一种液氢增压供氢系统的制作方法

1.本发明涉及液氢、气氢供应技术领域，具体涉及一种液氢增压供氢系统。

背景技术：

2.在液氢增压供氢系统中，一般通过液氢增压泵将液氢源中的液氢增压后经液氢输送管路供应给用液终端。在液氢增压供氢系统增压供氢前，需先利用液氢对系统整体（包括液氢输送管路及液氢增压泵）进行预冷降温，预冷结束后再利用液氢增压泵将液氢增压供应给用液终端。目前所使用的液氢增压供氢系统存在以下缺点：（1）液氢在预冷及增压过程中均会产生大量气氢，气氢通常的处理方式为：将气氢返回液氢源或者直接通过放散管排放，由于气氢返回液氢源时带入了热量，不仅不利于液氢的储存，还容易造成储罐超压的风险；而气氢直接放散则造成了能源浪费；（2）液氢增压泵的传动单元在工作时会产生大量热能，目前此部分热能都是采取直接扩散到大气的处理方式，造成了能源浪费。

技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种节能且使用稳定性高的液氢增压供氢系统。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种液氢增压供氢系统，包括液氢源、双作用液氢增压泵、回流预冷管路、液氢输入管路、液氢输出管路；所述液氢源通过液氢输入管路连接双作用液氢增压泵的入口，在液氢输入管路上设置有第一自动切断阀、第一单向阀、第一流量传感器及第一温度传感器；所述双作用液氢增压泵的液相出口连接中间输送管路的入口，中间输送管路的出口连接液氢输出管路的入口，液氢输出管路的出口用以连接用液终端，在液氢输出管路上设置有第二自动切断阀，在第二自动切断阀阀前的液氢输出管路上设置有第二温度传感器，在第二自动切断阀阀后的液氢输出管路上设置有第三温度传感器及第二流量传感器；所述回流预冷管路的入口同时与中间输送管路的出口、以及液氢输出管路的入口相连通，回流预冷管路的出口与双作用液氢增压泵的入口相连通，在回流预冷管路上设置有第二单向阀及第一自动调节阀；所述双作用液氢增压泵的气相出口连接第一气氢输出管路的入口，在第一气氢输出管路上设置有第三自动切断阀，第一气氢输出管路的出口连接第一套管换热器的管程入口，第一套管换热器的管程出口连接第二气氢输出管路的入口，第二气氢输出管路的出口连接第三气氢输出管路的入口，第三气氢输出管路的出口用以连接用气终端，在第二气氢输出管路上设置有第四自动切断阀，在第三气氢输出管路上设置有第四温度传感器；在双作用液氢增压泵的传动单元的外部包覆有第一传热保温管路，第一传热保温管路的一端连接第二套管换热器的管程入口，第一传热保温管路的另一端通过第一输送泵连接第二套管换热器的管程出口，第一传热保温管路、第二套管换热器管程及第一输送泵形成封闭的第一换热回路，在第一换热回路中流通有换热介质；所述第二套管换热器的壳程出口通过第二输送泵连接第一套管换热器的壳程入口，第一套管换热器的壳程出口连接
第二套管换热器的壳程入口，第一套管换热器壳程、第二套管换热器壳程及第二输送泵形成封闭的第二换热回路，在第二换热回路中流通有换热介质。
5.进一步地，前述的一种液氢增压供氢系统，其中：第四气氢输出管路的入口连接第一套管换热器的管程出口，第四气氢输出管路的出口连接第三气氢输出管路的入口，在第四气氢输出管路上沿气氢输送方向依次设置有第五自动切断阀、空温式换热器及第六自动切断阀。
6.进一步地，前述的一种液氢增压供氢系统，其中：在液氢输入管路上设置有第一压力传感器。
7.进一步地，前述的一种液氢增压供氢系统，其中：在第二自动切断阀阀前的液氢输出管路上设置有第二压力传感器。
8.进一步地，前述的一种液氢增压供氢系统，其中：在第二自动切断阀阀后的液氢输出管路上设置有第三压力传感器。
9.通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：（1）能有效地回收利用液氢在预冷及增压时产生的气氢，将气氢增压升温后供应给用气终端，不再将气氢返回液氢源或者直接排放，不仅减少了能量浪费，而且也防止储罐超压，提高了系统整体的使用稳定性及使用安全性；（2）能有效地回收利用液氢增压泵的传动单元在工作时产生的大量热能，将此部分热量用于加热液氢在预冷及增压时产生的气氢，使气氢温度能更快速地达到用气终端的使用要求，进一步减少了能源浪费，节能效果好；（3）在增压过程中，可以对液氢流量进行实时调节，避免供给用液终端的液氢流量超过预设安全值，提高了系统的使用稳定性与使用安全性。
附图说明
10.图1为本发明所述的一种液氢增压供氢系统的结构原理示意图。
