本申请涉及低温制冷和储氢，特别涉及一种使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统。
背景技术：
1、氢气绿色无碳，是未来重要的二次能源载体。然而氢气低密度、低沸点带来的储运难题极大限制了氢能技术发展，亟需发展高效致密化储氢技术。将氢气进行常温增压后再分布式冷却的低温高压储氢技术储氢密度与液氢相当，并具备本证能耗低、无需正仲氢转化、用氢方便等优点，是极具发展潜力的新型储氢方法。而混合工质制冷技术可有效匹配氢气的冷却负荷，是实现低能耗储氢的较优选择。
2、然而，低温高压储氢过程中一方面需对氢气显热负荷进行分布式冷却，另一方面还需冷却储氢容器热容和充注过程中的压缩热，冷却负荷时空分布复杂，现有混合工质制冷系统难于直接满足需要，且存在多股流高压换热器制造难度大等问题，制约低温高压储氢技术的进一步发展。
技术实现思路
1、鉴于此，有必要针对当前的多股流高压换热器制造难度大等问题从而制约低温高压储氢技术的进一步发展的技术缺陷提供一种能高效匹配各类冷却负荷且，能降低高压氢气换热器制造难度的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统。
2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
3、本申请提供了一种使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，包括：混合工质主冷循环、载冷循环和氢气路，其中：
4、所述混合工质主冷循环用于冷却载冷工质，为高压氢气冷却提供制冷量，所述混合工质主冷循环包括混合工质压缩机(101)、混合工质后冷却器(102)、混合工质回热器(103)及混合工质节流元件(104)；
5、所述载冷循环用于将所述混合工质主冷循环产生的冷量传递至所述氢气路，所述载冷循环包括载冷压缩机(201)、后冷却器(202)、氢气冷却换热器(203)、载冷节流元件(204)及和储罐冷却器(205)；
6、所述氢气路包括多级氢气压缩机(301)、后冷却器(302)及低温高压储罐(304)；
7、混合工质经所述混合工质压缩机(101)增压后进入所述混合工质后冷却器(102)并在所述混合工质后冷却器(102)中冷却至常温后形成高压混合工质，所述高压混合工质再进入所述混合工质回热器(103)中并被低压混合工质冷却后在所述混合工质节流元件(104)中节流降温降压以形成低压混合工质，所述低压混合工质再返回至所述混合工质回热器(103)并提供冷量，所述低压混合工质在所述混合工质回热器(103)复温后返回至所述混合工质压缩机(101)完成循环；
8、载冷工质经所述载冷压缩机(201)增压后进入所述后冷却器(202)并在所述混合工质回热器(103)中被所述低压混合工质冷却至77k～150k形成低温载冷工质，所述低温载冷工质再在所述载冷节流原件(204)中降温降压形成低温低压载冷工质，所述低温低压载冷工质依次进入所述储罐冷却器(205)和所述氢气冷却换热器(203)以提供冷量，并复温后返回至所述载冷压缩机(201)完成载冷循环；
9、低压原料氢气经所述多级氢气压缩机(301)增压后进入所述后冷却器(302)冷却形成高压氢气，所述高压氢气进入所述氢气冷却换热器(203)中被冷却至储氢温度形成低温高压氢气，所述低温高压氢气再进入所述低温高压储罐(304)储存；所述低温高压储罐(304)自身热容和所述低温高压氢气充注入所述低温高压储罐(304)产生的压缩热均被所述储罐冷却器(205)冷却，以维持目标储氢温度。
10、在其中一些实施例中，所述混合工质主冷循环还包括预冷机组(105)和预冷换热器(106)，
11、所述混合工质经所述混合工质压缩机(101)增压后进入所述混合工质后冷却器(102)并在所述混合工质后冷却器(102)中冷却至常温后形成高压混合工质，所述高压混合工质进入所述预冷换热器(106)进行预冷后再进入所述混合工质回热器(103)中；
12、所述载冷工质经所述载冷压缩机(201)增压后进入所述后冷却器(202)并经所述预冷换热器(106)预冷后再进入所述混合工质回热器(103)中；
13、所述预冷机组(105)用于为所述预冷换热器(106)提供预冷冷量，所述预冷机组(105)可采用但不限于蒸汽压缩制冷循环、混合工质节流制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环以及商用冷水机组中的一种或多种的组合。
14、在其中一些实施例中，所述氢气路还包括高压氢气控制阀组(303)，所述氢气冷却换热器(203)中被冷却至储氢温度形成低温高压氢气经所述高压氢气控制阀组(303)控制后进入所述低温高压储罐(304)储存。
15、在其中一些实施例中，所述高压氢气控制阀组(303)包含多个并联的高压氢气控制阀，所述低温高压储罐(304)为与所述多个并联的高压氢气控制阀对应设置的低温高压储罐，在所述多个并联的高压氢气控制阀可实现同时对所述低温高压储罐组进行低温高压氢气的充注；任意一低温高压储罐均对应设置有所述储罐冷却器(205)，任意一所述储罐冷却器(205)均可对对应的低温高压储罐进行冷却。
