[实用新型]一种氢液化装置

说明书

本实用新型涉及低温制冷技术领域，特别是涉及一种氢液化装置。本实用新型的氢液化装置是在液氮以下温区采用两个一级透平膨胀机并联的预冷方式，此时两个一级透平膨胀机均从系统的高压膨胀到低压，在不增加系统复杂性的前提下，使得压缩能得到充分利用。而且，第一透平膨胀机和第二透平膨胀机可相互独立调节，使得所述装置在运行期间互相不干扰，减轻了调试的难度，同时更加方便用户使用。采用二次节流的形式，即通过第八调节阀和第十调节阀的设置，充分利用了氢气在高温侧的节流制冷效应，增加了系统的冷量来源，提高了效率。

技术领域

本实用新型涉及低温制冷技术领域，特别是涉及一种安全度高、能耗低的氢液化装置。

背景技术

随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，能源安全清洁低碳高效转型将进一步加强。氢能是公认的绿色可再生能源。如何确保能源体系安全平稳转型是我国面临的巨大挑战和艰巨任务。在这种背景下，氢能解决方案的独特优势，使得氢能具有很大的潜力来实现能源系统向清洁、低碳方向转型，对我国提高能源体系安全、实现碳中和具有极高战略价值。液氢的密度(70.85kg/m³)是气态氢气(0.089kg/m³)的近800倍，可大幅度降低储运压力、提高单次运输量、占地规模小等，是氢能的高密度存储方式之一。

同时，液氢是发展航空航天，氢能源产业的重要战略资源。随着我国航天事业发展，探月探火计划的不断推进，对重载火箭的需求日益增长，作为重载火箭液氢-液氧发动机最佳能量来源的液氢需求量不断增加。目前，我国液氢仍由国外进口的氢液化器生产，国外始终对氢液化关键技术及设备对我国采取限制和封锁的措施。

实用新型内容

研究发现，氢液化系统中的制冷部分可以采用不同的工质实现，一种采用氢气作为预冷工质，目前常用在大型氢液化器中；一种以氦气作为预冷工质，常见于现有的小、中型氢液化器中。现有的氦制冷氢液化的方案，安全性及技术成熟度更高，但能耗比较高。

因此，本实用新型提出一种新型的氦制冷氢液化装置，所述装置能够有效提高系统效率，降低比功耗，实现方便快捷的控制。所述装置采用两个一级透平膨胀机并联的形式直接膨胀到低压，此过程可以充分利用原料路高压氢气的压力能，降低能耗，还可以开展互相独立调节。所述装置还采用液氮热虹吸式换热器，减小氦气侧与氢气侧的换热温差，实现液氮冷能的充分利用。所述装置还采用末端二次节流的方式，减小节流热效应导致的氢气升温现象，进一步降低能耗。

本实用新型目的是通过如下技术方案实现的：

一种氢液化装置，所述氢液化装置包括氦气系统、氢气系统、液氮系统、液氢存储系统和冷箱系统，所述氦气系统、氢气系统、液氮系统、液氢存储系统分别与冷箱系统相连；

所述冷箱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、第六换热器、第七换热器、液氮储罐、氦低温吸附器、第一氢气吸附器、第二氢气吸附器、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、第四调节阀、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀、第八调节阀、第九调节阀、第十调节阀、第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀、第四气动阀以及连接各组件的管路；