具体实施方式
11.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
12.如图1所示，所述的一种液氢增压供氢系统，包括液氢源1、双作用液氢增压泵2、回流预冷管路3、液氢输入管路4、液氢输出管路5；所述液氢源1通过液氢输入管路4连接双作用液氢增压泵2的入口，在液氢输入管路4上设置有第一自动切断阀6、第一单向阀7、第一流量传感器8、第一压力传感器9及第一温度传感器10，第一单向阀7只允许液氢输入管路4中的液氢由液氢源1向双作用液氢增压泵2方向流动；所述双作用液氢增压泵2的液相出口连接中间输送管路11的入口，中间输送管路11的出口连接液氢输出管路5的入口，液氢输出管路5的出口用以连接用液终端12，在液氢输出管路5上设置有第二自动切断阀13，在第二自动切断阀13阀前的液氢输出管路5上设置有第二压力传感器14及第二温度传感器15，在第二自动切断阀13阀后的液氢输出管路5上设置有第三压力传感器16、第三温度传感器17及第二流量传感器18；所述回流预冷管路3的入口同时与中间输送管路11的出口、以及液氢输出管路5的
入口相连通，回流预冷管路5的出口与双作用液氢增压泵2的入口相连通，在回流预冷管路3上设置有第二单向阀19及第一自动调节阀20，第二单向阀只允许回流预冷管路3中的液氢由回流预冷管路3入口向回流预冷管路3出口方向流动；所述双作用液氢增压泵2的气相出口连接第一气氢输出管路21的入口，在第一气氢输出管路21上设置有第三自动切断阀22，第一气氢输出管路21的出口连接第一套管换热器23的管程入口，第一套管换热器23的管程出口连接第二气氢输出管路24的入口，第二气氢输出管路24的出口连接第三气氢输出管路25的入口，第三气氢输出管路25的出口用以连接用气终端26，在第二气氢输出管路24上设置有第四自动切断阀27，在第三气氢输出管路25上设置有第四温度传感器28；在双作用液氢增压泵2的传动单元201的外部包覆有第一传热保温管路29，第一传热保温管路29的一端连接第二套管换热器30的管程入口，第一传热保温管路29的另一端通过第一输送泵31连接第二套管换热器30的管程出口，第一传热保温管路29、第二套管换热器管程及第一输送泵31形成封闭的第一换热回路，在第一换热回路中流通有换热介质；所述第二套管换热器30的壳程出口通过第二输送泵32连接第一套管换热器23的壳程入口，第一套管换热器23的壳程出口连接第二套管换热器30的壳程入口，第一套管换热器壳程、第二套管换热器壳程及第二输送泵32形成封闭的第二换热回路，在第二换热回路中流通有换热介质。
13.在本实施例中，第四气氢输出管路33的入口连接第一套管换热器23的管程出口，第四气氢输出管路33的出口连接第三气氢输出管路25的入口，在第四气氢输出管路33上沿气氢输送方向依次设置有第五自动切断阀34、空温式换热器35及第六自动切断阀36，这样可以更好地调节气氢的温度，使用更方便，进一步提高系统整体的使用稳定性与使用安全性；在本实际应用中，各阀门及各传感器均由控制中心控制；本系统工作过程主要包括预冷过程，增压过程、液氢增压流量调节过程，以及双作用液氢增压泵热量利用过程，下面逐一对每个过程的工作原理进行说明：预冷过程的工作原理如下：打开第一自动切断阀6、第一自动调节阀20、第三自动切断阀22、第四自动切断阀27，关闭第二自动切断阀13、第五自动切断阀34及第六自动切断阀36；然后启动双作用液氢增压泵2，此时液氢源1中的液氢先沿液氢输入管路4进入双作用液氢增压泵2，液氢沿液氢输入管路4流动的过程中会不断有小部分液氢汽化成低温气氢，液氢及低温气氢进入双作用液氢增压泵2后，双作用液氢增压泵2会将液氢增压后从其液相出口输出、同时将低温气氢增压后从其气相出口输出；从双作用液氢增压泵2的液相出口输出的液氢再经中间输送管路11进入回流预冷管路3，再经回流预冷管路3进入双作用液氢增压泵2中，从而通过直接或间接冷量传递对液氢输入管路4、液氢输出管路5、以及双作用液氢增压泵2进行预冷；液氢在预冷过程中会不断蒸发产生新的低温气氢，产生的低温气氢随液氢一起进入双作用液氢增压泵2后，双作用液氢增压泵2会将气氢增压后从其气相出口输出至第一气氢输出管路21，再经第一套管换热器23加温后输入第二气氢输出管路24，再经第三气氢输出管路25输送给用气终端26；并且在预冷过程中，控制中心会实时采集第一温度传感器10、第二温度传感器15、第三温度传感器17、及第四温度传感器28反馈的温度，当控制中心通过第四温度传
