一种机车用液氢储存系统的制作方法

本技术涉及氢燃料电池机车，具体涉及一种机车用液氢储存系统。

背景技术：

1、氢能具有“高效清洁的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料”三重特点，逐步构建在交通、储能、发电、工业等领域的多元化应用场景，被认为是实现碳中和的技术手段。以柴油为动力的老旧内燃机车清洁低碳改造已迫在眉睫。氢能机车摆脱了接触网运行条件的束缚，非常适合于现存的非电气化线路区段，避免进行电气化改造带来的庞大基建投入和维护成本。

2、氢能机车的储氢路线有35mpa(密度25kg/m3)和70mpa(密度41kg/m3)高压氢气瓶组、液氢(标态密度70kg/m3)气化供气方案。考虑到储氢瓶残压及避免机车趴窝的续航要求，通常情况下高压氢瓶的使用下限压力应控制在5mpa(4.3kg/m3)左右。因此，35mpa氢瓶的净密度约20.7kg/m3、70mpa约36.7kg/m3，均远低于液氢密度。针对机车的应用场景，液氢路线将是氢燃料机车的最佳选择，作为氢能机车的关键设备，液氢储存系统的可靠性将是氢能机车成败的关键。而液氢的温度为-252.78℃，在进入电堆反应前，需要对其进行加热气化处理，该过程需要消耗一定热量，直接对液氢进行加热不仅需要消耗额外能源，而且还使得液氢本身具备的冷量(每kg液氢能够输出约3mj的冷量)白白浪费掉，这些冷量完全可以用于机车氢燃料系统的冷却及空调系统使用，从而在保证机车氢燃料系统各部件工作可靠性的前提下，缩小燃料冷却系统的整体体积，提高对冷却液的冷却效果以及液氢的气化效果，并降低整车能耗。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种机车用液氢储存系统，用于解决液氢本身具备的冷量没有充分利用的问题。

2、本实用新型通过下述技术方案实现：

3、一种机车用液氢储存系统，包括相互嵌套的液氢储罐内容器和液氢储罐外容器以及液氢冷能回收换热器，其中，

4、所述液氢储罐内容器和所述液氢储罐外容器之间存在绝热空隙，所述液氢储罐内容器连接有液氢排液管，所述液氢排液管穿过所述绝热空隙并延伸至位于所述液氢储罐外容器外侧的所述液氢冷能回收换热器；

5、并且，所述液氢排液管将所述液氢储罐内容器中储存的液氢引流至所述液氢冷能回收换热器与机车氢燃料系统的冷却及空调系统进行相互换热。

6、在本方案中，液氢储罐内容器和液氢储罐外容器之间存在绝热空隙，并使液氢排液管穿过绝热空隙，液氢排液管中的低温液氢可作为冷屏降低绝热空隙中的传热环境温度，达到降低液氢储罐蒸发率及延长液氢储罐的无损储存时间的目的，并且利用液氢与机车氢燃料系统的冷却及空调系统进行换热生产冷媒，将液氢的冷量回收，从而在保证机车氢燃料系统各部件工作可靠性的前提下，降低整车能耗，确保了整机的经济性。

7、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述液氢储罐内容器与所述液氢储罐外容器之间设置高真空多层缠绕绝热层，可进一步降低液氢储罐蒸发率，延长液氢储罐的无损储存时间。

8、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述高真空多层缠绕绝热层包括交替包扎的镀铝涤纶薄膜与尼龙网，进一步降低液氢储罐蒸发率，延长液氢储罐的无损储存时间。

9、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，位于所述绝热空隙中的液氢排液管以缠绕盘管的形式设置，延长液氢排液管在绝热空隙中的行程，进一步降低绝热空隙中的传热环境温度，从而降低液氢储罐的蒸发率，保证液氢储罐的无损储存时间。

10、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述液氢排液管的缠绕角度为5°～30°，进一步降低液氢储罐蒸发率，延长液氢储罐的无损储存时间。

11、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述液氢排液管的盘管间距为20mm～50mm，进一步降低液氢储罐蒸发率，延长液氢储罐的无损储存时间。

12、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述液氢储罐外容器的外侧壁面包覆液氢储罐外保冷层，减少绝热空隙与外界环境的热交换，进一步降低液氢储罐蒸发率，延长液氢储罐的无损储存时间。

