具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了实现燃料电池车辆加氢的目的，相关技术中，通常单独设置加氢机以及配备制冷模块，该系统结构较为复杂，会显著增加加氢能耗，并且加氢效率也较低。

鉴于此，本发明实施例提供一种氢汽化循环系统，如图1所示，分别包括：通过循环管路14依次连通的取冷换热单元10、汽化换热单元11、高压换热单元12和释冷换热单元13。其中，在循环管路14中注入第一换热介质进行循环换热，在取冷换热单元10、汽化换热单元11、高压换热单元12和释冷换热单元13中注入第二换热介质进行换热，液氢从液氢入口15注入至取冷换热单元10，通过取冷换热单元10、汽化换热单元11、高压换热单元12、释冷换热单元13、循环管路14和第一换热介质、第二换热介质循环换热后从气氢出口16输出气氢。

上述中的取冷换热单元10，主要用于液氢通过循环管路14和汽化换热单元11在汽化换热的过程中收集冷量，并将冷量储存起来以待给燃料电池车辆加氢时通过释冷换热单元13释放出来，再通过高压换热单元12将气氢输送给燃料电池车辆。

上述中的汽化换热单元11，主要用于实现液态氢能够汽化换热制冷的目的，充分利用液氢汽化过程产生的冷能，无需单独设置制冷模块产生冷能，因此，可节省额外制冷所消耗的能源，最终达到快速加氢的目的。

上述中的高压换热单元12，主要用于将汽化换热单元11汽化的常温气氢高压换热后通过气氢出口16输出给燃料电池车辆。

上述中的释冷换热单元13，主要用于在加氢时，将储存在取冷换热单元10中的冷量释放出来，以降低循环管路14以及液氢的温度，最终实现加氢的目的。

上述中的取冷换热单元10和释冷换热单元13可以同时执行工作，也可以分别单独执行工作，取冷换热单元10、释冷换热单元13、汽化换热单元11以及高压换热单元12构成整体的氢汽化循环系统，以实现对液氢汽化取冷和加氢释冷最终输出气氢，能够达到快速加氢的目的，无需单独设置加氢机和制冷模块，结构简单，能够降低加氢能耗，加氢效率较高。

在一种实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，如图2所示，取冷换热单元10包括：取冷换热器100、第一取冷管路101、第二取冷管路102和蓄冷容器103，其中，取冷换热器100的第一输入端连接液氢入口15，取冷换热器100的第二输入端连接汽化换热单元11；蓄冷容器103的第一输入端通过第二取冷管路102连接取冷换热器100，蓄冷容器103的第二输入端连接连接释冷换热单元13，蓄冷容器103的第一输出端通过第一取冷管路101连接取冷换热器100，蓄冷容器103的第二输出端连接释冷换热单元13。

具体地，取冷换热器100可以为管壳式换热器，第一取冷管路101和第二取冷管路102可以采用聚氨酯发泡材料实现保温的效果，取冷换热器100可以采用高真空绝热材料实现保温的效果。蓄冷容器103可以为真空绝热贮箱，在蓄冷容器103中可以储存第二换热介质，该第二换热介质可以为R134a。在第一取冷管路101和第二取冷管路102中可以注入第一换热介质，该第一换热介质可以为LM-8。

液氢通过液氢入口15注入至取冷换热单元10换热，从取冷换热单元10输出至汽化换热单元11汽化制冷，再分别通过第一取冷管路101、第二取冷管路102输出至蓄冷容器103中蓄冷。

在一具体实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，在图2中，在第一取冷管路101上设置有依次连接的第一气动阀104、第二气动阀105在第二取冷管路102上依次设置有第三气动阀106、第一循环泵107、第四气动阀108和第一过滤器109，在液氢入口15设置有第五气动阀117。

