本技術(shù)涉及低溫制冷和儲(chǔ)氫，特別涉及一種基于逆布雷頓循環(huán)的低溫高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氫能作為一種新型清潔替代能源具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎跉錃庠诔叵碌拿芏容^低，在儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面面臨諸多挑戰(zhàn)。近年來，出現(xiàn)了各種高密度氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方法，包括常溫高壓儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和低溫高壓儲(chǔ)氫等。

2、常溫高壓儲(chǔ)氫將氫氣壓縮后儲(chǔ)存在耐高壓的容器中，能耗低，但單位體積儲(chǔ)氫密度低，經(jīng)濟(jì)性較差。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫將氫氣液化后儲(chǔ)存在液氫罐中，儲(chǔ)氫密度大，儲(chǔ)氫壓力低，但液氫制取能耗大，蒸發(fā)損失大，液化設(shè)備成本較高。低溫高壓儲(chǔ)氫是一種結(jié)合了常溫高壓儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)氫方法，它的儲(chǔ)氫密度大，本征能耗低，無需正仲氫轉(zhuǎn)化，有很大的發(fā)展?jié)摿Γ坏壳熬捎靡簹湓鰤簹饣迫〉蜏馗邏簹錃獾姆椒?，能耗高且受制于液氫產(chǎn)能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，有必要針對(duì)當(dāng)前以液氫增壓氣化制取低溫高壓氫氣中存在的能耗高、產(chǎn)能受限等技術(shù)缺陷，提供一種氫氣常溫壓縮、分布冷卻、低溫儲(chǔ)存的基于逆布雷頓循環(huán)的低溫高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)，具有儲(chǔ)氫密度大、氫氣冷卻效率高、無需正仲氫轉(zhuǎn)化、適應(yīng)規(guī)?；瘍?chǔ)氫、工質(zhì)獲取及補(bǔ)充方便等優(yōu)點(diǎn)。

2、為解決上述問題，本技術(shù)采用下述技術(shù)方案：

3、本技術(shù)提供了一種基于逆布雷頓循環(huán)的低溫高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)，包括：氫氣增壓?jiǎn)卧?1)、逆布雷頓循環(huán)制冷單元(2)和低溫高壓儲(chǔ)罐單元(3)，其中：

4、所述氫氣增壓?jiǎn)卧?1)包括氫氣壓縮機(jī)(101)和后冷卻器(102)，所述多級(jí)壓縮機(jī)(101)用于將氫氣增壓至某一優(yōu)化的儲(chǔ)存壓力，所述某一優(yōu)化的儲(chǔ)存壓力包括但不限于10～100mpa，所述氫氣增壓?jiǎn)卧?1)至少為1個(gè)且依次串聯(lián)；

5、所述逆布雷頓循環(huán)制冷單元(2)為逆布雷頓循環(huán)，其包括壓縮機(jī)(201)、后冷卻器(202)、回?zé)崞?203)和膨脹機(jī)(204)，所述膨脹機(jī)(204)包括多級(jí)串聯(lián)設(shè)置的膨脹機(jī)單元或者包括多個(gè)并列設(shè)置的膨脹機(jī)單元；

6、制冷工質(zhì)被所述壓縮機(jī)(201)壓縮后進(jìn)入所述后冷卻器(202)，再由所述后冷卻器(202)冷卻后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)并被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后進(jìn)入所述膨脹機(jī)(204)降溫降壓后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)以提供冷量復(fù)溫后再返回所述壓縮機(jī)(201)完成循環(huán)；

7、低壓原料氫氣經(jīng)所述多級(jí)氫氣壓縮機(jī)(101)增壓后形成高壓氫氣，所述高壓氫氣經(jīng)所述后冷卻器(102)冷卻后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)并被制冷工質(zhì)冷卻至目標(biāo)儲(chǔ)氫溫度形成低溫高壓氫氣；所述低溫高壓氫氣進(jìn)入所述低溫高壓儲(chǔ)氫罐單元(3)。

8、在其中一些實(shí)施例中，所述膨脹機(jī)(204)將膨脹功以電的形式傳導(dǎo)給所述壓縮機(jī)(201)；或者在所述壓縮機(jī)前設(shè)置增壓渦輪增壓機(jī)(211)和后冷卻器(212)，所述膨脹機(jī)(204)將膨脹功經(jīng)所述后冷卻器(212)及所述增壓渦輪增壓機(jī)(211)傳導(dǎo)至所述壓縮機(jī)(201)；或者將所述壓縮機(jī)(201)和膨脹機(jī)(204)共軸設(shè)置以回收膨脹功。

