一种液氢加氢站及其运行方法

本发明涉及一种加氢站，尤其是涉及一种液氢加氢站及其运行方法。

背景技术：

1、加氢站是燃料电池汽车推广应用的必备基础设施，也是氢能产业的重要组成部分。据统计，截至2020年12月底，中国累计已建成118座加氢站，此外，在建/拟建的加氢站数量达到167座。随着燃料电池汽车在我国的进一步推广，对于加氢站的建设需求呈现爆发式增长的态势。在欧美与日本，液氢加氢站已经成为加氢站技术发展的必然趋势。在我国，包括浙江等在内的多个省市也已开始规划并建设液氢加氢站。

2、经过检索，授权公告号cn219013995u公开了一种冷能回收型液氢加氢站加注系统，具体公开了：这种冷能回收型液氢加氢站加注系统通过设置多股流换热器，液氢气化时利用冷媒回收并存储释放的冷量；高压氢气加注时，利用冷媒储存的冷量预冷加注的高压氢气达到规定温度，从而提高液氢加氢站的能量综合利用率。另外，储存的冷量还可用于管道系统的预冷和站内的设施如空调系统等，从而降低液氢加氢站的运行成本。

3、但是该专利只针对加注的高压氢气进行预冷，并未对氢气压缩机本体和进入各压缩机前的氢气进行降温，氢气压缩机在长期在高温下工作，将极大地影响其使用寿命。而且，不同的需冷端对降温的需求不同。因此，面对有着不同需求的需冷端进行针对性降温为需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种液氢加氢站及其运行方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种液氢加氢站，包括液氢气化系统、氢气压缩储存系统、氢气加注系统和储冷系统，所述液氢气化系统将液氢直接气化为气氢后输送至氢气压缩储存系统进行增压储存，之后将储存的氢气用于氢气加注系统；所述储冷系统包括至少两个具有温度梯度的冷箱和储冷换热组件，所述冷箱通过储冷换热组件储存液氢气化冷量并为加氢站内的不同温度需求的需冷端提供冷量。

4、作为优选的技术方案，所述的两个冷箱其中之一为一级冷箱，所述一级冷箱上设有第一温度传感器，所述一级冷箱为固体冷箱，为氢气压缩储存系统提供冷量。

5、作为优选的技术方案，所述的两个冷箱中另一个为二级冷箱，所述二级冷箱上设有第二温度传感器，所述储冷系统还包括换热组件，所述二级冷箱通过换热组件和一级冷箱相连，为氢气加注系统提供冷量；所述第二温度传感器检测到二级冷箱的温度高于或低于设定值时，通过控制换热组件的开或关，使一级冷箱中的冷量输送或停止输送至二级冷箱中，使二级冷箱温度处于设定范围内。

6、作为优选的技术方案，所述的储冷系统还包括三级冷箱和第三温度传感器，所述三级冷箱通过换热组件与二级冷箱相连，为氢气压缩储存系统中的氢气压缩机提供冷量，所述氢气压缩机上设有与三级冷箱相连的对氢气压缩机本体进行降温的压缩机降温机构。

7、作为优选的技术方案，所述的液氢气化系统包括液氢储罐、低压液氢气化器和20mpa氢气压缩机，所述低压液氢气化器将液氢储罐中储存的液氢气化，气化后经20mpa氢气压缩机增压并储存在氢气压缩储存系统中。

8、作为优选的技术方案，所述的氢气压缩储存系统包括20mpa储氢瓶、45mpa氢气压缩机、45mpa储氢瓶、90mpa氢气压缩机、90mpa储氢瓶和前置降温机构，所述45mpa氢气压缩机将20mpa储氢瓶中的氢气进行增压，储存在45mpa储氢瓶中，所述90mpa氢气压缩机将45mpa储氢瓶中的氢气进行增压，储存在90mpa储氢瓶中，所述前置降温机构从一级冷箱中获取冷量，对进入氢气压缩机前的氢气进行降温。

