本发明专利技术公开了一种双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置及方法。本发明专利技术采用氢能飞机中液氢燃料的汽化潜热作为超导电机的冷源，避免了使用低温冷机所带来的功耗、重量和复杂度等问题；内部蒸发冷凝循环可满足超导电机常规运行时的冷却需求，外部蒸发冷凝循环可在内部蒸发冷凝循环损坏或不能满足需求时作为装置冷却能力的补充，两者耦合有效增加冷却装置对复杂环境的适应性；在液氢短时间断供时，液氮吸收高温超导电机的热量并汽化，保证高温超导电机在极端环境下的连续运行。证高温超导电机在极端环境下的连续运行。证高温超导电机在极端环境下的连续运行。
【技术实现步骤摘要】
双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置及方法
[0001]本专利技术涉及超导电机的冷却
，特指一种双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置及方法。
技术介绍
[0002]在航空运输领域，采用液氢作为燃料的氢能飞机已成为我国未来的重点布局方向，对航空运输业碳排放的缩减具有重要意义。氢能飞机将采用基于氢涡轮发动机的混合动力电驱动架构，在形式上更加多样化，便于结合大功率燃料电池和高温超导电驱动等新兴技术。
[0003]低温技术是氢能飞机实现应用的关键技术。一方面，需要构建液氢燃料无损存储技术体系，延长液氢的存储时间；另一方面，氢能飞机中的高温超导电机等均需在低温环境下运行，以更大化输出功率。传统的高温超导电机冷却方案主要由低温冷机或汽化的低温介质(浸没式冷却)提供冷量，不适于氢能飞机上的应用环境。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种双蒸发冷凝循环的氢能飞机超导电机冷却装置，采用氢能飞机中液氢燃料作为超导电机的冷源，设计双蒸发冷凝传热结构实现冷量自液氢到超导电机之间的高效传递，保证高温超导电机的运行环境。
[0005]本专利技术拟用如下技术方案实现本专利技术的目的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置，其包括液氢管路、液氮管路、燃料电池、绝热杜瓦以及内置于绝热杜瓦中的低温热管、液氢换热器和高温超导电机；液氢管路依次连接液氢换热器和燃料电池，用于为液氢换热器和燃料电池提供冷量；液氮管路依次连接低温截止阀和绝热杜瓦，用于向绝热杜瓦内部充注液氮介质；绝热杜瓦通过管路外接安全阀，用于释放内部的超压氮气；所述高温超导电机的主体上带有冷却端，且高温超导电机冷却端和高温超导电机主体均浸没在液氮介质中；低温热管蒸发段和冷凝段分别连接高温超导电机冷却端和液氢换热器，从而构成内部蒸发冷凝循环；所述液氢换热器位于液氮液面上方，且外部不进行绝热处理从而能直接冷却因受热蒸发而上升的氮气，使其重新冷凝为液氮回流，从而构成外部蒸发冷凝循环；高温超导电机主体通过线缆与燃料电池连接，由燃料电池进行供电。
[0007]作为优选，所述低温热管分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分，除连接高温超导电机冷却端和液氢换热器的蒸发段和冷凝段之外其余均为绝热段。
[0008]作为优选，所述低温热管与高温超导电机冷却端和液氢换热器的连接处均采用一体化设计以最小化接触热阻。
[0009]作为优选，所述低温热管采用适用于液氢温区的脉动热管。
[0010]作为优选，所述绝热杜瓦内部的液氮的液面高度不超过低温热管的绝热段。
[0011]作为优选，所述液氢管路中的工质来源于氢能飞机中的液氢燃料。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种利用如第一方面任一所述冷却装置的氢能飞机高温超导电机冷却方法，其具体做法为：预先打开低温截止阀，将液氮通过液氮管路注入绝热杜瓦中，浸泡高温超导电机冷却端和高温超导电机主体；燃料电池开始运行，产生的电能通过线缆驱动高温超导电机主体工作，工作过程产生的热量传递到高温超导电机冷却端，高温超导电机运行过程中，根据不同工况下采用三种运行模式：
[0013]在正常工况下，高温超导电机冷却端内部的热量通过低温热管内部的蒸发冷凝循环传递到液氢换热器中；液氢燃料通过液氢管路进入液氢换热器中，吸收低温热管传递的热量而汽化，随后继续冷却燃料电池，提升其发电效率；
[0014]在低温热管损坏或者高温超导电机主体功率突然增大的工况下，高温超导电机冷却端内部的热量通过低温热管内部的蒸发冷凝循环传递到液氢换热器中，但低温热管难以满足高温超导电机冷却端的散热要求，此时液氮吸收高温超导电机的额外热量并汽化，随后上升至气相空间与液氢换热器接触后，凝结为液氮并在重力作用下汇入下方液氮中；液氢燃料通过液氢管路进入液氢换热器中，吸收低温热管传递的热量而汽化，随后继续冷却燃料电池，提升其发电效率；
[0015]在液氢断供的工况下，高绝热杜瓦中的液氮吸收高温超导电机的热量迅速汽化，保证高温超导电机冷却端和高温超导电机主体均处于所需的工作温区，而高绝热杜瓦内部的压力迅速上升至超过压力阈值后，超压氮气通过安全阀排出。