9、在其中一些實(shí)施例中，所述制冷工質(zhì)可采用氮?dú)狻鍤?、甲烷、r14、乙烯、氦氣、氖氣、氫氣中的一種或多種組合的混合物。

10、在其中一些實(shí)施例中，還包括蒸發(fā)器(213)；其中：

11、制冷工質(zhì)被所述壓縮機(jī)(201)壓縮后進(jìn)入所述后冷卻器(202)，再由所述后冷卻器(202)冷卻后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)并被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后進(jìn)入所述膨脹機(jī)(204)降溫降壓后進(jìn)入所述蒸發(fā)器(213)以對(duì)高壓制冷工質(zhì)進(jìn)行冷卻后再進(jìn)入所述回?zé)崞?203)；

12、低壓原料氫氣經(jīng)所述多級(jí)氫氣壓縮機(jī)(101)增壓后形成高壓氫氣，所述高壓氫氣經(jīng)所述后冷卻器(102)冷卻后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)并被制冷工質(zhì)冷卻至目標(biāo)儲(chǔ)氫溫度形成低溫高壓氫氣，所述低溫高壓氫氣經(jīng)所述蒸發(fā)器(213)進(jìn)入所述低溫高壓儲(chǔ)氫罐單元(3)。

13、在其中一些實(shí)施例中，所述回?zé)崞?203)包括第一換熱器(203a)和第二換熱器(203b)；

14、制冷工質(zhì)被所述壓縮機(jī)(201)壓縮后進(jìn)入所述后冷卻器(202)，再由所述后冷卻器(202)冷卻后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)并被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后進(jìn)入所述膨脹機(jī)(204)降溫降壓后形成第一股低溫流體和第二股低溫流體；

15、所述第一股低溫流體經(jīng)所述第一換熱器(203a)返回所述壓縮機(jī)(201)完成循環(huán)，所述第二股低溫流體經(jīng)所述第二換熱器(203b)返回至所述壓縮機(jī)(201)完成循環(huán)；

16、低壓原料氫氣經(jīng)所述多級(jí)氫氣壓縮機(jī)(101)增壓后形成高壓氫氣，所述高壓氫氣經(jīng)所述后冷卻器(102)冷卻后進(jìn)入所述第二換熱器(203b)并被制冷工質(zhì)冷卻至目標(biāo)儲(chǔ)氫溫度形成低溫高壓氫氣。

17、在其中一些實(shí)施例中，還包括預(yù)冷循環(huán)單元，所述預(yù)冷循環(huán)單元包括預(yù)冷機(jī)組(206)和預(yù)冷換熱器(205)，所述預(yù)冷機(jī)組(206)用于對(duì)所述預(yù)冷換熱器(205)提供冷量；

18、制冷工質(zhì)被所述壓縮機(jī)(201)壓縮后進(jìn)入所述后冷卻器(202)，再經(jīng)所述預(yù)冷換熱器(205)后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)；

19、低壓原料氫氣經(jīng)所述多級(jí)氫氣壓縮機(jī)(101)增壓后形成高壓氫氣，所述高壓氫氣經(jīng)所述后冷卻器(102)冷卻后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)。

20、在其中一些實(shí)施例中，還包括一級(jí)膨脹機(jī)(207)、一級(jí)回?zé)崞?209)及二級(jí)回?zé)崞?208)；

21、制冷工質(zhì)被所述壓縮機(jī)(201)壓縮后進(jìn)入所述后冷卻器(202)，再由所述后冷卻器(202)冷卻后進(jìn)入所述一級(jí)回?zé)崞?209)被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后進(jìn)入所述一級(jí)膨脹機(jī)(207)進(jìn)行降溫降壓再進(jìn)入所述回?zé)崞?203)并被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后進(jìn)入所述膨脹機(jī)(204)降溫降壓后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)以提供冷量復(fù)溫后再經(jīng)所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述一級(jí)回?zé)崞?209)返回所述壓縮機(jī)(201)完成循環(huán)；

22、低壓原料氫氣經(jīng)所述多級(jí)氫氣壓縮機(jī)(101)增壓后形成高壓氫氣，所述高壓氫氣經(jīng)所述后冷卻器(102)冷卻后依次經(jīng)所述一級(jí)回?zé)崞?209)、所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述回?zé)崞?203)后并被制冷工質(zhì)冷卻至目標(biāo)儲(chǔ)氫溫度形成低溫高壓氫氣。

23、在其中一些實(shí)施例中，還包括一級(jí)膨脹機(jī)(207)、一級(jí)回?zé)崞?209)及二級(jí)回?zé)崞?208)；

24、制冷工質(zhì)被所述壓縮機(jī)(201)壓縮后進(jìn)入所述后冷卻器(202)，再由所述后冷卻器(202)冷卻后進(jìn)入所述一級(jí)回?zé)崞?209)被低溫制冷工質(zhì)冷卻后形成第一股冷流和第二股冷流；

