一种轻量化液氢储供系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种轻量化液氢储供系统及方法，涉及氢能技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化液氢储供系统及方法


[0001]本专利技术涉及氢能
，特别涉及一种轻量化液氢储供系统及方法
。

技术介绍

[0002]氢能作为公认的低碳和零碳能源正在脱颖而出
。
作为一种清洁能源，氢能具有高比例压缩
、
大规模储存
、
能量无衰减
、
来源广泛等特性，可有效降低化石能源比重，提高清洁发展水平
。
氢燃料载具具有零碳排放的优点，被视为未来替代传统能源载具的最优解决方案，而储氢系统是氢燃料载具的重要组成部分
。
目前，主流的储氢方式包括气态储氢
、
液态储氢
、
固态储氢三种
。
其中，低温液态储氢具有储氢量大
、
稳定性好
、
安全性高的特点，能够在各种环境中实现对大量氢的存储及输送，因此，低温液态储氢是氢燃料载具比较理想的储氢技术
。
然而，在低温液态储氢技术中，液氢储罐及其配套的调节阀
、
减压阀等部件的重量等占很大比例，严重影响了整体系统的储重比参数
。
因此，储氢系统轻量化成为重要指标，可降低储氢系统成本，提高产品竞争力和载具行驶里程
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种轻量化液氢储供系统及方法，利用
Be(
铍
)、Ga(
镓
)
等材料的低温热流磁场效应，即在温度小于r/>100K
时，有磁场的作用下，
Be、Ga
等材料的热导率小，无磁场的作用下，材料的热导率大
。
本专利技术基于此原理设计了适用于液氢的磁热式换热器，并将其应用于液氢储供系统，通过调整电流的大小即可实现液氢供应流量的精确调控
。
[0004]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种轻量化液氢储供系统，包括液氢储罐
、
增压管路
、
液氢管路
、
磁热式汽化器
、
氢空燃料电池
、
空气管路和控制器；
[0006]所述磁热式汽化器内部具有多条交替排列的冷流体通道和热流体通道，两者之间由磁控热导隔板分隔，位于冷流体通道处的磁热式汽化器外部分别设置有成对的上电磁体和下电磁体；通过调整输入每对上电磁体和下电磁体的电流大小，能控制上电磁体和下电磁体的磁场作用范围，以间接调整冷流体通道中的液氢和热流体通道中的空气之间的有效换热面积；
[0007]所述增压管路依次连接液氢储罐内底部的液相空间
、
增压汽化器
、
氢气截止阀以及液氢储罐内顶部的气相空间，用于将液氢储罐内部的液氢汽化后用于增压；
[0008]所述液氢管路依次连接液氢储罐内底部的液相空间
、
液氢截止阀
、
磁热式汽化器的冷流体通道和氢空燃料电池，用于将液氢储罐内部的液氢介质输送至氢空燃料电池进行反应；
[0009]所述空气管路依次连接变频压缩机
、
空气阀
、
空气入口温度传感器
、
磁热式汽化器的热流体通道
、
空气出口温度传感器和氢空燃料电池，用于将外部空气增压并冷却后，输送至氢空燃料电池进行反应；
[0010]所述控制器一侧通过电源线连接变频压缩机
、
空气入口温度传感器和空气出口温
度传感器，另一侧通过电源线连接磁热式汽化器和氢空燃料电池；控制器首先通过空气流量信号
m
a
以及进出口温度信号
T
i
、T
o
，间接计算液氢汽化流量
m
H
，随后根据设定的液氢汽化流量值
m0控制输入磁热式汽化器电流的增大或减小，间接控制磁热式汽化器的有效换热面积，实现氢气供应量的调控
。
[0011]作为优选，所述液氢储罐
、
增压汽化器
、
液氢管路和液氢截止阀外部均包裹绝热材料
。
[0012]作为优选，所述磁控热导隔板的材料为铍或镓
。
[0013]作为优选，每对所述上电磁体和下电磁体均可通过控制器调整其周围磁场范围，且上电磁体和下电磁体可同时运行或择一运行
。
[0014]作为优选，所述磁热式汽化器的外壳为不锈钢板，不锈钢板外部敷设有绝热层
。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种利用第一方面任一所述轻量化液氢储供系统的液氢储供方法，包括以下步骤：
[0016]S1
，打开氢气截止阀；来自液氢储罐的液氢介质首先进入增压管路，随后进入增压汽化器吸收外部热量后迅速汽化，由液氢转变为高压氢气，随后通过氢气截止阀进入液氢储罐内顶部的气相空间，使液氢储罐内部压力升高，实现液氢储供系统自增压供液氢；
[0017]S2
