一种液氢燃料电池中的冷能分配系统、装置及使用方法与流程

本发明涉及液氢燃料电池，具体涉及一种液氢燃料电池中的冷能分配系统、装置及使用方法。

背景技术：

1、氢能燃料电池可以将氢气的化学能转化为电能，进而对外进行能量供给，该过程中唯一的副产物就是清洁无污染的水。近年来，氢能燃料电池技术在汽车领域得到了快速发展。然而，除了具有二氧化碳零排放的特点外，其唯一副产物为水的优点也受到了关注。尤其是在航海和航天领域，副产物的水还可以作为工作人员的生活物资和生产物资，进而节省了宝贵的运输能力和储存空间，延长航行周期。

2、在氢能燃料电池发展中，液氢作为氢能的供给，比氢气具有更多的优点：密度大、储存压力低、纯度高、高品位冷能。燃料电池的氢能供给系统主要负责向燃料电池提供液氢存储、液氢汽化、液氢冷能利用、氢气温度调节等功能。在实际运行中，为燃料电池提供氢气的液氢温度为20k，而燃料电池氢气进气温度通常在333k－363k。从20k的液氢到363k的氢气，氢介质需要吸收热量、释放冷量，即，这一过程中的液氢冷能具有一定利用空间。而目前常见的液氢冷能利用是将其用于燃料电池冷却液的降温、驾驶室的空调制冷、冷链物流车的冷藏箱制冷等场景。上述场景中，液氢冷能利用的温度区间为253k－363k，这意味着液氢20k－253k这一区间的珍贵冷能被低效地使用在高温度区间。在实际应用中，航天领域中空间站所需要的低温实验环境、航海领域中潜航器所需的低温实验环境，若温度区间介于20k－253k时，则上述液氢冷能可以满足其温度使用需求，进而节省了宝贵的运输能力和储存空间，延长航行周期。因此非常有必要设计一套可以覆盖20k－363k整个温度区间的冷能分配系统，从而实现上述区间内单一场景活多场景的冷能利用。综上来看，现有技术中的液氢燃料在使用中存在着应用环境单一、导致冷量被低效利用的问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的为液氢燃料提供液氢时，由液氢到氢气过程需要液氢吸收热量、释放冷量，而产生的冷量往往在使用中存在着应用环境单一、导致冷量被低效利用的缺陷，从而提供一种液氢燃料电池中的冷能分配系统、装置及使用方法。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种液氢燃料电池中的冷能分配系统，包括：

3、气体换热组件，所述气体换热组件包括绝热罩、进气管路和出气管路，所述绝热罩设有容纳空间，所述绝热罩分别与进气管路和出气管路连通，所述进气管路适于通入待冷却气体；

4、输氢管，所述输氢管的进口端适于与液氢存储器管路连接，所述输氢管的出口端适于液氢燃料电池的进氢端连接，所述输氢管的部分管路设于绝热罩内；

5、液体换热组件，所述液体换热组件设于绝热罩与燃料电池的进氢端之间，所述液体换热组件内容纳有待冷却液体，所述输氢管穿过液体换热组件设置。

6、可选地，所述进气管路的两端分别与制冷气体入口、绝热罩连通，所述进气管路自制冷气体罐朝向绝热罩方向依次设有变频压缩机、第一电磁阀和第一温度传感器。

7、可选地，所述出气管路自背离绝热罩方向依次设有气体冷能绝热存储罐、第二温度传感器和第二电磁阀。

8、可选地，所述出气管路的制冷气体出口处设有三通管，以使所述制冷气体出口流出的气体经第二电磁阀后还可进入制冷气体入口，或所述制冷气体出口流出的气体与用气设备连通。

9、可选地，所述液体换热组件包括液体换热器，所述输氢管穿过液体换热器设置。

10、可选地，所述液体换热组件还包括进液管路，所述进液管路的两端分别与制冷液入口和液体换热器连接，自所述制冷液入口朝向液体换热器依次设有第三电磁阀、变频泵和第三温度传感器。

11、可选地，所述液体换热组件还包括出液管路，所述出液管路与液体换热器连接，自所述出液管路背离液体换热器方向上依次设有第四温度传感器和第四电磁阀。

12、一种装置，包括上述的液氢燃料电池中的冷能分配系统，还包括液氢燃料电池。

13、一种装置使用方法，所述液氢存储器内的液氢流经输氢管，待冷却气体经进气管路进入绝热罩内，所述待冷却气体与液氢进行热量交换，以使待冷却气体的温度降低后经出气管路流出；待与气体换热组件换热完成后，输氢管内的氢会与液体换热组件进行换热，最后进入液氢燃料电池的进氢端内。

