一种无排放氢气燃料供应系统的制作方法

1.本发明涉及液氢冷却技术领域，尤其涉及一种无排放氢气燃料供应系统。


背景技术：

2.液氢是仲氢和正氢的混合物。仲氢与正氢的化学性质完全相同，而物理性质有所差异，表现为仲氢的基态能量比正氢低。在各种温度下正、仲氢的平衡混合物，称之为平衡氢。正、仲氢的平衡浓度在273k以下随温度变化而变化。温度在273k以上的正、仲氢平衡混合物称为正常氢，由75％正氢和25％仲氢组成。氢在液化和贮存时，由于自动催化作用，正氢会转化为仲氢并放出热量，使液氢产生蒸发损失，所以液氢产品中要求仲氢含量至少在95％以上，即要求液化时将正氢基本上都催化转化为仲氢。
3.液氮在常压下，液氮温度为-196℃；1立方米的液氮可以膨胀至696立方米21℃的纯气态氮。液氮是无色、无味，在高压下低温的液体和气体。
4.目前氢在液化和贮存时，由于自动催化作用，正氢会转化为仲氢并放出热量，考虑到液氢的生产成本较高，因此为了将液氢的使用率发挥最大化，减小由于发热造成的损失，因此需要一种能够对液氢储罐进行有效降温冷却的系统。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供了一种无排放氢气燃料供应系统，在使用时通过盘管将整个液氢储罐包围起来，通过第一输送管道将液氮储罐内的低温液氮通入到盘管内，通过盘管内的液氮对液氢储罐进行温度补偿，将液氢储罐挥发出的热量进行吸收和冷却，进而降低液氢储罐内部的温度减少热量挥发，吸收了热量的液氮通过盘管一端的气液分离器进行气化排出，这样通过液氮为液氢冷却降温，减小了液氢的挥发损失，提高了使用率，间接的降低了使用和生产成本。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：包括液氢储罐，所述液氢储罐上连接有补偿单元和气化单元，所述补偿单元用于对液氢储罐进行精准的降温控制，所述气化单元用于将液氢气化后供给使用；
8.所述补偿单元包括液氮储罐，所述液氮储罐上连接有第一输送管道，所述第一输送管道上一端设有盘管，所述盘管缠绕在所述液氢储罐上，所述盘管的另一端设有气液分离器。
9.进一步地，所述第一输送管道上设有溢流阀。
10.进一步地，所述第一输送管道靠近液氮储罐的一端依次设有输入根部阀和安全阀。
11.进一步地，所述第一输送管道上设有第一温度变送器，所述液氢储罐上设有第二温度变送器。
12.进一步地，所述气化单元设有第二输送管道，所述第二输送管道上设有气化组，所
述气化组包括第一气化器和第二气化器，所述第一气化器和第二气化器为并联关系，且第二输送管道上设有plc控制系统。
13.进一步地，所述第一气化器和第二气化器的进气端分别设有第一进液阀和第二进液阀且与plc控制系统相连接。
14.进一步地，所述第一输送管道上设有依次设有流量计和流量调节阀，所述流量调节阀与plc控制系统相连接。
15.综上所述，本发明的有益技术效果为：
16.(1)利用第一输送管道将液氮储罐内的低温液氮通入到盘管内，通过盘管内的液氮对液氢储罐进行温度补偿，将液氢储罐挥发出的热量进行吸收，吸收了热量的液氮通过盘管一端的气液分离器进行气化排出，这样通过液氮为液氢冷却降温，减小了液氢的挥发损失，提高了使用率，间接的降低了使用和生产成本。
17.(2)利用plc控制系统分别控制第一气化器和第二气化器进行交替使用，避免了长时间使用同一个气化器而造成气化器自身的结冰影响气化效果。
18.(3)利用第二温度变送器与plc控制系统相连接可以液氢储罐当前的温度反馈并及时作用第一输送管道上的流量调节阀控制液氮流量。
附图说明
19.图1是本发明系统示意图。
20.附图标记：1、液氢储罐；2、液氮储罐；3、气液分离器；4、第一输送管道；5、第二输送管道；6、plc控制系统；7、第一气化器；8、第二气化器；9、输入根部阀；10、安全阀；11、流量计；12、流量调节阀；13、第一温度变送器；14、第二温度变送器；15、第一进液阀；16、第二进液阀；17、压力显示器；18、盘管；19、溢流阀；20、用气点。
具体实施方式
21.下面将结合实施例对本发明进行清楚、完整地描述。
22.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
23.在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.参见附图1，所示一种无排放氢气燃料供应系统，包括液氢储罐1，液氢储罐1的外围包裹有不锈钢材质的盘管18，盘管18一端连接有补偿单元，另一端连接有气液分离器3，液氢储罐1上还连接有气化单元；
25.其中补偿单元设有液氮储罐2，液氮储罐2上设有第一输送管道4，第一输送管道4与盘管18相连接，在对液氢储罐1冷却时通过第一输送管道4将液氮储罐2内的液氮输送到盘管18内，通过盘管18内的液氮对液氢储罐1挥发的热量进行吸收和温度补偿，将液氢储罐1内的温度维持在一个稳定的数值，进而降低了整个液氢的挥发损失，提高了使用率和降低
了生产、使用成本，吸收了热量的液氮通过盘管18另一端的气液分离器3进行气化后排出；
