一种燃料电池液氢系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池液氢系统，包括：液氢存储模块和氢气供应模块；所述液氢存储模块包括：液氢储罐和电加热器；所述液氢储罐内储存有液氢，所述电加热器安装在液氢储罐内，用于对液氢储罐内的液氢进行加热；所述氢气供应模块包括：氦气盘管、换热器、循环水箱及燃料电池；所述氦气盘管敷设在液氢储罐外部；所述氦气盘管与换热器进行热交换；所述液氢储罐通过换热器后与所述燃料电池连接；所述循环水箱安装在所述燃料电池的散热风扇处；所述循环水箱与换热器进行热交换。本发明专利技术适用于无人机，无人潜航器燃料电池供电领域，能够为燃料电池提供稳定的氢气源。电池提供稳定的氢气源。电池提供稳定的氢气源。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池液氢系统


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池液氢系统。

技术介绍

[0002]随着能源与环境问题的加剧，节能减排已成为必然趋势。氢能是一种理想的清洁能源，现已成为能源领域研究和发展热点。燃料电池具有能量密度高和转化效率高等优点，且其反应产物只有水，是氢能利用的重要方向。
[0003]质子交换膜型燃料电池具有结构紧凑、启动快、耐久性好、工作温度低等特点，经过多年的研发，已在汽车行业成熟应用，在无人潜航器，无人机等领域有广阔的应用前景。当下得到应用的质子交换膜燃料电池氢气供应系统主要采用高压储氢供气的方式。相较于高压氢气，液氢具有能量密度高、运输效率高、低压储运安全等独特优势。采用液氢供气可大幅度提升燃料电池动力系统的质量储氢密度，增大燃料电池得续航能力。
[0004]现有液氢储存供气系统主要采用自增压方式，增压装置布置一段带翅片的管路，将液氢通过翅片管路的过程吸收环境热量，由液态变为气态后在回到储罐中。但由于气瓶本身的液位差较小，加之液氢的密度小，导致气化驱动力不足，致使这种方式增压难以达到预期的供气效果。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种燃料电池液氢系统，适用于无人机，无人潜航器燃料电池供电领域，能够为燃料电池提供稳定的氢气源。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0007]一种燃料电池液氢系统，包括：液氢存储模块和氢气供应模块；
[0008]所述液氢存储模块包括：液氢储罐和电加热器；所述液氢储罐内储存有液氢，所述电加热器安装在液氢储罐内，用于对液氢储罐内的液氢进行加热；
[0009]所述氢气供应模块包括：氦气盘管、换热器、循环水箱及燃料电池；
[0010]所述换热器内设有氦气换热通道、氢气换热通道及水循环换热通道；
[0011]所述氦气盘管敷设在液氢储罐外部；所述氦气盘管的出口端与换热器的氦气换热通道的入口端连接，换热器的氦气换热通道的出口端与所述氦气盘管的入口端连接；
[0012]所述液氢储罐的出口端与所述氢气换热通道的入口端连接，所述氢气换热通道的出口端通过氢气管与所述燃料电池连接；
[0013]所述循环水箱安装在所述燃料电池的散热风扇处，所述散热风扇用于提供废热热量，给循环水箱加热；所述循环水箱的出口与所述换热器水循环换热通道的入口端连接，所述换热器水循环换热通道的出口端与所述循环水箱的入口连接。
[0014]进一步的，所述换热器的入口端安装有辅助电加热装置。
[0015]进一步的，所述液氢储罐为双层容器，双层容器的内层壳体与外层壳体之间缠绕有多层铝箔及玻璃纤维并维持真空状态。
[0016]进一步的，所述液氢储罐的出口端安装有可拆卸的法兰阀座，所述法兰阀座上加工有与所述液氢储罐内腔相通的液氢口和放空口，液氢口上连接有液氢管，放空口上连接有放空管；放空管上安装有安全阀。
[0017]进一步的，所述液氢储罐的法兰盖上还设有压力表和电容式液位计。
[0018]进一步的，所述氦气盘管与换热器的氦气换热通道之间的管路上安装有氦气循环泵。
[0019]进一步的，所述循环水箱与换热器的水循环换热通道之间的管路上安装有水循环泵。
[0020]进一步的，所述液氢储罐与换热器的氢气换热通道之间的管路上分别安装有压力传感器、温度传感器一、流量计一，来监测氢气流动过程中的参数，还安装有电磁阀一，通过调整开度来控制氢气流量。
[0021]进一步的，所述循环水箱与换热器的水循环换热通道之间的管路上安装有流量计二和温度传感器二，来监测循环水流动过程中的参数，还安装有电磁阀二，通过调整开度来控制循环水流量。
[0022]有益效果：