感器28反馈的温度判断出此时气氢温度没有达到用气终端26的使用要求时，打开第五自动切断阀34及第六自动切断阀36、并关闭第四自动切断阀27，此时经第一套管换热器23加温后的气氢会沿第四气氢输出管路33进入第三气氢输出管路25，在气氢经过第四气氢输出管路33的过程中，第四气氢输出管路33上的空温式换热器35会对气氢进行进一步加温，将气氢加温至符合用气终端26的使用要求后输出至第三气氢输出管路25，第三气氢输出管路25再将符合用气终端26使用要求气氢输出供应给用气终端；当控制中心通过第一温度传感器10、第二温度传感器15、第三温度传感器17反馈的温度判断出此时液氢输入管路4及液氢输出管路5及双作用液氢增压泵2达到预冷温度设定值时，完成对液氢输入管路4、液氢输出管路5、以及双作用液氢增压泵2的预冷；增压过程的工作原理如下：预冷过程结束后，打开第一自动切断阀6、第二自动切断阀13，第三自动切断阀22、及第四自动切断阀27，关闭第一自动调节阀20、第五自动切断阀34及第六自动切断阀36；然后启动双作用液氢增压泵2，此时液氢源1中的液氢会沿液氢输入管路4进入双作用液氢增压泵2，液氢沿液氢输入管路4流动的过程中会不断有小部分液氢汽化成低温气氢，液氢及低温气氢进入双作用液氢增压泵2后，双作用液氢增压泵2会将液氢增压后从其液相出口输出至中间输送管路11、同时将低温气氢增压后从其气相出口输出给第一气氢输出管路21，再经第一套管换热器23加温后输入第二气氢输出管路24，再经第三气氢输出管路25输送给用气终端26；并且在增压过程中，控制中心会实时采集第一温度传感器10、第二温度传感器15、第三温度传感器17、及第四温度传感器28反馈的温度，当控制中心通过第四温度传感器28反馈的温度判断出此时气氢温度没有达到用气终端26的使用要求时，打开第五自动切断阀34及第六自动切断阀36、并关闭第四自动切断阀27，此时经第一套管换热器23加温后的气氢会沿第四气氢输出管路33进入第三气氢输出管路25，在气氢经过第四气氢输出管路33的过程中，第四气氢输出管路33上的空温式换热器35会对气氢进行进一步加温，将气氢加温至符合用气终端26的使用要求后输出至第三气氢输出管路25，第三气氢输出管路25再将符合用气终端26使用要求气氢输出供应给用气终端；液氢增压流量调节过程的工作原理如下：在液氢增压过程中，控制中心会实时采集第一流量传感器8及第二流量传感器18反馈的流量，通过第一流量传感器8监测液氢输入管路4的流量，通过第二流量传感器18监测液氢输出管路5的流量，当控制中心判断此时液氢输出管路5的流量达到流量设定值时，打开第一自动调节阀20，此时经双作用液氢增压泵2增压输出的液氢，一部分经中间输送管路11输入液氢输出管路5，另一部分会经回流预冷管路3回流到双作用液氢增压泵2入口，并且可以通过第一自动调节阀20来调节液氢回流量的大小，从而完成对液氢流量的调节；双作用液氢增压泵热量利用过程的工作原理如下：在预冷过程，增压过程，以及液氢增压流量调节过程中，第一输送泵31会不断将第一换热回路中的换热介质流经双作用液氢增压泵2的传动单元201，从而将双作用液氢增压泵2的传动单元201工作过程中产生的热能带走、并将热量传递给第二套管换热器30的壳程中的换热介质，接着第二输送泵32会不断将第二套管换热器30的壳程中的换热介质沿第二换热回路流经第一套管换热器23的壳程，此时进入第一套管换热器23壳程的换热介质会通过第一套管换热器管程将热量传递给流经第一套管换热器管程的低温气氢，从而利用双作
用液氢增压泵2的传动单元201工作过程中产生的热能对气氢进行加温，减少了能源浪费，并且通过二级换热结构，也可以避免双作用液氢增压泵2的传动单元201直接与低温氢气接触，防止避免双作用液氢增压泵2的传动单元201因过冷冻结，进一步提高使用稳定性与安全性。
14.本发明的优点是：（1）能有效地回收利用液氢在预冷及增压时产生的气氢，将气氢增压升温后供应给用气终端，不再将气氢返回液氢源或者直接排放，不仅减少了能量浪费，而且也防止储罐超压，提高了系统整体的使用稳定性及使用安全性；（2）能有效地回收利用液氢增压泵的传动单元在工作时产生的大量热能，将此部分热量用于加热液氢在预冷及增压时产生的气氢，使气氢温度能更快速地达到用气终端的使用要求，进一步减少了能源浪费，节能效果好；（3）在增压过程中，可以对液氢流量进行实时调节，避免供给用液终端的液氢流量超过预设安全值，提高了系统的使用稳定性与使用安全性。
15.以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