26.第一输送管道4靠近液氮储罐2的一端依次设有输入根部阀9和安全阀10用于提高整条管道的安全性，第一输送管道4位于安全阀10的另一端设有第一温度变送器13用于检测第一输送管道4内液氮的温度，第一输送管道4位于第一温度变送器13的一端依次设有流量计11和流量调节阀12，液氢储罐1上设有第二温度变送器14用于检测液氢储罐1内的温度，第二温度变送器14上连接有plc控制系统6，plc控制系统6上还与流量调节阀12进行连接，通过第二温度变送器14将检测到的液氢储罐1内的温度数值反馈给plc控制系统，plc控制系统6根据反馈的数值控制流量调节阀12调节第一输送管道4内液氮的流量，进而将液氢储罐1的温度维持在一个恒定数值，防止流量过大引起液氢储罐1材料的破坏或流量较小起不到冷却的目的；
27.气化单元设有第二输送管道5，第二输送管道5上设有气化组，气化组用于将来自液氢储罐1内的液氢经过气化后供给用气点20使用，气化组包括第一气化器7和第二气化器8，其中第一气化器7和第二气化器8为并联关系，第一气化器7和第二气化器8的进气端分别设有第一进液阀15和第二进液阀16，第一进液阀15和第二进液阀16均连接在plc控制系统6上，通过plc控制系统6可以控制第一进液阀15和第二进液阀16交替使用，防止长期使用同一个气化器造成结冰而影响气化效果，第一气化器7和第二气化器8的出气端通过管路连接至用气点20。
28.在使用时，首先打开第一输送管道4上的安全阀10和输入根部阀9将液氮储罐2内的液氮通向盘管18盘管18内，通过降温后的盘管18及液氮对液氢储罐1挥发出的热量进行吸热冷却以减少液氢储罐1由于发热带来的挥发，吸收了热量的液氮通过盘管18另一端的气液分离器3经过气化排出，接着通过液氢储罐1上的第二温度变送器14将液氢储罐1内的温度进行检测后将数据反馈到plc控制系统6中，plc控制系统6根据当前液氢储罐1内的温度控制第一输送管道4上的流量调节阀12进行液氮流量的调节直至液氢储罐1内的温度维持在设定温度值内，接着将液氢储罐1内的液氢通过第二输送管道5通向第一气化器7或第二气化器8，通过plc控制系统控制6第一进液阀15和第二进液阀16每24小时调换一次，这样就能实现第一气化器7和第二气化器8的交替使用防止结冰影响气化效果，经过气化后的氢气通过管路输送到用气点20供给使用。
29.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：包括液氢储罐(1)，所述液氢储罐(1)上连接有补偿单元和气化单元，所述补偿单元用于对液氢储罐(1)进行精准的降温控制，所述气化单元用于将液氢气化后供给使用；所述补偿单元包括液氮储罐(2)，所述液氮储罐(2)上连接有第一输送管道(4)，所述第一输送管道(4)上一端设有盘管(18)，所述盘管(18)缠绕在所述液氢储罐(1)上。所述盘管(18)的另一端设有气液分离器(3)。2.根据权利要求1所述的一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：所述第一输送管道(4)上设有溢流阀(19)。3.根据权利要求2所述的一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：所述第一输送管道(4)靠近液氮储罐(2)的一端依次设有输入根部阀(9)和安全阀(10)。4.根据权利要求3所述的一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：所述第一输送管道(4)上设有第一温度变送器(13)，所述液氢储罐(1)上设有第二温度变送器(14)。5.根据权利要求4所述的一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：所述气化单元设有第二输送管道(5)，所述第二输送管道(5)上设有气化组，所述气化组包括第一气化器(7)和第二气化器(8)，所述第一气化器(7)和第二气化器(8)为并联关系，且第二输送管道(5)上设有plc控制系统(6)。6.根据权利要求5所述的一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：所述第一气化器(7)和第二气化器(8)的进气端分别设有第一进液阀(15)和第二进液阀(16)且与plc控制系统(6)相连接。7.根据权利要求6所述的一种无排放氢气燃料供应系统，其特征在于：所述第一输送管道(4)上设有依次设有流量计(11)和流量调节阀(12)，所述流量调节阀(12)与plc控制系统(6)相连接。

技术总结
本发明公开了一种无排放氢气燃料供应系统，涉及液氢冷却技术领域，包括液氢储罐，所述液氢储罐上连接有补偿单元和气化单元，所述补偿单元用于对液氢储罐进行精准的降温控制，所述气化单元用于将液氢气化后供给使用；所述补偿单元包括液氮储罐，所述液氮储罐上连接有第一输送管道，所述第一输送管道上一端设有盘管，所述盘管缠绕在所述液氢储罐上，所述盘管的另一端设有气液分离器，在使用时通过第一输送管道将液氮储罐中低温的液氮通往盘管，通过盘管对液氢储罐进行精准的吸热降温，进而减小了液氢的蒸发损失，降低了液氢输送的成本，通过盘管一端的气液分离器可以将气化后的液氮排出，防止氮气留存在盘管内而影响冷却效果。防止氮气留存在盘管内而影响冷却效果。防止氮气留存在盘管内而影响冷却效果。


技术研发人员：陈晓军 姜志新
受保护的技术使用者：青岛安泰科气体有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/20