，打开液氢截止阀；液氢储罐底部的液氢介质在压力作用下进入液氢管路，通过液氢截止阀进入磁热式汽化器的冷流体通道，吸收热量后迅速汽化为氢气，最后输送至氢空燃料电池进行反应；
[0018]S3
，打开空气阀，启动变频压缩机；外部空气进入空气管路，依次通过变频压缩机
、
空气阀和空气入口温度传感器后进入磁热式汽化器的热流体通道，吸收液氢冷量后降温，随后经过空气出口温度传感器进入氢空燃料电池进行反应；
[0019]S4
，控制器通过变频压缩机
、
空气入口温度传感器和空气出口温度传感器获取压缩空气的流量信号
m
a
以及进出口温度信号
T
i
、T
o
，通过热平衡计算获取计算液氢汽化流量
m
H
，与设定的液氢汽化流量值
m0进行比较；当
m
H
<m0时，通过控制器减小输入每对上电磁体和下电磁体的电流，增加磁控热导隔板的热导率，增加有效换热面积，最终提升氢空燃料电池的氢气供应量；当
m
H
>m0时，通过控制器增加输入每对上电磁体和下电磁体的电流，减小磁控热导隔板的热导率，减小有效换热面积，最终降低氢空燃料电池的氢气供应量
。
[0020]需要指出的是，上述优选方式中的各技术特征在没有相互冲突的情况下，均可进行组合，不构成限制
。
[0021]本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：利用
Be、Ga
等材料的热流磁场效应和汽化部分增压，设计了用于液氢介质的磁热式换热器，通过调整输入电流的大小来控制磁热式换热器的有效换热面积，具有体积小
、
重量轻
、
结构简单等优势，在氢能飞机等对重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种轻量化液氢储供系统，其特征在于，包括液氢储罐
(1)、
增压管路
(2)、
液氢管路
(5)、
磁热式汽化器
(7)、
氢空燃料电池
(8)、
空气管路
(9)
和控制器
(15)
；所述磁热式汽化器
(7)
内部具有多条交替排列的冷流体通道
(7
‑
5)
和热流体通道
(7
‑
6)
，两者之间由磁控热导隔板
(7
‑
7)
分隔，位于冷流体通道
(7
‑
5)
处的磁热式汽化器
(7)
外部分别设置有成对的上电磁体
(7
‑
1)
和下电磁体
(7
‑
2)
；通过调整输入每对上电磁体
(7
‑
1)
和下电磁体
(7
‑
2)
的电流大小，能控制上电磁体
(7
‑
1)
和下电磁体
(7
‑
2)
的磁场作用范围，以间接调整冷流体通道
(7
‑
5)
中的液氢和热流体通道
(7
‑
6)
中的空气之间的有效换热面积；所述增压管路
(2)
依次连接液氢储罐
(1)
内底部的液相空间
、
增压汽化器
(3)、
氢气截止阀
(4)
以及液氢储罐
(1)
内顶部的气相空间，用于将液氢储罐
(1)
内部的液氢汽化后用于增压；所述液氢管路
(5)
依次连接液氢储罐
(1)
内底部的液相空间
、
液氢截止阀
(6)、
磁热式汽化器
(7)
的冷流体通道
(7
‑
5)
和氢空燃料电池
(8)
，用于将液氢储罐
(1)
内部的液氢介质输送至氢空燃料电池
(8)
进行反应；所述空气管路
(9)
依次连接变频压缩机
(10)、
空气阀
(11)、
空气入口温度传感器
(12)、
磁热式汽化器
(7)
的热流体通道
(7
‑
6)、
空气出口温度传感器
(13)
和氢空燃料电池
(8)
，用于将外部空气增压并冷却后，输送至氢空燃料电池
(8)
进行反应；所述控制器
(15)
一侧通过电源线
(14)
连接变频压缩机
(10)、
空气入口温度传感器
(12)
和空气出口温度传感器
(13)
，另一侧通过电源线
(14)
连接磁热式汽化器
(7)
和氢空燃料电池
(8)
；控制器
(15)
能根据变频压缩机
(10)、
空气入口温度传感器
(12)
和空气出口温度传感器
(13)
所得信号，反馈控制输入磁热式汽化器
(7)
电流的增大或减小，间接控制磁热式汽化器
(7)
的有效换热面积，实现氢气供应量的调控
。2.
根据权利要求1所述的一种轻量化液氢储供系统，其特征在于，所述液氢储罐
(1)、
增压汽化器
(3)、
液氢管路
(5)
和液氢截止阀
(6)
外部均包裹绝热材料
。3.
根据权利要求1所述的一种轻量化液氢储供系统，其特征在于，所述磁控热导隔板

【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，申娟，王淮英，杨晓阳，刘康娜，崔皓玉，杨行，杨括，陈永，陈静，李山峰，瞿骞，
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：