9、作为优选的技术方案，所述的前置降温机构包括45mpa预冷组件、45mpa温度传感器、90mpa预冷组件和90mpa温度传感器，所述45mpa预冷组件和45mpa温度传感器位于45mpa氢气压缩机入口与一级冷箱之间，所述90mpa预冷组件和90mpa温度传感器位于90mpa氢气压缩机氢气入口与一级冷箱之间。

10、作为优选的技术方案，所述的氢气加注系统包括90mpa加氢机、45mpa加氢机和加注换热组件，所述90mpa加氢机和45mpa加氢机与氢气压缩储存系统相连，所述加注换热组件用于对加注前的氢气进行降温。

11、作为优选的技术方案，该液氢加氢站还包括制冷装置，所述制冷装置在冷量不足时启动提供冷量。

12、根据本发明的另一个方面，提供了一种液氢加氢站的运行方法，所述的液氢气化系统包括液氢储罐、低压液氢气化器和20mpa氢气压缩机；所述氢气压缩储存系统包括20mpa储氢瓶、45mpa氢气压缩机、45mpa储氢瓶、90mpa氢气压缩机和90mpa储氢瓶；所述氢气加注系统包括90mpa加氢机和45mpa加氢机；

13、该运行方法具体包括以下步骤：

14、步骤s1，判断氢源类型，若为液氢，执行步骤s2；若为气氢，执行步骤s3；

15、步骤s2，液氢储罐中的液氢通过低压液氢气化器气化后通过20mpa氢气压缩机增压至20mpa并存储于20mpa储氢瓶中，20mpa储氢瓶中氢气经45mpa氢气压缩机增压至45mpa并储存于45mpa储氢瓶中，执行步骤s4；

16、步骤s3，气氢经过45mpa氢气压缩机增压并存储于45mpa储氢瓶中，执行步骤s4；

17、步骤s4，根据站内需求，将45mpa储氢瓶中氢气经90mpa氢气压缩机增压储存于90mpa储氢瓶中并应用于90mpa加氢机中；或将45mpa储氢瓶中氢气直接应用于45mpa加氢机或90mpa加氢机中；将90mpa储氢瓶中氢气直接应用于90mpa加氢机中。

18、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、1)本发明通过设置储冷系统，将氢气气化时的冷量进行储存并应用于站内需冷设备中，降低加氢站运营成本，节能环保；

20、2)本发明设置多个不同温度的冷箱，能够精准快速地对不同温度需求的需冷端进行针对性供冷，氢气压缩储存系统、氢气加注系统和氢气压缩机均能实现冷却，有效延长了设备的使用寿命；

21、3)本发明储冷系统中包括固体冷箱，提高冷箱单位体积的储冷量，减小加氢站的建造成本。

技术特征：

1.一种液氢加氢站，其特征在于，包括液氢气化系统、氢气压缩储存系统、氢气加注系统和储冷系统，所述液氢气化系统将液氢直接气化为气氢后输送至氢气压缩储存系统进行增压储存，之后将储存的氢气用于氢气加注系统；所述储冷系统包括至少两个具有温度梯度的冷箱和储冷换热组件，所述冷箱通过储冷换热组件储存液氢气化冷量并为加氢站内的不同温度需求的需冷端提供冷量。

2.根据权利要求1所述的一种液氢加氢站，其特征在于，所述的两个冷箱其中之一为一级冷箱(41)，所述一级冷箱(41)上设有第一温度传感器(410)，所述一级冷箱(41)为固体冷箱，为氢气压缩储存系统提供冷量。

3.根据权利要求2所述的一种液氢加氢站及其运行方法，其特征在于，所述的两个冷箱中另一个为二级冷箱(42)，所述二级冷箱(42)上设有第二温度传感器(420)，所述储冷系统还包括换热组件，所述二级冷箱(42)通过换热组件和一级冷箱(41)相连，为氢气加注系统提供冷量；所述第二温度传感器(420)检测到二级冷箱(42)的温度高于或低于设定值时，通过控制换热组件的开或关，使一级冷箱(41)中的冷量输送或停止输送至二级冷箱(42)中，使二级冷箱温度处于设定范围内。

