[發明專利]一種設置有三個串聯的透平膨脹機機組的氫氣液化設備

在審

• 申請號: 202011189284.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112361711A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 安剛;張震;蘭玉岐;楊昌樂;許鴻昊;姜天;徐明華
• 申請（專利權）人: 北京航天試驗技術研究所;北京航天雷特機電工程有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;郭德忠

1.一種設置有三個串聯的透平膨脹機機組的氫氣液化設備，其特征在于，包括真空箱、氫氣純化裝置、預冷裝置、第一氫壓縮機機組、第二氫壓縮機機組、第一透平膨脹機機組、第二透平膨脹機機組、第三透平膨脹機機組、第一低溫吸附器、第二低溫吸附器、換熱器、正仲氫轉化器、調節閥、節流閥以及液氫儲罐；

所述預冷裝置、所述第一透平膨脹機機組、所述第二透平膨脹機機組、所述第三透平膨脹機機組、所述第一低溫吸附器、所述第二低溫吸附器、所述換熱器、所述正仲氫轉化器以及所述節流閥均安裝于所述真空箱內；

所述調節閥包括第一調節閥和第二調節閥；

所述節流閥包括第一節流閥以及第二節流閥；

所述換熱器包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器以及第五換熱器；所述第一換熱器內設置有第一高壓氫氣通道、第一中壓氫氣通道、第一低壓氫氣通道、第一原料氫氣通道、液氮通道以及氮氣通道；所述第二換熱器內設置有第二高壓氫氣通道、第二中壓氫氣通道、第二低壓氫氣通道以及兩個第二原料氫氣通道；第三換熱器內設置有第三高壓氫氣通道、第三中壓氫氣通道、第三低壓氫氣通道以及兩個第三原料氫氣通道；第四換熱器內設置有第四高壓氫氣通道、第四中壓氫氣通道、第四低壓氫氣通道和兩個第四原料氫氣通道；所述第五換熱器內設置有第五低壓氫氣通道和第五原料氫氣通道；

所述預冷裝置包括液氮罐，所述液氮罐設置有用于供給液氮的液氮供應管路、連通所述液氮罐底部液相空間和頂部氣相空間的液氮虹吸管路、以及用于排放所述液氮罐內氮氣的氮氣排出管路；所述液氮虹吸管路與所述第一換熱器內的所述液氮通道連通，用于通過液氮氣化吸熱實現所述第一換熱器的冷卻；所述氮氣排出管路與所述第一換熱器內的所述氮氣通道連通；

所述正仲氫轉化器包括第一正仲氫轉化器、第二正仲氫轉化器、第三正仲氫轉化器、第四正仲氫轉化器、第五正仲氫轉化器以及第六正仲氫轉化器；所述第六正仲氫轉化器安裝于所述第五換熱器內；

所述氫氣純化裝置用于對原料氫氣進行純化，所述氫氣純化裝置的出口通過所述第一原料氫氣通道與所述第一低溫吸附器的入口連通，所述第一低溫吸附器的出口依次連接所述第一正仲氫轉化器和所述第二正仲氫轉化器；

一個第二原料氫氣通道的入口與所述第二正仲氫轉化器的出口連通、且出口依次通過所述第三正仲氫轉化器和另一個第二原料氫氣通道連通一個第三原料氫氣通道的入口；

兩個所述第三原料氫氣通道之間通過所述第四正仲氫轉化器連通，另一個第三原料氫氣通道的出口與一個第四原料氫氣通道的入口連通；

兩個所述第四原料氫氣通道之間通過所述第五正仲氫轉化器連通，另一個第四原料氫氣通道的出口與所述第五原料氫氣通道的入口連通；

在所述第五原料氫氣通道中設置有所述第六正仲氫轉化器，所述第五原料氫氣通道的出口通過所述第一節流閥連通所述液氫儲罐的入口；

所述第一氫壓縮機機組的入口與所述第一低壓氫氣通道的出口連通，出口與所述第二氫壓縮機機組的入口和所述第一中壓氫氣通道的出口均連通；所述第二氫壓縮機機組的出口與所述第一高壓氫氣通道的入口連通；在所述第一氫壓縮機機組的入口和出口之間連接有所述第一調節閥；在所述第二氫壓縮機機組的入口和出口之間連接有所述第二調節閥；

在所述第一高壓氫氣通道的出口與所述第二高壓氫氣通道的入口之間連接有所述第二低溫吸附器；

所述第二高壓氫氣通道的一個出口通過串聯的所述第一透平膨脹機機組、所述第二透平膨脹機機組以及所述第三透平膨脹機機組與所述第四中壓氫氣通道的入口連通，另一個出口與依次連接的所述第三高壓氫氣通道、所述第四高壓氫氣通道以及所述第二節流閥連通，所述第二節流閥的出口與所述第五低壓氫氣通道的入口連通；

所述第四中壓氫氣通道、所述第三中壓氫氣通道、所述第二中壓氫氣通道以及所述第一中壓氫氣通道依次連通；

所述第五低壓氫氣通道、所述第四低壓氫氣通道、所述第三低壓氫氣通道、所述第二低壓氫氣通道以及所述第一低壓氫氣通道依次串聯連接；

所述氫氣純化裝置、所述第一低溫吸附器、所述正仲氫轉化器、所述第一節流閥、以及所述液氫儲罐形成氫氣降溫液化系統；

所述第一氫壓縮機機組、所述第二氫壓縮機機組、所述第一透平膨脹機機組、所述第二透平膨脹機機組、所述第三透平膨脹機機組、所述第二低溫吸附器、所述調節閥、以及所述第二節流閥形成氫氣制冷循環系統，所述氫氣制冷循環系統以氫氣作為制冷工質。