一种急速排放的液氢储供系统及其方法与流程

本发明属于氢空燃料电池，具体涉及一种急速排放的液氢储供系统及其方法。

背景技术：

1、在全球航空业追求绿色发展的背景下，液氢作为一种清洁能源，对于推动航空业的脱碳转型具有重要意义。氢能飞机具有高效、低噪音、零排放等显著优点，市场应用和产业化前景十分广阔。因此，以氢燃料为能源的氢能飞机是推动航空领域实现脱碳转型的重要形式之一。

2、然而，氢能飞机在起飞时通常会带有大量的液氢燃料，在遇到紧急返航或者迫降的情况时，可能会成为安全风险的源头。为了确保飞机在降落时不超过最大允许着陆重量，避免对机体和起落架造成损害，从而减少事故发生的风险，需要急速排放存量较大的液氢。目前，氢能飞机技术尚处于起步阶段，液氢燃料的急速排放技术尚未成熟。因此，亟需提供一种急速排放的液氢储供系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的问题，并提供一种急速排放的液氢储供系统及其方法。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种急速排放的液氢储供系统，包括液氢内罐、液氢外罐、增压汽化器、汽化器、燃料电池、空气管路、增压管路、排空管路和液氢管路，其中液氢内罐设置在液氢外罐中；所述液氢内罐内加注液氢；

4、所述液氢外罐的内壁和液氢内罐的外壁之间设有若干个密闭仓；每个密闭仓内设有内导热臂、外导热臂和固定架；每个密闭仓均设有一条用于通入空气或排空空气的空气管路，每条空气管路汇总后，通过设有空气电磁阀的总空气管路和外界连接；

5、所述外导热臂的一端通过固定件铰接在液氢外罐的内壁上，使得外导热臂能够以固定件为圆心转动；所述固定架固定在固定件上方的液氢外罐的内壁上，外导热臂的另一端通过弹性件与固定架连接；所述内导热臂的一端固定在液氢内罐的外壁上；当外导热臂转动至与内导热臂平行时，内导热臂和外导热臂接触，构成导热连接；

6、所述增压管路依次连接液氢内罐底部的液相空间、液氢增压阀、增压汽化器后回到液氢内罐顶部的气相空间；

7、所述排空管路与液氢内罐顶部的气相空间连通，用于排放液氢内罐顶部蒸发的氢气；所述排空管路上设有氢气排空阀；

8、所述液氢管路的前端依次连接液氢内罐底部的液相空间、液氢截止阀和汽化器；所述汽化器的出口分为两条支路，第一支路通过设有氢气减压阀的管道与燃料电池连接，将氢气供应给燃料电池发电；第二支路上设有急速排空阀，用于氢气的应急排空。

9、作为优选，每个密闭仓内壁均设置防辐射屏，避免未涂敷防辐射材料的部件对系统整体绝热产生影响。

10、作为优选，所述液氢外罐和液氢内罐之间形成真空环境，提升绝热能力。

11、作为优选，所述内导热臂上固定有凸连接体，所述外导热臂上固定有与凸连接体匹配的凹连接体，使得内导热臂和外导热臂之间构成导热通路。

12、进一步的，所述凸连接体和凹连接体表面涂敷高导热硅脂，减小接触热阻。

13、作为优选，所述液氢外罐外壁设置超疏水涂层，避免急速排放模式下外壁结霜。

14、作为优选，所述增压管路和液氢管路外部设置绝热材料，防止漏热。

15、作为优选，所述密闭仓设置为两个。

16、第二方面，本发明提供一种利用第一方面所述液氢储供系统的方法，其特征在于，分为常规运行模式、急速排放模式和还原模式；

17、所述常规运行模式具体如下：启动增压汽化器，打开液氢增压阀、液氢截止阀和氢气减压阀，关闭氢气排空阀，液氢内罐底部液相空间中的液氢首先进入增压管路，通过液氢增压阀增压后进入增压汽化器；在增压汽化器内，液氢吸收热量后完成汽化，成为氢气；氢气进入液氢内罐顶部的气相空间增压；在压力驱动下，液氢内罐内部液氢进入液氢管路，通过液氢截止阀进入汽化器，在汽化器内，液氢转变为氢气并达到目标温度，随后通过氢气减压阀减压到目标压力，最后进入燃料电池发电；

18、所述急速排放模式具体如下：打开氢气排空阀、急速排空阀和空气电磁阀，使得外部空气通过空气管路进入密闭仓；由于液氢内罐和液氢外罐之间为真空状态，密闭仓内大气压的作用力大于弹性件的收缩力，使得外导热臂以固定件为圆心进行转动；当外导热臂和内导热臂平行时，两者接触并紧密相连构成导热通路；外部热量通过液氢外罐、外导热臂和内导热臂快速到达液氢内罐，使液氢内罐内部的液氢迅速汽化，成为氢气；一部分氢气通过排空管路排空，另一部分用于提升液氢内罐的压力，促使更多液氢自液氢内罐底部液相空间进入液氢管路；在液氢管路中，液氢依次通过液氢截止阀、汽化器汽化后分为两部分，大部分通过急速排空阀排空，少部分通过氢气减压阀进入燃料电池继续发电；