技术特征：

1.一种液氢增压供氢系统，其特征在于：包括液氢源、双作用液氢增压泵、回流预冷管路、液氢输入管路、液氢输出管路；所述液氢源通过液氢输入管路连接双作用液氢增压泵的入口，在液氢输入管路上设置有第一自动切断阀、第一单向阀、第一流量传感器及第一温度传感器；所述双作用液氢增压泵的液相出口连接中间输送管路的入口，中间输送管路的出口连接液氢输出管路的入口，液氢输出管路的出口用以连接用液终端，在液氢输出管路上设置有第二自动切断阀，在第二自动切断阀阀前的液氢输出管路上设置有第二温度传感器，在第二自动切断阀阀后的液氢输出管路上设置有第三温度传感器及第二流量传感器；所述回流预冷管路的入口同时与中间输送管路的出口、以及液氢输出管路的入口相连通，回流预冷管路的出口与双作用液氢增压泵的入口相连通，在回流预冷管路上设置有第二单向阀及第一自动调节阀；所述双作用液氢增压泵的气相出口连接第一气氢输出管路的入口，在第一气氢输出管路上设置有第三自动切断阀，第一气氢输出管路的出口连接第一套管换热器的管程入口，第一套管换热器的管程出口连接第二气氢输出管路的入口，第二气氢输出管路的出口连接第三气氢输出管路的入口，第三气氢输出管路的出口用以连接用气终端，在第二气氢输出管路上设置有第四自动切断阀，在第三气氢输出管路上设置有第四温度传感器；在双作用液氢增压泵的传动单元的外部包覆有第一传热保温管路，第一传热保温管路的一端连接第二套管换热器的管程入口，第一传热保温管路的另一端通过第一输送泵连接第二套管换热器的管程出口，第一传热保温管路、第二套管换热器管程及第一输送泵形成封闭的第一换热回路，在第一换热回路中流通有换热介质；所述第二套管换热器的壳程出口通过第二输送泵连接第一套管换热器的壳程入口，第一套管换热器的壳程出口连接第二套管换热器的壳程入口，第一套管换热器壳程、第二套管换热器壳程及第二输送泵形成封闭的第二换热回路，在第二换热回路中流通有换热介质。2.根据权利要求1所述的一种液氢增压供氢系统，其特征在于：第四气氢输出管路的入口连接第一套管换热器的管程出口，第四气氢输出管路的出口连接第三气氢输出管路的入口，在第四气氢输出管路上沿气氢输送方向依次设置有第五自动切断阀、空温式换热器及第六自动切断阀。3.根据权利要求1所述的一种液氢增压供氢系统，其特征在于：在液氢输入管路上设置有第一压力传感器。4.根据权利要求1所述的一种液氢增压供氢系统，其特征在于：在第二自动切断阀阀前的液氢输出管路上设置有第二压力传感器。5.根据权利要求1所述的一种液氢增压供氢系统，其特征在于：在第二自动切断阀阀后的液氢输出管路上设置有第三压力传感器。

技术总结

本发明公开了一种液氢增压供氢系统，包括：液氢源通过液氢输入管路连接双作用液氢增压泵入口，在液氢输入管路上设第一自动切断阀；双作用液氢增压泵的液相出口通过中间输送管路连接液氢输出管路入口，在液氢输出管路上设有第二自动切断阀，回流预冷管路的入口同时与中间输送管路及液氢输出管路相连，回流预冷管路出口与双作用液氢增压泵入口相连通；双作用液氢增压泵气相出口连接带第三自动切断阀的第一气氢输出管路的入口，第一气氢输出管路出口连接第一套管换热器管程入口，第一套管换热器管程出口连第二气氢输出管路入口，第二气氢输出管路出口连接第三气氢输出管路入口，在第二气氢输出管路上设第四自动切断阀。本发明具有节能效果好的优点。具有节能效果好的优点。具有节能效果好的优点。