[0023](1)本专利技术包含有液氢存储模块和氢气供应模块，可为氢燃料电池提供稳定的氢气源，液氢储罐内部布置电加热器，实现液氢汽化及气体增压过程，区别于常用的液氢储罐自增压方式，本专利技术在燃料电池启动阶段，通过液氢储罐内部的电加热器工作，加热液氢储罐内的液氢，使其发生相变汽化，可快速增大液氢储罐上部气相空间压力；相较于自增压，该方式的响应速度更快。
[0024](2)本专利技术在换热器设有辅助电加热装置，辅助电加热装置的作用是：在燃料电池启动阶段，从液氢储罐中挤压出的氢气是低温低压状态，不满足燃料电池对氢气的进气参数要求；此时燃料电池未启动，无法通过循环水为液氢储罐提供热量来源；辅助电加热装置可以为从液氢储罐出来的低温氢气提供能量，使其升温，并根据换热器出口的常温氢气的温度要求调节辅助电加热装置的加热功率，保证进入燃料电池的常温氢气温度不低于25℃，以满足燃料电池的进气需求，实现燃料电池的正常开机。
[0025](3)本专利技术设有氦气循环系统，普通的液氢储罐主要通过自增压的方式实现液氢内部气化，但是自增压方式的响应速度慢，如果本专利技术应用在高空或深海等环境，仅仅依靠外部环境无法为自增压系统提供足够的热量；因此本专利技术将燃料电池的散热风扇散发的废热有效利用，用于液氢储罐内的液氢汽化增压；燃料电池的散热风扇散热端设有一套循环水系统，循环水吸收燃料电池的散热风扇的热量后在换热器内将热量传递给氦气；氦气升温后进入液氢储罐的内层壳体和外层壳体之间；本专利技术的氦气盘管紧紧缠绕在内层壳体的外壁面；高温氦气通过热传导将能量传递给液氢储罐内部，使液氢汽化增压，低温氦气流出回到换热器进行下一次循环；氦气循环系统可以作为电加热器的补充，在燃料电池正常的运行阶段，关闭电加热器通过氦气循环系统提供液氢汽化的能量，避免燃料电池的有效功率过多的应用于动力系统内部，避免了功率浪费。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的结构组成图；
[0027]其中，1
‑
液氢储罐，2
‑
电加热器，3
‑
氦气盘管，4
‑
换热器，5
‑
氦气循环泵，6
‑
燃料电池，7
‑
循环水箱。
具体实施方式
[0028]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0029]本实施例提供了一种燃料电池液氢系统，参见附图1，包括：液氢存储模块、氢气供应模块及控制模块；
[0030]所述液氢存储模块包括：液氢储罐1和电加热器2；
[0031]所述液氢储罐1内储存有液氢，液氢储罐1为双层容器，采用高真空多层绝热隔热方式，双层容器的内层壳体与外层壳体之间缠绕有多层铝箔及玻璃纤维并维持真空状态；
[0032]所述液氢储罐1的出口端安装有可拆卸的法兰阀座，所述法兰阀座上加工有与所述液氢储罐1内腔相通的液氢口和放空口，液氢口上连接有液氢管，放空口上连接有放空管；放空管上安装有安全阀；
[0033]所述液氢储罐1的法兰阀座上还设有压力表和电容式液位计；所述压力表用于测量液氢储罐1内的压力，电容式液位计用于实时监测液氢储罐1内液氢的液位，并具有高低液位报警功能；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池液氢系统，其特征在于，包括：液氢存储模块和氢气供应模块；所述液氢存储模块包括：液氢储罐(1)和电加热器(2)；所述液氢储罐(1)内储存有液氢，所述电加热器(2)安装在液氢储罐(1)内，用于对液氢储罐(1)内的液氢进行加热；所述氢气供应模块包括：氦气盘管(3)、换热器(4)、循环水箱(7)及燃料电池(6)；所述换热器(4)内设有氦气换热通道、氢气换热通道及水循环换热通道；所述氦气盘管(3)敷设在液氢储罐(1)外部；所述氦气盘管(3)的出口端与换热器(4)的氦气换热通道的入口端连接，换热器(4)的氦气换热通道的出口端与所述氦气盘管(3)的入口端连接；所述液氢储罐(1)的出口端与所述氢气换热通道的入口端连接，所述氢气换热通道的出口端通过氢气管与所述燃料电池(6)连接；所述循环水箱(7)安装在所述燃料电池(6)的散热风扇处，所述散热风扇用于提供废热热量，给循环水箱(7)加热；所述循环水箱(7)的出口与所述换热器(4)水循环换热通道的入口端连接，所述换热器(4)水循环换热通道的出口端与所述循环水箱(7)的入口连接。2.如权利要求1所述的一种燃料电池液氢系统，其特征在于，所述换热器(4)的入口端安装有辅助电加热装置。3.如权利要求1所述的一种燃料电池液氢系统，其特征在于，所述液氢储罐(1)为双层容器，双层容器的内层壳体与外层壳体之间缠绕有多层铝箔及玻璃纤维并维持真空状态。4.如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：王遥，李山峰，陈静，齐向阳，赵康，郭嘉翔，周博文，曲捷，张春伟，景卓，丛中卉，杨行，崔皓玉，
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：