4.根据权利要求3所述的一种液氢加氢站及其运行方法，其特征在于，所述的储冷系统还包括三级冷箱(43)和第三温度传感器(430)，所述三级冷箱(43)通过换热组件与二级冷箱(42)相连，为氢气压缩储存系统中的氢气压缩机提供冷量，所述氢气压缩机上设有与三级冷箱(43)相连的对氢气压缩机本体进行降温的压缩机降温机构。

5.根据权利要求1所述的一种液氢加氢站，其特征在于，所述的液氢气化系统包括液氢储罐(10)、低压液氢气化器(11)和20mpa氢气压缩机(12)，所述低压液氢气化器(11)将液氢储罐(10)中储存的液氢气化，气化后经20mpa氢气压缩机(12)增压并储存在氢气压缩储存系统中。

6.根据权利要求1所述的一种液氢加氢站，其特征在于，所述的氢气压缩储存系统包括20mpa储氢瓶(20)、45mpa氢气压缩机(21)、45mpa储氢瓶(22)、90mpa氢气压缩机(23)、90mpa储氢瓶(24)和前置降温机构，所述45mpa氢气压缩机(21)将20mpa储氢瓶(20)中的氢气进行增压，储存在45mpa储氢瓶(22)中，所述90mpa氢气压缩机(23)将45mpa储氢瓶(22)中的氢气进行增压，储存在90mpa储氢瓶(24)中，所述前置降温机构从一级冷箱(41)中获取冷量，对进入氢气压缩机前的氢气进行降温。

7.根据权利要求6所述的一种液氢加氢站，其特征在于，所述的前置降温机构包括45mpa预冷组件、45mpa温度传感器(250)、90mpa预冷组件和90mpa温度传感器(251)，所述45mpa预冷组件和45mpa温度传感器(250)位于45mpa氢气压缩机(21)入口与一级冷箱(41)之间，所述90mpa预冷组件和90mpa温度传感器(251)位于90mpa氢气压缩机(23)氢气入口与一级冷箱(41)之间。

8.根据权利要求1所述的一种液氢加氢站，其特征在于，所述的氢气加注系统包括90mpa加氢机(30)、45mpa加氢机(31)和加注换热组件，所述90mpa加氢机(30)和45mpa加氢机(31)与氢气压缩储存系统相连，所述加注换热组件用于对加注前的氢气进行降温。

9.根据权利要求1所述的一种液氢加氢站，其特征在于，该液氢加氢站还包括制冷装置(5)，所述制冷装置(5)在冷量不足时启动提供冷量。

10.一种权利要求1所述液氢加氢站的运行方法，其特征在于，所述的液氢气化系统包括液氢储罐(10)、低压液氢气化器(11)和20mpa氢气压缩机(12)；所述氢气压缩储存系统包括20mpa储氢瓶(20)、45mpa氢气压缩机(21)、45mpa储氢瓶(22)、90mpa氢气压缩机(23)和90mpa储氢瓶(24)；所述氢气加注系统包括90mpa加氢机(30)和45mpa加氢机(31)；

技术总结
本发明涉及一种液氢加氢站及其运行方法，液氢加氢站包括液氢气化系统、氢气压缩储存系统、氢气加注系统和储冷系统，液氢气化系统将液氢直接气化为气氢后输送至氢气压缩储存系统进行增压储存，储存的氢气用于氢气加注系统；储冷系统包括冷箱和储冷换热组件，冷箱储存液氢气化冷量。与现有技术相比，本发明具有通过设置储冷系统，将氢气气化时的冷量进行储存并应用，节能环保；设置多个温度的冷箱，精准地对不同温度需求的需冷端进行供冷，延长了设备的使用寿命；储冷系统中包括固体冷箱，提高冷箱单位体积的储冷量，减小加氢站的建造成本等优点。

技术研发人员：张存满,薛明喆,徐虹,杨靖丞
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16