25、所述第一股冷流依次經(jīng)所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述回?zé)崞?203)并被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后進(jìn)入所述膨脹機(jī)(204)降溫降壓后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)以提供冷量復(fù)溫并流出低溫低壓制冷工質(zhì)，并與所述第二股冷流經(jīng)所述一級(jí)膨脹機(jī)(207)進(jìn)行降溫降壓后流出的低溫低壓制冷工質(zhì)混合，形成的混合低溫低壓制冷工質(zhì)再依次經(jīng)所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述一級(jí)回?zé)崞?209)后再返回所述壓縮機(jī)(201)完成循環(huán)；

26、低壓原料氫氣經(jīng)所述多級(jí)氫氣壓縮機(jī)(101)增壓后形成高壓氫氣，所述高壓氫氣經(jīng)所述后冷卻器(102)冷卻后依次經(jīng)所述一級(jí)回?zé)崞?209)、所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述回?zé)崞?203)后并被制冷工質(zhì)冷卻至目標(biāo)儲(chǔ)氫溫度形成低溫高壓氫氣。

27、在其中一些實(shí)施例中，所述膨脹機(jī)元件替換為節(jié)流元件(214)，所述低溫高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)還包括一級(jí)膨脹機(jī)(207)、一級(jí)回?zé)崞?209)及二級(jí)回?zé)崞?208)；

28、制冷工質(zhì)被所述壓縮機(jī)(201)壓縮后進(jìn)入所述后冷卻器(202)，再由所述后冷卻器(202)冷卻后進(jìn)入所述一級(jí)回?zé)崞?209)被低溫制冷工質(zhì)冷卻后形成第一股冷流和第二股冷流；

29、所述第一股冷流依次經(jīng)所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述回?zé)崞?203)并被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后進(jìn)入所述節(jié)流元件(214)降溫降壓后進(jìn)入所述回?zé)崞?203)以提供冷量復(fù)溫并流出低溫低壓制冷工質(zhì)，并與所述第二股冷流經(jīng)所述一級(jí)膨脹機(jī)(207)進(jìn)行降溫降壓后流出的低溫低壓制冷工質(zhì)混合，形成的混合低溫低壓制冷工質(zhì)再依次經(jīng)所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述一級(jí)回?zé)崞?209)后再返回所述壓縮機(jī)(201)完成循環(huán)；

30、低壓原料氫氣經(jīng)所述多級(jí)氫氣壓縮機(jī)(101)增壓后形成高壓氫氣，所述高壓氫氣經(jīng)所述后冷卻器(102)冷卻后依次經(jīng)所述一級(jí)回?zé)崞?209)、所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述回?zé)崞?203)后并被制冷工質(zhì)冷卻至目標(biāo)儲(chǔ)氫溫度形成低溫高壓氫氣。

31、在其中一些實(shí)施例中，還包括第一進(jìn)口閥(306)，所述第一進(jìn)口閥(306)一端連接所述節(jié)流閥(214)另一端連接所述低溫高壓儲(chǔ)罐單元(3)，所述第一股冷流依次經(jīng)所述二級(jí)回?zé)崞?208)及所述回?zé)崞?203)并被低溫制冷工質(zhì)冷卻，然后經(jīng)所述節(jié)流元件(214)降溫降壓后分流出一部分制冷工質(zhì)用來預(yù)冷所述低溫高壓儲(chǔ)氫罐(3)。

32、本技術(shù)采用上述技術(shù)方案，其有益效果如下：

33、本技術(shù)提供的基于逆布雷頓循環(huán)的低溫高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)，包括：氫氣增壓?jiǎn)卧?1)、逆布雷頓循環(huán)制冷單元(2)和低溫高壓儲(chǔ)罐單元(3)，所述氫氣增壓?jiǎn)卧?1)包括氫氣壓縮機(jī)(101)和后冷卻器(102)，所述多級(jí)壓縮機(jī)(101)用于將氫氣增壓至某一優(yōu)化的儲(chǔ)存壓力，所述逆布雷頓循環(huán)制冷單元(2)為逆布雷頓循環(huán)，其包括壓縮機(jī)(201)、后冷卻器(202)、回?zé)崞?203)和膨脹機(jī)(204)，本技術(shù)提供的基于逆布雷頓循環(huán)的低溫高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)，具有儲(chǔ)氫密度大、氫氣冷卻效率高、無需正仲氫轉(zhuǎn)化、適應(yīng)規(guī)?；瘍?chǔ)氫、工質(zhì)獲取及補(bǔ)充方便等優(yōu)點(diǎn)。