[发明专利]基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统及装置

说明书

本发明提供一种基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统及装置，系统包括至少一个第一换热器和第二换热器、氮流通管路、氦流通管路以及氢液化管路；氮流通管路流经第一换热器进行预冷；氦流通管路，设有氦压缩机和第一超音速旋流两相膨胀机，氦流通管路流经氦压缩机，并在第一换热器与氮流通管路换热后流至第一超音速旋流两相膨胀机，第一超音速旋流两相膨胀机的出液侧流经第二换热器并经第一换热器流至压缩机的进口侧，第一超音速旋流两相膨胀机的出气侧流经第一换热器流至氦压缩机的进口侧；氢液化管路流经第一换热器和第二换热器与氮流通管路和氦流通管路换热，氢气被降温并液化。由此系统运行安全性、稳定性更高，系统更简单，能耗更低。

技术领域

本发明涉及氢液化技术领域，尤其涉及一种基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统及装置。

背景技术

在氢能利用过程中，储运是关键技术。相较于气氢储运，液氢储运具有低成本、携氢密度大、纯度高、适合长距离运输和大宗国际贸易等优点，是行业内公认的大规模运用氢能的重要环节。在液氢产业方面，美国技术成熟、产能巨大，而国内的液氢产品质量和制造水平较美国存在明显差距，掌握独立研发大规模氢液化装置的能力，是氢能纳入我国能源战略这一关键时期的紧迫任务。

现有的氦制冷的氢液化循环存在系统复杂；能耗较高；采用高速旋转透平膨胀机存在运行不安全和不稳定的隐患，因此在大型氢液化系统中未得到广泛应用。

发明内容

本发明实施例提供一种基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统及装置，用以解决现有技术中氢液化循环存在系统复杂、能耗较高、采用高速旋转透平膨胀机而存在运行不安全和不稳定的技术问题。

本发明实施例提供一种基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统，包括：至少一个第一换热器和第二换热器；

氮流通管路，流经所述第一换热器进行预冷；

氦流通管路，设有氦压缩机和第一超音速旋流两相膨胀机，所述氦流通管路流经所述氦压缩机，并在所述第一换热器与所述氮流通管路换热后流至所述第一超音速旋流两相膨胀机，所述第一超音速旋流两相膨胀机的出液侧流经所述第二换热器并经所述第一换热器流至所述压缩机的进口侧，所述第一超音速旋流两相膨胀机的出气侧流经所述第一换热器流至所述氦压缩机的进口侧；

氢液化管路，流经所述第一换热器和所述第二换热器与所述氮流通管路和所述氦流通管路换热，氢气被降温并液化。

根据本发明一个实施例的基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统，所述氦流通管路上还设有第二超音速旋流两相膨胀机；

所述氦流通管路流经所述第二换热器流至所述第二超音速旋流两相膨胀机，所述第二超音速旋流两相膨胀机的出液侧连接有液氦储罐，所述第二超音速旋流两相膨胀机的出气侧流至所述氦压缩机的进口侧。

根据本发明一个实施例的基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统，所述氢液化管路上设有液氢储罐，经所述第二换热器换热得到的液氢流至所述液氢储罐进行保存。

根据本发明一个实施例的基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统，所述氢液化管路上还设有氢压缩机，所述氢液化管路依次流经所述氢压缩机和所述第一换热器以及所述第二换热器至所述液氢储罐。

根据本发明一个实施例的基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统，所述氮流通管路包括液氮浴罐；

所述氢液化管路依次流经所述第一换热器、所述液氮浴罐至所述第二换热器。

根据本发明一个实施例的基于氦制冷的超音速旋流两相膨胀氢液化系统，所述氦流通管路上还设有第三换热器，所述第二换热器包括第一子换热单元和第二子换热单元；