系统，包括氢气压缩冷却系统、预冷混合制冷剂压缩冷却系统、深冷混合制冷剂压缩冷却系统、一级换热系统、二级换热系统、三级换热系统、四级换热系统、五级换热系统以及六级换热系统。其中，氢气依次通过氢气压缩冷却系统、一级换热系统、二级换热系统、三级换热系统、四级换热系统、五级换热系统以及六级换热系统，转变为低温超临界氢，储存至氢储罐。预冷混合制冷剂用于对氢气和深冷混合制冷剂进行预冷，可以充分利用混合制冷剂对氢气的冷却，减少生产成本，提升冷却效果，并且混合制冷剂在系统中循环性能好。混合制冷剂在系统中循环性能好。混合制冷剂在系统中循环性能好。

【技术实现步骤摘要】
利用双级并联式混合制冷剂制冷的低温超临界氢储存系统


[0001]本专利技术涉及氢气存储
，具体涉及一种利用双级并联式混合制冷剂制冷的低温超临界氢储存系统。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁、高效、可再生的绿色能源，具有燃烧热值高、能量密度大、来源广泛、利用形式多、可储能等特点，有利于改善能源结构、推动能源革命、实现“碳中和、碳达峰”的发展目标。
[0003]制氢、储氢、运氢、加氢是一套完整的系统工程，其中，储氢作为氢气应用中的重要组成部分，现有技术中的高压气态储存法是目前应用较为广泛的方法，其通过将氢气加压到高压状态进行存储，虽然高压气体储存法成本低廉、简单易行，但存储密度低、需要厚重耐压容器且易放生泄露。而低温液态储氢法通过压缩降温的方法，使得氢气液化成为液态氢，虽然低温液态储氢法安全性较好，循环性能优良，但氢气液化需要达到
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253℃的低温，液化流程能耗和成本较高、技术难度大，且长期储存蒸发损失大。与高压气氢相比，低温超临界氢存储密度更大，且不受加注时温升的影响，有利于提高氢能利用效率，并且超临界氢不需要达到液氢的
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253℃低温，因此可以节约能源，同时避免了液氢蒸发等问题。
[0004]中国专利CN115854651A公开了一种利用制冷机预冷的氢液化方法及装置，并具体公开了：氢液化装置包括依次连接的高压氢气源、减压阀、第一正仲氢转换反应器、第二正仲氢转换反应器、第一节流阀、第三正仲氢转换反应器、第二节流阀和液氢储罐；所述的第一正仲氢转换反应器、第二正仲氢转换反应器和第三正仲氢转换反应器分别与第一制冷机、第二制冷器和第三制冷机连接；其中，所述的第一制冷机、第二制冷机和第三制冷机均采用一台或多台制冷机。该装置流程复杂，稳定性和可靠性有待进一步验证。
[0005]中国专利CN115615138A公开了一种氮气和氖气循环膨胀制冷的氢液化系统，并具体公开了：氢液化系统包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、过冷器、第一氮气透平膨胀机、第二氮气透平膨胀机、第一氖气透平膨胀机、第二氖气透平膨胀机、氢气透平膨胀机、氢气低温纯化器、喷射器、液氢储罐。该专利技术的30吨/天的综合能耗为10KWh/kg液氢，11相对较高，流程复杂，稳定性和可靠性有待进一步验证。
