[发明专利]氢超音速两相直接膨胀液化系统及氢液化装置

说明书

本发明提供一种氢超音速两相直接膨胀液化系统及氢液化装置，包括液化管路和预冷管路，液化管路中的气态氢气依次流经氢压缩机、第一换热器至第一超音速两相膨胀机，第一超音速两相膨胀机的出液侧连接有液氢储罐，第一超音速两相膨胀机的出气侧流通至第一换热器到达氢压缩机的进口侧。对于预冷管路包括第一预冷管路和第二预冷管路对氢气进行预冷。由此，通过预冷可以将液化管路内的气态氢气进行快速降温，而且以超音速两相膨胀机作为膨胀制冷装置，其具有无运动部件安全、可靠、结构简单紧凑、可实现在两相区膨胀的优势。

技术领域

本发明涉及氢液化技术领域，尤其涉及一种氢超音速两相直接膨胀液化系统及氢液化装置。

背景技术

随着煤炭、石油等化石能源大量开采，人类面临着开发高效、清洁二次能源的艰巨挑战，氢作为能源载体和地球上最丰富的元素，是化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁之一。氢能利用需要解决制取、储运和应用等一系列问题，而储运则是氢能应用的重要关键，液态氢的密度远高于气态氢，因此相同体积下液氢能够提供更高的能量密度，伴随氢能大规模开发应用，氢液化将成为社会发展和能源利用的重要课题。

目前的氢液化系统采用高速旋转的透平膨胀机作为膨胀制冷装置，其具有机械运动部件存在运行不安全和不稳定的隐患；并且透平膨胀机结构复杂、加工难度大、维护成本高；此外透平膨胀机在工作时不能带液工作，否则会造成叶片损坏等严重问题。

发明内容

本发明实施例提供一种氢超音速两相直接膨胀液化系统及氢液化装置，用以解决现有技术中氢液化系统运行安全性不高且稳定性不强的技术问题。

本发明实施例提供一种氢超音速两相直接膨胀液化系统，包括：液化管路，设有氢压缩机、第一换热器以及与所述第一换热器相连接的第一超音速两相膨胀机；

所述液化管路中的气态氢气依次流经所述氢压缩机、所述第一换热器至所述第一超音速两相膨胀机，所述第一超音速两相膨胀机的出液侧连接有液氢储罐，所述第一超音速两相膨胀机的出气侧流通至所述第一换热器到达所述氢压缩机的进口侧；

预冷管路，包括第一预冷管路，所述第一预冷管路设有氮压缩机、第二换热器以及第二超音速两相膨胀机；

所述第二超音速两相膨胀机的出液侧流经所述第一换热器到达所述氮压缩机的进口侧并流至所述超音速两相膨胀机的进口侧，所述第二超音速两相膨胀机的出气侧流至所述氮压缩机的进口侧；

所述预冷管路还包括第二预冷管路，流经所述第二换热器进行换热。

根据本发明一个实施例的氢超音速两相直接膨胀液化系统，所述第二预冷管路的制冷工质的液化温度高于所述第一预冷管路的制冷工质的液化温度。

根据本发明一个实施例的氢超音速两相直接膨胀液化系统，所述第一预冷管路的制冷工质为氮气，所述第二预冷管路的制冷工质为液态天然气。

根据本发明一个实施例的氢超音速两相直接膨胀液化系统，所述第一超音速两相膨胀机的出气侧连接有第一节流阀和第一气液分离器，所述第一气液分离器一端与所述液氢储罐相连接，另一端与所述第一换热器相连接。

根据本发明一个实施例的氢超音速两相直接膨胀液化系统，所述液化管路中在所述第一换热器与所述第一超音速两相膨胀机之间设有第三换热器；

气态氢气依次流经所述氢压缩机、所述第一换热器、所述第三换热器至所述第一超音速两相膨胀机，所述第一超音速两相膨胀机的出液侧连接至所述液氢储罐，所述第一超音速两相膨胀机的出气侧流经所述第三换热器到达所述氢压缩机的进口侧。

根据本发明一个实施例的氢超音速两相直接膨胀液化系统，所述第二超音速两相膨胀机的出气侧与所述第一换热器相连接，所述第二超音速两相膨胀机的出液侧流至所述第三换热器并流向所述第一换热器。