14、可选地，包括以下步骤：

15、1)液氢存储器内的液氢经输氢管流经气体换热组件和液体换热组件；

16、2)打开第一电磁阀和第二电磁阀，开启变频压缩机，使绝热罩内的待冷却气体吸收液氢的冷能，输氢管内的液氢流出绝热罩后由液态转变为气态；

17、3)和/或，打开第三电磁阀和第四电磁阀，开启变频泵，并对第三温度传感器和第四温度传感器进行监控，保证待冷却液体在规定的温度范围内运行，以将气态的氢气的冷能分配给待冷却液体；

18、4)通过出液管路的制冷液出口流出的待冷却液体对液氢燃料电池进行降温。

19、本发明技术方案，具有如下优点：

20、1.本发明提供的液氢燃料电池中的冷能分配系统，包括：气体换热组件，气体换热组件包括绝热罩、进气管路和出气管路，绝热罩设有容纳空间，绝热罩分别与进气管路和出气管路连通，进气管路适于通入待冷却气体；输氢管，输氢管的进口端适于与液氢存储器管路连接，输氢管的出口端适于液氢燃料电池的进氢端连接，输氢管的部分管路设于绝热罩内；液体换热组件，设于绝热罩与燃料电池的进氢端之间，液体换热组件内容纳有待冷却液体，输氢管穿过液体换热组件设置。

21、液氢存储器内的液氢流经绝热罩，待冷却气体经进气管路进入绝热罩内，待冷却气体与液氢进行热量交换，以使待冷却气体的温度降低后经出气管路流出；待与气体换热组件换热完成后，输氢管内的氢会与液体换热组件进行换热，最后进入液氢燃料电池的进氢端内，从而扩大冷能的应用范围，可以同时冷却气体和液体，根据不同的场景选择待冷却气体和待冷却液体的种类，实现在多个应用场景中进行冷却，实现冷能的再利用，使释放的冷量可以被充分利用，提升冷量利用的效率。

22、2.本发明提供的液氢燃料电池中的冷能分配系统，进气管路的两端分别与制冷气体入口、绝热罩连通，进气管路自制冷气体罐朝向绝热罩方向依次设有变频压缩机、第一电磁阀和第一温度传感器，变频压缩机提供动力，第一电磁阀控制进气管路内的待冷却气体的通过量，第一温度传感器测量温度。

23、3.本发明提供的液氢燃料电池中的冷能分配系统，出气管路自背离绝热罩方向依次设有气体冷能绝热存储罐、第二温度传感器和第二电磁阀，待冷却气体在冷却后先存储于气体冷能绝热存储罐内，再根据实际工况看是否要输出，由第二温度传感器测量出气管路的温度，第二电池阀控制出气管路的开关。

24、4.本发明提供的液氢燃料电池中的冷能分配系统，出气管路的制冷气体出口处设有三通管，以使制冷气体出口流出的气体经第二电磁阀后还可进入制冷气体入口，或制冷气体出流出的气体与用气设备连通，以实现待冷却液体的热量交换，通过气体换热组件和液体换热组件的组合，实现液氢的冷能的分配，使经液氢换热后的冷却气体或冷却液具有较大范围的冷却温度，适用于不同的冷却场景。当出气管路流出的气体经第二电磁阀后还可进入制冷气体入口时，可以实现进气管路和出气管路的连通，使待冷却的气体实现多次冷却，避免出现待冷却气体一次冷却不到位的问题。当出气管路流出的气体经第二电磁阀与用气设备连通时，待冷却气体充入用气设备进行冷却。

25、5.本发明提供的液氢燃料电池中的冷能分配系统，液体换热组件包括液体换热器，所述输氢管穿过液体换热器设置，使待冷却液体在液态换热器内进行热量交换。

26、6.本发明提供的液氢燃料电池中的冷能分配系统，液体换热组件还包括进液管路，进液管路的两端分别与制冷液入口和液体换热器连接，自制冷液入口朝向液体换热器依次设有第三电磁阀、变频泵和第三温度传感器，变频泵提供动力，第三电磁阀控制进液管路的开关及流量，第三温度传感器测量进液管路内的待冷却液体温度。

27、7.本发明提供的液氢燃料电池中的冷能分配系统，液体换热组件还包括出液管路，出液管路与液体换热器连接，自出液管路背离液体换热器方向上依次设有第四温度传感器和第四电磁阀，第四电磁阀控制出液管路的开闭及流量，第四温度传感器测量出液管路内的待冷却液体温度。

28、8.本发明提供的装置，包括上述的液氢燃料电池中的冷能分配系统，还包括液氢燃料电池，由于采用了上述任一项所述的液氢燃料电池中的冷能分配系统，因此具有上述任一项所述的优点。