[0006]中国专利CN115682628A公开了一种基于混合制冷剂预冷的氢液化系统及工艺，并具体公开了：氢液化系统包括氢气液化管路、预冷冷箱模块、正仲氢转换模块、过冷冷箱模块、液氢储存模块、混合制冷剂压缩模块、氢气制冷剂压缩模块；其中：氢气液化管路依次将预冷模块、正仲氢转换模块、过冷模块、液氢储存模块连接在一起；混合制冷剂压缩模块与预冷冷箱模块连接，用于向预冷冷箱模块提供混合制冷剂；氢气制冷剂压缩模块与过冷冷箱模块连接，用于向过冷冷箱模块提供氢气制冷剂。该氢液化系统在预冷段使用混合制冷剂循环，在过冷段使用氢气制冷循环，制冷剂的流量和压力经过优化，有效降低了能耗，改善了液化过程的换热特性，提高了换热效率，但其流程复杂，成本较高，稳定性和可靠性有待进一步验证。
[0007]中国专利CN209705707U公开了一种基于深冷高压储氢的加氢系统，并具体公开了：加氢系统包括液氢储罐、液氢增压泵、汽化器、高压气氢瓶、混合器、加氢机、中央控制器，液氢储罐通过管路与液氢增压泵的入口相连通，汽化器的出口通过管路与高压气氢瓶的入口相连通，高压气氢瓶的出口通过管路与混合器一个入口相连通，混合器的出口通过管路与加氢机的入口相连通，加氢系统还包括用于形成和储存超临界氢的深冷高压储氢瓶，液氢增压泵的出口通过管路与深冷高压储氢瓶的入口相连通，深冷高压储氢瓶的出口通过管路与混合器的另一个入口相连通，深冷高压储氢瓶的出口还通过管路与汽化器的入口相连通。其流程复杂，稳定性和可靠性有待进一步验证。
[0008]中国专利CN113446815A公开了一种采用混合制冷氢气液化设备及其使用方法，并具体公开了：氢气液化设备包含常压预冷冷箱Ⅱ，真空深冷冷箱Ⅲ，氢制冷循环压缩机组，氮循环制冷机组，混合冷剂循环制冷机组，预冷段采用混合制冷剂工艺和氮循环制冷工艺作为主要得冷量来源，制冷剂制冷循环为303K至113K温区主要冷量来源，液氮制冷循环为130K至80K温区主要冷量来源，氢制冷循环为80K至20K温区提供冷量，通过引射器回收大部分存储部分产生的BOG。其产品为液氢，存在蒸发损失，且液化成本高，流程复杂，稳定性和可靠性有待进一步验证。

技术实现思路

[0009]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种利用双级并联式混合制冷剂制冷的低温超临界氢储存系统。
[0010]本专利技术提供了一种利用双级并联式混合制冷剂制冷的低温超临界氢储存系统，具有这样的特征，包括：氢气压缩冷却系统，用于将氢气压缩冷却；预冷混合制冷剂压缩冷却系统，用于将预冷混合制冷剂压缩冷却；深冷混合制冷剂压缩冷却系统，用于将深冷混合制冷剂压缩冷却；一级换热系统，用于将来自预冷混合制冷剂压缩冷却系统中冷却后的预冷混合制冷剂分流成气液两相，并将其中的液相预冷混合制冷剂节流降温，节流降温后的预冷混合制冷剂用来对气液两相预冷混合制冷剂、来自氢气压缩冷却系统的氢气、以及来自深冷混合制冷剂压缩冷却系统的深冷混合制冷剂进行冷却；二级换热系统，用于将来自一级换热系统中冷却后的预冷混合制冷剂分流成气液两相，并将其中的液相预冷混合制冷剂节流降温，节流降温后的预冷混合制冷剂用来对气液两相预冷混合制冷剂、来自一级换热系统的氢气和深冷混合制冷剂进行冷却，吸收完热量后的预冷混合制冷剂回到一级换热系统中冷却经过的氢气、预冷混合制冷剂、以及深冷混合制冷剂；三级换热系统，用于将来自二级换热系