16、在其中一些实施例中，所述载冷循环还包括储罐冷却器截止阀(206)和储罐冷却器旁通阀(207)，在所述储罐冷却器截止阀(206)和所述储罐冷却器旁通阀(207)的调节下，可以控制在所述载冷节流原件(204)中降温降压形成的低温低压载冷工质进入储罐冷却器(205)的流量。
17、在其中一些实施例中，所述载冷循环还包括载冷工质组(208)，所述载冷工质组(208)可采用但不限于psa或膜分离或钢瓶或小型空分精馏塔的形式补充所述载冷循环运行中损失的载冷工质。
18、在其中一些实施例中，所述载冷循环还包括载冷工质储罐(206)和载冷工质控制阀组(207)，所述载冷工质组(208)补充的载冷工质储存于所述载冷工质储罐(206)，再经所述载冷工质控制阀组(207)补入所述载冷循环中；参与循环的载冷工质也可经过所述载冷工质控制阀组(207)返回至所述载冷工质储罐(206)，以实现对载冷循环工质流量和运行压力的调节。
19、在其中一些实施例中，所述载冷循环使用的载冷工质包括但不限于氮气、空气、氩气、氖气、氦气、氢气、甲烷、乙烷、丙烷、r14或天然气中的至少一种。
20、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
21、本申请提供的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，包括：混合工质主冷循环、载冷循环和氢气路，采用混合工质节流制冷技术耦合载冷循环，通过载冷循环将混合工质主冷循环产生的冷量传递至氢气路，使混合工质主冷循环维持在较高效率的同时良好匹配高压氢气分布式冷却符合与低温高压储罐的定温冷却负荷；并将复杂的大换热负荷多股流高压换热器简化为较小换热负荷的双股流换热器，大幅降低高压氢气冷却换热器的制造难度和制造成本；整个系统可实现氢气低温高压致密化储存，具有储氢密度高、储氢能耗低、系统建造成本低的优点。
1.一种使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，包括：混合工质主冷循环、载冷循环和氢气路，其中：
2.如权利要求1所述的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，所述混合工质主冷循环还包括预冷机组(105)和预冷换热器(106)，
3.如权利要求1所述的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，所述氢气路还包括高压氢气控制阀组(303)，所述氢气冷却换热器(203)中被冷却至储氢温度形成低温高压氢气经所述高压氢气控制阀组(303)控制后进入所述低温高压储罐(304)储存。
4.如权利要求3所述的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，所述高压氢气控制阀组(303)包含多个并联的高压氢气控制阀，所述低温高压储罐(304)为与所述多个并联的高压氢气控制阀对应设置的低温高压储罐，在所述多个并联的高压氢气控制阀可实现同时对所述低温高压储罐组进行低温高压氢气的充注；任意一低温高压储罐均对应设置有所述储罐冷却器(205)，任意一所述储罐冷却器(205)均可对对应的低温高压储罐进行冷却。
5.如权利要求1所述的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，所述载冷循环还包括储罐冷却器截止阀(206)和储罐冷却器旁通阀(207)，在所述储罐冷却器截止阀(206)和所述储罐冷却器旁通阀(207)的调节下，可以控制在所述载冷节流原件(204)中降温降压形成的低温低压载冷工质进入储罐冷却器(205)的流量。
6.如权利要求1所述的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，所述载冷循环还包括载冷工质组(208)，所述载冷工质组(208)可采用但不限于psa或膜分离或钢瓶或小型空分精馏塔的形式补充所述载冷循环运行中损失的载冷工质。
7.如权利要求6所述的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，所述载冷循环还包括载冷工质储罐(206)和载冷工质控制阀组(207)，所述载冷工质组(208)补充的载冷工质储存于所述载冷工质储罐(206)，再经所述载冷工质控制阀组(207)补入所述载冷循环中；参与循环的载冷工质也可经过所述载冷工质控制阀组(207)返回至所述载冷工质储罐(206)，以实现对载冷循环工质流量和运行压力的调节。
8.如权利要求1所述的使用载冷循环的混合工质低温高压储氢系统，其特征在于，所述载冷循环使用的载冷工质包括但不限于氮气、空气、氩气、氖气、氦气、氢气、甲烷、乙烷、丙烷、r14或天然气中的至少一种。