[0016]本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：采用氢能飞机中液氢燃料的汽化潜热作为超导电机的冷源，避免了使用低温冷机所带来的功耗、重量和复杂度等问题；内部蒸发冷凝循环可满足超导电机常规运行时的冷却需求，外部蒸发冷凝循环可在内部蒸发冷凝循环损坏或不能满足需求时作为装置冷却能力的补充，两者耦合有效增加冷却装置对复杂环境的适应性；在液氢短时间断供时，液氮吸收高温超导电机的热量并汽化，保证高温超导电机在极端环境下的连续运行。
[0017]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一种双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置的结构示意图。
[0019]图中：液氢管路1、液氢换热器2、燃料电池3、高温超导电机冷却端4、高温超导电机主体5、低温热管6、绝热杜瓦7、液氮8、线缆9、液氮管路10、低温截止阀11、安全阀12。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0021]在本专利技术的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以
是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
[0022]参见图1所示，在本专利技术的一个较佳实施例中，提供了一种双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置，包括液氢管路1、液氢换热器2、燃料电池 3、高温超导电机冷却端4、高温超导电机主体5、低温热管6、高绝热杜瓦7、液氮8、线缆9、液氮管路10、低温截止阀11、安全阀12。下面对该冷却装置中各组件的具体连接形式和工作原理进行详细描述。
[0023]液氢管路1和液氮管路10分别用于向冷却装置中输入液氢工质和液氮工质。其中，液氢管路1中的工质来源于是氢能飞机中的液氢燃料，而液氮管路10中的工质可额外加注于氢能飞机中。
[0024]液氢管路1依次连接液氢换热器2和燃料电池3，其内部的液氢工质可顺次流入液氢换热器2和燃料电池3中，通过液氢的汽化潜热为液氢换热器2和燃料电池3提供冷量。而液氮管路10依次连接低温截止阀11和绝热杜瓦7，用于向绝热杜瓦7内部充注液氮介质，液氮的充注过程可通过液氮管路10上的低温截止阀11开闭来调节。
[0025]整个绝热本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置，其特征在于，包括液氢管路(1)、液氮管路(10)、燃料电池(3)、绝热杜瓦(7)以及内置于绝热杜瓦(7)中的低温热管(6)、液氢换热器(2)和高温超导电机；液氢管路(1)依次连接液氢换热器(2)和燃料电池(3)，用于为液氢换热器(2)和燃料电池(3)提供冷量；液氮管路(10)依次连接低温截止阀(11)和绝热杜瓦(7)，用于向绝热杜瓦(7)内部充注液氮介质；绝热杜瓦(7)通过管路外接安全阀(12)，用于释放内部的超压氮气；所述高温超导电机的主体上带有冷却端，且高温超导电机冷却端(4)和高温超导电机主体(5)均浸没在液氮(8)介质中；低温热管(6)蒸发段和冷凝段分别连接高温超导电机冷却端(4)和液氢换热器(2)，从而构成内部蒸发冷凝循环；所述液氢换热器(2)位于液氮(8)液面上方，且外部不进行绝热处理从而能直接冷却因受热蒸发而上升的氮气，使其重新冷凝为液氮(8)回流，从而构成外部蒸发冷凝循环；高温超导电机主体(5)通过线缆(9)与燃料电池(3)连接，由燃料电池(3)进行供电。2.如权利要求1所述的双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置，其特征在于，所述低温热管(6)分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分，除连接高温超导电机冷却端(4)和液氢换热器(2)的蒸发段和冷凝段之外其余均为绝热段。3.如权利要求1所述的双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置，其特征在于，所述低温热管(6)与高温超导电机冷却端(4)和液氢换热器(2)的连接处均采用一体化设计以最小化接触热阻。4.如权利要求1所述的双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置，其特征在于，所述低温热管(6)采用适用于液氢温区的脉动热管。5.如权利要求1所述的双蒸发冷凝循环的氢能飞机高温超导电机冷却装置，其特征在于，所述绝热杜瓦(7)内部的液氮(8)的液...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，柴栋栋，马利亚，马军强，陈静，李山峰，曲捷，赵康，周博文，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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