统中冷却后的预冷混合制冷剂节流降温，节流降温后的预冷混合制冷剂用来对来自二级换热系统的氢气、深冷混合制冷剂、以及预冷混合制冷剂进行冷却，吸收完热量后的预冷混合制冷剂回到二级换热系统中冷却经过的氢气、预冷混合制冷剂、以及深冷混合制冷剂；四级换热系统，用于将来自三级换热系统中冷却后的深冷混合制冷剂分流成两部分，并将其中一部分深冷混合制冷剂膨胀降温，膨胀降温后的深冷混合制冷剂用来对另一部分深冷混合制冷剂和来自三级换热系统的氢气进行冷却，吸收完热量后的一部分深冷混合制冷剂回到三级换热系统中冷却经过的氢气、预冷混合制冷剂、以及深冷混合制冷剂；五级换热系统，用于将来自四级换热系统中冷却后的深冷混合制冷剂分流成两部分，并将其中一部分深冷混合制冷剂膨胀降温，膨胀降温后的深冷混合制冷剂用来对另一部分深冷混
合制冷剂和来自四级换热系统的氢气进行冷却，吸收完热量后的一部分深冷混合制冷剂回到四级换热系统中冷却经过的氢气和深冷混合制冷剂；六级换热系统用于对来自五级换热系统中冷却后的深冷混合制冷剂进行膨胀降温，膨胀降温后的深冷混合制冷剂用来对来自五级换热系统的氢气进行最终冷却，得到低温超临界氢；氢储罐，用于储存来自六级换热系统的低温超临界氢；其中，氢气依次通过氢气压缩冷却系统、一级换热系统、二级换热系统、三级换热系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用双级并联式混合制冷剂制冷的低温超临界氢储存系统，其特征在于，包括：氢气压缩冷却系统，用于将氢气压缩冷却；预冷混合制冷剂压缩冷却系统，用于将预冷混合制冷剂压缩冷却；深冷混合制冷剂压缩冷却系统，用于将深冷混合制冷剂压缩冷却；一级换热系统，用于将来自所述预冷混合制冷剂压缩冷却系统中冷却后的所述预冷混合制冷剂分流成气液两相，并将其中的液相预冷混合制冷剂节流降温，节流降温后的所述预冷混合制冷剂用来对所述气液两相预冷混合制冷剂、来自所述氢气压缩冷却系统的所述氢气、以及来自所述深冷混合制冷剂压缩冷却系统的所述深冷混合制冷剂进行冷却；二级换热系统，用于将来自所述一级换热系统中冷却后的所述预冷混合制冷剂分流成气液两相，并将其中的液相预冷混合制冷剂节流降温，节流降温后的所述预冷混合制冷剂用来对所述气液两相预冷混合制冷剂、来自所述一级换热系统的所述氢气和所述深冷混合制冷剂进行冷却，吸收完热量后的所述预冷混合制冷剂回到所述一级换热系统中冷却经过的所述氢气、所述预冷混合制冷剂、以及所述深冷混合制冷剂；三级换热系统，用于将来自所述二级换热系统中冷却后的所述预冷混合制冷剂节流降温，节流降温后的所述预冷混合制冷剂用来对来自所述二级换热系统的所述氢气、所述深冷混合制冷剂、以及所述预冷混合制冷剂进行冷却，吸收完热量后的所述预冷混合制冷剂回到所述二级换热系统中冷却经过的所述氢气、所述预冷混合制冷剂、以及所述深冷混合制冷剂；四级换热系统，用于将来自所述三级换热系统中冷却后的所述深冷混合制冷剂分流成两部分，并将其中一部分所述深冷混合制冷剂膨胀降温，膨胀降温后的所述深冷混合制冷剂用来对另一部分所述深冷混合制冷剂和来自所述三级换热系统的所述氢气进行冷却，吸收完热量后的一部分所述深冷混合制冷剂回到所述三级换热系统中冷却经过的所述氢气、所述预冷混合制冷剂、以及所述深冷混合制冷剂；五级换热系统，用于将来自所述四级换热系统中冷却后的所述深冷混合制冷剂分流成两