19、所述还原模式具体如下：在急速排放模式完成后，液氢内罐内部液氢已完全排空；打开液氢增压阀、氢气排空阀、液氢截止阀、氢气减压阀、急速排空阀，避免氢燃料残余；所述空气管路外接真空机组，打开空气电磁阀，将密闭仓抽空至真空状态；随着密闭仓内部压力逐渐降低，弹性件的收缩力逐渐占据主导，使得外导热臂以固定件为圆心进行转动，与内导热臂分离，直至外导热臂顶端紧贴液氢外罐，结束抽空；关闭空气电磁阀，液氢内罐和液氢外罐之间恢复绝热能力。

20、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

21、本发明提供的液氢供储系统采用了气压驱动的内导热臂和外导热臂，通过将外部热量快速传递到液氢内罐，实现液氢的急速排放。

22、在常规运行模式时，密闭仓内部为真空状态，在弹性件的作用下，外导热臂顶端紧贴液氢外罐。由于凸连接体和凹连接体未涂敷防辐射材料的部分角度较大，其辐射传热能力极低，几乎为零；此此外，密闭仓内壁设置了防辐射屏，可以使液氢内罐和液氢外罐维持优良的绝热能力。

23、在需要急速排放液氢时，通过向密闭仓充注空气，使内导热臂和外导热臂完成连接。这样，液氢外罐吸收的热量通过构建的导热通路可快速传递至液氢内罐，实现液氢的急速排放。该系统通过空气管路对密闭仓进行抽真空和充气操作，使得整个系统可以循环使用，提高了使用效率和经济性。

技术特征：

1.一种急速排放的液氢储供系统，其特征在于，包括液氢内罐(1)、液氢外罐(2)、增压汽化器(16)、汽化器(21)、燃料电池(23)、空气管路(12)、增压管路(14)、排空管路(17)和液氢管路(19)，其中液氢内罐(1)设置在液氢外罐(2)中；所述液氢内罐(1)内加注液氢；

2.根据权利要求1所述的急速排放的液氢储供系统，其特征在于，每个密闭仓(10)内壁均设置防辐射屏(11)，避免未涂敷防辐射材料的部件对系统整体绝热产生影响。

3.根据权利要求1所述的急速排放的液氢储供系统，其特征在于，所述液氢外罐(2)和液氢内罐(1)之间形成真空环境，提升绝热能力。

4.根据权利要求1所述的急速排放的液氢储供系统，其特征在于，所述内导热臂(3)上固定有凸连接体(4)，所述外导热臂(6)上固定有与凸连接体(4)匹配的凹连接体(7)，使得内导热臂(3)和外导热臂(6)之间构成导热通路。

5.根据权利要求4所述的急速排放的液氢储供系统，其特征在于，所述凸连接体(4)和凹连接体(7)表面涂敷高导热硅脂，减小接触热阻。

6.根据权利要求1所述的急速排放的液氢储供系统，其特征在于，所述液氢外罐(2)外壁设置超疏水涂层，避免急速排放模式下外壁结霜。

7.根据权利要求1所述的急速排放的液氢储供系统，其特征在于，所述增压管路(14)和液氢管路(19)外部设置绝热材料，防止漏热。

8.根据权利要求1所述的急速排放的液氢储供系统，其特征在于，所述密闭仓(10)设置为两个。

9.一种利用权利要求1～8任一所述液氢储供系统的方法，其特征在于，分为常规运行模式、急速排放模式和还原模式；

技术总结本发明公开了一种急速排放的液氢储供系统及其方法，属于氢空燃料电池技术领域。该系统包括液氢内罐、液氢外罐、增压汽化器、汽化器、燃料电池、空气管路、增压管路、排空管路和液氢管路。液氢外罐的内壁和液氢内罐的外壁之间设有若干个密闭仓；每个密闭仓内设有内导热臂、外导热臂和固定架。该液氢供储系统采用了气压驱动的内导热臂和外导热臂，通过将外部热量快速传递到液氢内罐，实现液氢的急速排放。此外，通过空气管路对密闭仓进行抽真空和充气操作，使得整个系统可以循环使用，提高了使用效率和经济性。技术研发人员：张春伟,齐向阳,汪丽,黎迎晖,王晓宇,黄平瑞,李庆港,谢志阳,蒋全浩,郑栋晨,石宁钰,李山峰,王成刚受保护的技术使用者：北京航天试验技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/26