在图2中，第一气动阀104的输入端连接取冷换热器100的第一输出端，第一气动阀104的输出端连接第二气动阀105的输入端，第五气动阀117的输出端连接蓄冷容器103的第一输出端。第三气动阀106的输入端连接取冷换热器100的第二输出端，第三气动阀106的输出端连接第一循环泵107的输入端，第一循环泵107的输出端连接第四气动阀108的输入端，第四气动阀108的输出端连接第一过滤器109的输入端，第一过滤器109的输出端连接蓄冷容器103的第一输出端。其中，第一循环泵107可以达到加速循环换热的效果，第一气动阀104、第二气动阀105、第三气动阀106和第四气动阀108可以执行开关功能，其中，第一气动阀104可以控制取冷换热器100的第一输出端，第二气动阀105可以控制蓄冷容器103的第一输出端，第三气动阀106可以控制取冷换热器100的第二输出端，第四气动阀108可以控制蓄冷容器103的第一输入端。

在本实施方式中，在第一取冷管路101和第二取冷管路102中注入第一换热介质(LM-8)以及在取冷换热器100和蓄冷容器103中注入第二换热介质(R134a),取冷换热单元10通过该具体的管路结构，使得第一换热介质在取冷换热器100以及蓄冷容器103中循环流动，利用汽化换热单元11将液氢汽化的同时，把液氢在汽化过程中产生的冷量储存在蓄冷容器103中。其中，蓄冷容器103、第一取冷管路101和第二取冷管路102的压力维持在1.2MPa进而以确保第二换热介质(R134a)工作在液态。

在另一实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，在图2中，汽化换热单元11包括：汽化器110、第一汽化管路111、第二汽化管路112和储氢容器113；其中，汽化器110的输入端通过第一汽化管路111连接取冷换热单元10，具体地，在图2中，汽化器110的输入端连接取冷换热器100。汽化器110的输出端通过第二汽化管路112连接储氢容器113的输入端，储氢容器113的输出端通过第六气动阀116连接高压换热单元12。

具体地，汽化器110可以为空温式汽化器110，该汽化器110的作用是利用空气自然对流加热第一汽化管路111中的低温液体，使其完全蒸发成氢气，并且该氢气可以利用汽化器110升温成环境温度。在汽化过程中，会产生冷量，通过蓄冷容器103将该冷量储存起来。储氢容器113，主要用于将汽化器110汽化的氢气储存起来。

在另一具体实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，在第一汽化管路111上设置有第七气动阀114，在第二汽化管路112上设置有第八气动阀115。

在图2中，第七气动阀114的输入端连接取冷换热器100，第七气动阀114的输出端连接汽化器110，第八气动阀115的输入端连接汽化器110，第八气动阀115的输出端连接储氢容器113。其中，第七气动阀114用于控制取冷换热器100的第二输入端和汽化器110的输入端，第八气动阀115用于控制汽化器110的输出端和储氢容器113的输入端。

在另一实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，在图2中，释冷换热单元13包括：释冷换热器130、第一释冷管路131和第二释冷管路132；其中，释冷换热器130的第一输入端通过第一释冷管路130连接取冷换热单元10，在图2中，具体地，释冷换热器130的第一输入端连接取冷换热单元10的第二输出端。释冷换热器130的第二输入端通过第二释冷管路131连接取冷换热单元10，具体地，在图2中，释冷换热器130的第二输入端通过第二释冷管路132连接蓄冷容器103的第二输入端。释冷换热器130的第一输出端与第二输出端均连接高压换热单元12。

具体地，释冷换热器130可以为管壳式换热器，第一释冷管路131和第二释冷管路132可以采用聚氨酯发泡材料实现保温的效果，释冷换热器130可以采用高真空绝热材料实现保温的效果。在第一释冷管路131和第二释冷管路132中可以注入第一换热介质，该第一换热介质可以为LM-8。

在另一具体实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，在图2中，在第一释冷管路131中依次设置有第二过滤器133、第九气动阀134、第二循环泵135和第十气动阀136；在第二释冷管路132中依次设置有第十一气动阀137和第十二气动阀138。

在图2中，第二过滤器133的输入端连接蓄冷容器103的第二输出端，第二过滤器133连接第九气动阀134的输入端，第九气动阀134的输出端连接第二循环泵135的输入端，第二循环泵135的输出端连接第十气动阀136的输入端，第十气动阀136的输出端连接释冷换热器130的第一输入端。第十一气动阀137的输入端连接蓄冷容器130的第二输入端，第十一气动阀137的输出端连接第十二气动阀138的输入端，第十二气动阀138的输出端连接释冷换热器130的第二输入端。

