[发明专利]一种液氢冷能梯级利用系统和方法

权利要求书

1.一种液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，包括：

增压设备，其用于将常压液氢增压至高压液氢；

冷能利用单元，其设置有多个，包括与所述增压设备连接用于将高压液氢转变为高压氢气的初级冷能利用单元，以及多个次级冷能利用单元；所述初级冷能利用单元和多个所述次级冷能利用单元依次连接，用于阶梯式地回收低温高压氢气的冷量并应用于相应的场景；

管路单元，与所述增压设备和多个所述冷能利用单元连接以用于输送液氢或氢气。

2.根据权利要求1所述的液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，所述初级冷能利用单元为氮气液化单元，所述次级冷能利用单元包括依次连接的制干冰单元、冷库单元和空调单元。

3.根据权利要求2所述的液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，所述氮气液化单元包括氮气液化换热器、氮气工质进口和液氮工质出口；所述制干冰单元包括制干冰换热器、制干冰换热器载冷工质进口和制干冰换热器载冷工质出口；所述冷库单元包括冷库换热器、冷库换热器载冷工质进口和冷库换热器载冷工质出口；所述空调单元包括空调换热器、空调换热器载冷工质进口和空调换热器载冷工质出口。

4.根据权利要求3所述的液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，所述氮气液化换热器的氮气工质用于将高压液氢换热后气化为所述高压氢气，所述制干冰换热器、所述冷库换热器和所述空调换热器的载冷工质用于将所述高压氢气换热后升温以实现阶梯式地收集所述高压氢气的冷量。

5.根据权利要求4所述的液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，所述管路单元包括与所述增压设备连接的前管、用于连接所述增压设备和所述氮气液化单元的液氢进口管路、用于连接所述氮气液化单元和所述制干冰单元的第一氢气管路、用于连接所述制干冰单元和所述冷库单元的第二氢气管路、用于连接所述冷库单元和所述空调单元的第三氢气管路、与所述空调单元连接的常温常压氢气用户端连接管路。

6.根据权利要求5所述的液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，还包括与所述空调单元连接的一级透平膨胀机，所述管路单元还包括第一回路，所述第一回路包括用于使得高压氢气自所述空调单元进入所述一级透平膨胀机的第一氢气进口管路和用于使得氢气自所述一级透平膨胀机排出进入所述空调单元的第一排气再热管路。

7.根据权利要求6所述的液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，还包括与所述空调单元连接的二级透平膨胀机，所述管路单元还包括第二回路，所述第二回路包括用于使得氢气自所述空调单元进入所述二级平膨胀机的第二氢气进口管路、用于使得氢气自所述一级透平膨胀机排出进入所述制干冰单元的第二排气再热管路、连接所述制干冰单元和所述冷库单元的第三排气再热管路、连接所述冷库单元和所述空调单元内的第四排气再热管路。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的液氢冷能梯级利用系统，其特征在于，所述增压设备为液氢增压泵。

9.一种液氢冷能梯级利用的方法，所述方法基于权利要求7所述的液氢冷能梯级利用系统实现，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S10、将常压液氢经增压设备增压为20MPa的高压液氢进入氮气液化单元；

S20、高压液氢经氮气液化单元的氮气液化换热器与氮气工质换热后气化变为低温高压氢气进入制干冰单元，氮气液化换热器的氮气工质收集高压液氢的冷量被液化，通过氮气液化换热器液氮工质出口进入液氮储罐；

S30、高压氢气经制干冰单元的制干冰换热器的载冷工质换热升温后进入冷库单元，制干冰换热器的载冷工质收集高压氢气的冷量通过制干冰换热器载冷工质出口进入制干冰工艺流程；

S40、高压氢气经冷库单元的冷库换热器的载冷工质换热升温后进入空调单元，冷库换热器的载冷工质收集高压氢气的冷量通过冷库换热器载冷工质出口进入冷库工艺流程；

S50、高压氢气经空调单元的空调换热器的载冷工质换热升温后，空调换热器的载冷工质收集高压氢气的冷量通过空调换热器载冷工质出口进入空调工艺流程。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤S50后还包括：高压氢气自空调单元进入第一透平膨胀机，经第一透平膨胀机膨胀降温后回到空调单元，再自空调单元进入第二透平膨胀机，经第二透平膨胀机膨胀降温后依次回流经过制干冰单元、冷库单元和空调单元，最后成为常温常压气体进入常温常压氢气用户端连接管路。