一种小型氢液化装置及液化方法

本发明涉及低温液化，尤其涉及一种小型氢液化装置及液化方法。

背景技术：

1、氢能作为一种二次能源，具有燃烧热值高清洁环保、可储存、可再生等优点，且氢能可以同时满足资源、环境和可持续发展的要求，液氢作为目前最重要的储存方式之一，是我国氢能产业未来重要的支撑方向。

2、氢气的液化是通过逐级降温的方式实现其温度的降低，最终变成液氢，在降温过程中需要去除掉包括300k-20k的气体显热，液化的潜热在内，以及正氢转化为仲氢的三部分热量，其中300k-80k的热量通常通过液氮去除，对于野外作业不方便获取液氮的地方，此部分冷量通常是利用例如gm制冷机等小型制冷机实现，但是由于单台gm制冷机的制冷功率通常较小，在对于应于10l/h及其以上液化器的话，需要至少10台制冷机以上才能完成液化，因此，现阶段急需小型氢液化器来满足液氢的液化。

3、申请号cn115325774a提供了一种采用低温冷机的正仲氢分段转化小型氢液化装置及其方法，涉及氢气液化领域。相比于常规的单级制冷和单级正仲氢转化，本发明采用三级制冷和三级正仲氢转化完成氢气液化，逐级进行降温和正仲氢转化，将转化热平摊到每一级制冷，减轻了最后一级的制冷负荷。同时，本发明采用降温制冷机和液化制冷机进行双级制冷，使不同温区下制冷机存在不同制冷功率，通过冷量的梯级利用，最大限度地使用制冷机的制冷功率，合理减少制冷机数量，但该发明需要使用液氮来冷却液化氢气，如果在郊外等不能方便获取液氮的地方，其使用受限。此外，此种方式功耗较高，，按照文章“基于g-m制冷机的小型氢液化装置开发”给出的液化量数据，即使按照双级gm制冷机为6kw的功耗，其系统液化1kg液氢的功耗也高于150kwh。最后，在这种形式下，如果做到每天几百升的液化量，则需要多达数十台的gm制冷机，结构及控制复杂。

技术实现思路

1、为了解决功耗高和制冷效率低的问题，本发明提出一种小型氢液化装置及液化方法。

2、本发明通过以下技术方案实现的：

3、本发明提出小型氢液化装置包括换热单元、储存单元和压缩制冷单元，其中：

4、所述换热单元包括换热器，所述换热器包括第一换热器和第二换热器；

5、所述压缩制冷单元包括压缩机和第一制冷机；

6、所述储存单元包括液氢储罐；

7、所述压缩机出口端依次连接所述第一换热器、所述第一制冷机、所述第二换热器和所述液氢储罐的入口端，所述液氢储罐的出口端依次连接第二换热器、第一换热器并与所述压缩机入口端连接并形成一个回路。

8、进一步的，所述液氢储罐的一侧还设有液位计，所述液位计用于测量液氢储罐的液面高度。

9、进一步的，所述液氢储罐一侧还连接有安全阀。

10、进一步的，所述液氢储罐、所述第一换热器和所述第二换热器内部装填有正仲氢催化剂。

11、进一步的，还包括节流阀，所述节流阀位于所述第二换热器至所述液氢储罐入口端之间的管路上。

12、进一步的，还包括流量计，所述流量计位于所述压缩机出口端至所述第一换热器之间的管路上。

13、进一步的，所述第一换热器至所述压缩机入口端的管路上还设有补气口。

14、进一步的，所述第一制冷机采用gm制冷机。

15、进一步的，一种小型氢液化装置的液化方法，包括以下步骤：

16、氢气从压缩机入口端进入至压缩机增压至一定压力后，流入至流量计中计算流量后，进入至第一换热器中进行降温，同时进行氢气的正仲转化，随后氢气进入至第一制冷机内进行热交换降温，并进入至所述第二换热器换热同时再次进行氢气的正仲转换，达到平衡仲氢浓度，最后通过节流阀降温降压流入至液氢储罐内，液氢储罐内的氢气依次通过第二换热器、第一换热器回收冷量，并流回至压缩机的入口端。

17、本发明的有益效果：

18、(1)本发明提出的小型氢液化装置可以利用制冷机及节流阀对氢气进行降温，随后第一换热器和第二换热器进行回收氢气的冷量，显著提高降温效率的同时，对氢气进行液化所需的功耗更低。

19、(2)本发明提出的小型氢液化装置不需要液氮或其他外部冷源进行降温，在野外或也可以完成对氢气的液化，适用的场地更多，相对于传统的方法，本发明不受地域的限制。

技术特征：

1.一种小型氢液化装置，其特征在于，包括换热单元、储存单元和压缩制冷单元，其中：

2.根据权利要求1所述的小型氢液化装置，其特征在于，所述液氢储罐的一侧还设有液位计，所述液位计用于测量液氢储罐的液面高度。

3.根据权利要求2所述的小型氢液化装置，其特征在于，所述液氢储罐一侧还连接有安全阀。

4.根据权利要求3所述的小型氢液化装置，其特征在于，所述液氢储罐、所述第一换热器和所述第二换热器内部装填有正仲氢催化剂。

5.根据权利要求1所述的小型氢液化装置，其特征在于，还包括节流阀，所述节流阀位于所述第二换热器至所述液氢储罐入口端之间的管路上。

6.根据权利要求1所述的小型氢液化装置，其特征在于，还包括流量计，所述流量计位于所述压缩机出口端至所述第一换热器之间的管路上。

7.根据权利要求1所述的小型氢液化装置，其特征在于，所述第一换热器至所述压缩机入口端的管路上还设有补气口。

8.根据权利要求1所述的小型氢液化装置，其特征在于，所述第一制冷机采用gm制冷机。

9.一种根据权利要求1-8所述的小型氢液化装置的液化方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提出一种小型氢液化装置，具体涉及于低温液化技术领域,所述小型氢液化装置包括换热单元、储存单元和压缩制冷单元，其中：所述换热单元包括换热器，所述换热器包括第一换热器和第二换热器；所述压缩制冷单元包括压缩机和第一制冷机；所述储存单元包括液氢储罐；所述压缩机出口端依次连接所述第一换热器、所述第一制冷机、所述第二换热器和所述液氢储罐的入口端，所述液氢储罐的出口端依次连接第二换热器、第一换热器并与所述压缩机入口端连接并形成一个回路，通过本发明可以不需要借助外部液氮等冷源进行液化氢气，不受地域限制，同时功耗更低，液化效率更高。

技术研发人员：伍继浩,吕翠,龚领会,王金阵,商晋,王倩,王少刚
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5