其中，第二循环泵135的作用是为了加快循环速度，第九气动阀134用于控制第二过滤器133和第二循环泵135，第十气动阀136用于控制释冷换热器130的第一输入端，第十一气动阀137用于控制蓄冷容器103的第二输入端，第十二气动阀138用于控制释冷换热器130的第二输入端。

在加氢开始时，开启释冷换热器130，利用蓄冷容器中低温的第二换热介质(R134a)，通过第二循环泵135以一定压力(1.2MPa)和流速在释冷换热器130的壳程、第一释冷管路131和第二释冷管路132以及蓄冷容器103之间流动，其中，在释冷换热器130的壳程中可以注入第一换热介质(LM-8)。因此，通过释冷环节可以实现将释冷换热器130中常温的第一换热介质(LM-8)冷却到-50℃，另外，第一换热介质(R134a)在各循环管路中循环流动，最后通过高压换热单元12将储氢容器113中储存的常温氢气进行高压换热，被高压换热单元12中注入的第一换热介质(LM-8)冷却至-40℃以下供快速加氢使用。

在一种实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，在图2中，高压换热单元12包括:高压换热器120、第一高压管路121和第二高压管路122；其中，高压换热器120的第一输入端连接汽化换热单元11，具体地，在图2中，高压换热器120的第一输入端连接汽化器113。高压换热器120的第二输入端通过第一高压管路121连接释冷换热单元13，具体地，在图2中，高压换热器120的第二输入端连接储氢容器113。高压换热器120的第一输出端连接气氢出口16，高压换热器120的第二输出端通过第二高压管路122连接释冷换热单元13。在图2中，高压换热器120的第二输出端通过第二高压管路122连接释冷换热器130。

在一另实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，在第一高压管路121上设置有第十三气动阀123，在第二高压管路122上一次设置有第三循环泵124、第三过滤器125和第十四气动阀126。

在图2中，第十三气动阀123的输入端连接高压换热器120的第二输入端，第十三气动阀123的输出端连接释冷器的第一输出端，第三循环泵124的输入端通过第三过滤器125连接第十四气动阀126的输出端，第十四气动阀126的输入端连接释冷换热器130的第二输出端。

为了实现控制功能，在另一实施方式中，本发明实施例中的氢汽化循环系统，上述中的各气动阀、各循环泵、各过滤器以及取冷换热器、蓄冷容器、释冷换热器、高压换热器、储氢容器、汽化器可以连接控制器。

在取冷阶段，来自液氢入口的液氢首先通过取冷换热器的管壳中注入的第二换热介质(R134a)进行换热，然后通过第一取冷管路以及第二取冷管路中的第一循环泵以一定压力(1.2MPa)和流速在蓄冷容器之间流动，不断带走各循环管路中的液氢热量，并将液氢转换成低温氢气。同时，将低温的氢气储存在蓄冷容器中备用。另外，低温的氢气经过汽化器升温到环境温度，并储存到储氢容器中。

在加氢阶段，开启释冷换热器，利用蓄冷容器中的低温的第二换热介质(R134a)通过第一释冷管路中的第二循环泵以一定压力(1.2MPa)和流速在各循环管路、释冷换热器、蓄冷容器之间之间流动，将释冷换热器的管程中的常温第一换热介质(LM-8)冷却到-50℃以下。同时，控制储氢容器中的常温氢气进入到高压换热器中，被高压换热器的壳程中的第一换热介质(LM-8)冷却到-40℃以下供快速加氢使用。

因此，本发明实施例中的氢汽化循环系统，管路结构简单，同时可以实现取冷循环和加氢循环的目的，也可以单独实现取冷循环或单独实现加氢循环的目的。有助于快速加氢，无需单独设置加氢机和制冷模块，结构简单，能够降低加氢能耗，加氢效率较高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。