13、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述液氢冷能回收换热器为管壳式换热器、套管式换热器或板式换热器中的一种，通过低温液氢与乙二醇水容器逆流换热，可以生产出低温冷剂供机车燃料电池冷却以及空调使用。

14、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述液氢储罐内容器还连接有液氢气相回收管线，所述液氢气相回收管线连通所述液氢储罐内容器与所述液氢冷能回收换热器，液氢气相回收管线用于液氢储罐气相对外输出氢气，确保液氢储罐的安全。

15、作为机车用液氢储存系统的进一步技术方案，所述液氢储罐内容器上设置有压力传感器，所述液氢排液管以及所述液氢气相回收管线上均设置有阀门，所述阀门均与所述压力传感器电连接。

16、在本方案中，当液氢储罐内容器压力升高时，压力传感器将会调整液氢排液管以及液氢气相回收管线上阀门的启闭，通过液氢气相回收管线对外输出氢气，确保液氢储罐的安全，同时气相使用后还可以降低液氢储罐排放。

17、本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

18、本实用新型中的液氢储罐内容器和液氢储罐外容器之间存在绝热空隙，并使液氢排液管穿过绝热空隙，液氢排液管中的低温液氢可作为冷屏降低绝热空隙中的传热环境温度，达到降低液氢储罐蒸发率及延长液氢储罐的无损储存时间的目的，并且利用液氢与机车氢燃料系统的冷却及空调系统进行换热生产冷媒，将液氢的冷量回收，从而在保证机车氢燃料系统各部件工作可靠性的前提下，降低整车能耗，确保了整机的经济性。

技术特征：

1.一种机车用液氢储存系统，其特征在于，包括相互嵌套的液氢储罐内容器(1)和液氢储罐外容器(2)以及液氢冷能回收换热器(6)，其中，

2.根据权利要求1所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述液氢储罐内容器(1)与所述液氢储罐外容器(2)之间设置高真空多层缠绕绝热层(3)。

3.根据权利要求2所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述高真空多层缠绕绝热层(3)包括交替包扎的镀铝涤纶薄膜与尼龙网。

4.根据权利要求1所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，位于所述绝热空隙中的液氢排液管(4)以缠绕盘管的形式设置。

5.根据权利要求4所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述液氢排液管(4)的缠绕角度为5°～30°。

6.根据权利要求4所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述液氢排液管(4)的盘管间距为20mm～50mm。

7.根据权利要求1所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述液氢储罐外容器(2)的外侧壁面包覆液氢储罐外保冷层(5)。

8.根据权利要求1所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述液氢冷能回收换热器(6)为管壳式换热器、套管式换热器或板式换热器中的一种。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述液氢储罐内容器(1)还连接有液氢气相回收管线(7)，所述液氢气相回收管线(7)连通所述液氢储罐内容器(1)与所述液氢冷能回收换热器(6)。

10.根据权利要求9所述的一种机车用液氢储存系统，其特征在于，所述液氢储罐内容器(1)上设置有压力传感器，所述液氢排液管(4)以及所述液氢气相回收管线(7)上均设置有阀门，所述阀门均与所述压力传感器电连接。

技术总结本技术公开了一种机车用液氢储存系统，包括相互嵌套的液氢储罐内容器和液氢储罐外容器以及液氢冷能回收换热器，其中，液氢储罐内容器和液氢储罐外容器之间存在绝热空隙，液氢储罐内容器连接有液氢排液管，液氢排液管穿过绝热空隙并延伸至位于液氢储罐外容器外侧的液氢冷能回收换热器，液氢排液管将液氢储罐内容器中储存的液氢引流至液氢冷能回收换热器与机车氢燃料系统的冷却及空调系统进行相互换热；本技术利用液氢排液作为液氢储罐的冷屏，降低液氢储罐的蒸发率，保证液氢储罐的无损储存时间，并且还利用液氢与机车氢燃料系统的冷却及空调系统进行换热，将液氢的冷量回收，确保了整车的经济性。技术研发人员：黄波,廖兴才受保护的技术使用者：成都深冷科技有限公司技术研发日：20231208技术公布日：2024/6/20