部分，并将其中一部分所述深冷混合制冷剂膨胀降温，膨胀降温后的所述深冷混合制冷剂用来对另一部分所述深冷混合制冷剂和来自所述四级换热系统的所述氢气进行冷却，吸收完热量后的一部分所述深冷混合制冷剂回到所述四级换热系统中冷却经过的所述氢气和所述深冷混合制冷剂；六级换热系统用于对来自所述五级换热系统中冷却后的所述深冷混合制冷剂进行膨胀降温，膨胀降温后的所述深冷混合制冷剂用来对来自所述五级换热系统的氢气进行最终冷却，得到低温超临界氢；氢储罐，用于储存来自所述六级换热系统的所述低温超临界氢；其中，所述氢气依次通过所述氢气压缩冷却系统、所述一级换热系统、所述二级换热系统、所述三级换热系统、所述四级换热系统、所述五级换热系统、所述六级换热系统，最后进入所述氢储罐。2.根据权利要求1所述的低温超临界氢储存系统，其特征在于：其中，所述氢气压缩冷却系统包括第一氢气压缩机、第一氢气水冷器、第二氢气压缩机、第二氢气水冷器、第三氢气压缩机、第三氢气水冷器、第四氢气压缩机、第四氢气水冷器、第五氢气压缩机、以及第五氢气水冷器，
所述氢气在所述氢气压缩冷却系统中按顺序依次通过如上设备，并且经所述氢气压缩冷却系统压缩冷却后的所述氢气的压力大于标准临界压力，所述第一氢气压缩机、所述第二氢气压缩机、所述第三氢气压缩机、所述第四氢气压缩机、以及所述第五氢气压缩机用于对所述氢气进行压缩，所述第一氢气水冷器、所述第二氢气水冷器、所述第三氢气水冷器、所述第四氢气水冷器、以及所述第五氢气水冷器用于对每次压缩后的所述氢气进行冷却。3.根据权利要求1所述的低温超临界氢储存系统，其特征在于：其中，所述预冷混合制冷剂压缩冷却系统包括第一预冷混合制冷剂压缩机、第一预冷混合制冷剂水冷器、第一气液分离器、第二预冷混合制冷剂压缩机、第二预冷混合制冷剂水冷器、预冷混合制冷剂泵、以及第一混合器，所述第一预冷混合制冷剂压缩机用于将所述预冷混合制冷剂压缩，所述第一预冷混合制冷剂水冷器用于将所述第一预冷混合制冷剂压缩机压缩后的所述预冷混合制冷剂冷却，所述第一气液分离器用于将经所述第一预冷混合制冷剂水冷器冷却后的所述预冷混合制冷剂分流成气液两相，所述第二预冷混合制冷剂压缩机用于将气相预冷混合制冷剂压缩，所述第二预冷混合制冷剂水冷器用于将经所述第二预冷混合制冷剂压缩机压缩后的所述预冷混合制冷剂冷却，所述预冷混合制冷剂泵用于将液相预冷混合制冷剂压缩，所述第一混合器用于混合经所述第二预冷混合制冷剂水冷器冷却的所述预冷混合制冷剂和经所述预冷混合制冷剂泵压缩的所述预冷混合制冷剂，所述预冷混合制冷剂的组成为甲烷、乙烷、丙烷、正戊烷、氮气以及乙烯。4.根据权利要求1所述的低温超临界氢储存系统，其特征在于：其中，所述深冷混合制冷剂压缩冷却系统包括第一深冷混合制冷剂压缩机、第一深冷混合制冷剂水冷器、第二深冷混合制冷剂压缩机、第二深冷混合制冷剂水冷器、第三深冷混合制冷剂压缩机、以及第三深冷混合制冷剂水冷器，所述深冷混合制冷剂在所述深冷混合制冷剂压缩冷却系统中按顺序依次通过如上设备，所述第一深冷混合制冷剂压缩机、所述第二深冷混合制冷剂压缩机、以及所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：许婧煊，宋泽恺，陈曦，杨其国，张华，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：