一种车载自增压低温液氢供气系统的制作方法

本实用新型属于车载储氢罐管路供气系统，尤其是一种车载自增压低温液氢供气系统。

背景技术：

氢是最轻的元素，可以气态、液态或固态的形式存在，目前高压氢气罐仍是主流存储方式，一般有35Mpa(代表车型：本田FCX Clarity)和70Mpa(丰田FCHV-adv)，是由碳纤维复合材料组成的新型轻质耐压储氢容器：铝内胆外面缠绕碳纤维的材料。但是在有体积和重量限制的车载储氢技术中，受限于氢气本身的密度，其储氢量很难大幅度的提高。为了达到500公里的一次续航里程，采用70Mpa的储氢压力，其储氢系统要有125kg，体积要达到260L。而低温液态储氢具有较高的体积能量密度，常温、常压下液氢(LH₂)的密度为气态氢(H₂)的845倍,其体积能量密度比压缩储存要高好几倍,与同一体积的储氢容器相比，其储氢质量大幅度提高。若仅从质量和体积上考虑,液氢储存是一种极为理想的储氢方式，目前，低温液氢的保存主要采用低温液体储氢气瓶，运输采用低温槽车，它们都是采用高真空绝热结构。液氢储存工艺特别适宜于储存空间有限的运载场合,如航天飞机用的火箭发动机电堆、汽车发动机电堆和洲际飞行运输工具等。

液氢供气系统在使用时若压力不满足使用要求可进行增压，增压过程是利用储氢气瓶中低温液体的重力，将低温液体引到储氢气瓶外的增压气化器，低温液体在增压气化器内进行热交换后气化成气体或气液混合体，回到低温储氢气瓶的气相空间。由于液化氢气的液气比较大，因此输出较少的液体会变成大量的蒸汽，从而使得气瓶的压力升高。车载低温储氢气瓶的压力一般在0.3MPa到1.6MPa，而加氢站的液体压力往往为了长期保存而将压力控制得比较低，因此若要满足车辆的使用要求，往往需要进行增压，否则不能满足正常使用要求。

中国专利公开号CN204532588U公开了一种液化天然气的主动增压系统，该主动增压系统还包括主动增压管路，该主动增压管路一端与气瓶的气相空间连通，主动增压管路的另一端连接所述供液管路上且连接位置位于汽化器的下游，该主动增压管路上设置有气体增压泵，该气体增压泵的增压天然气入口和增压天然气出口串联在主动增压管路上，该增压天然气入口与供液管路连通，该气体增压泵的驱动气体入口连接汽车的刹车泵的出气口。所述主动增压管路上设置有减压阀，该减压阀位于气体增压泵的增压天然气入口的上游。该实用新型的技术方案中增压管路结构复杂，需要设置增压泵和减压阀。

中国专利公开号CN104500971B公开了一种可自动增压的LNG车载气瓶系统，其结构为：LNG车载气瓶上设有压力传感器及压力变送器探测LNG车载气瓶内部压力；LNG车载气瓶的输出口至水浴式汽化器的进口之间通过增压输入管路连接有吸液泵，水浴式汽化器的出口通过增压输出管路至LNG车载气瓶内部，吸液泵由车载电源供电，吸液泵的控制电路上连接有压力传感器及压力变送器自动控制的开关；当LNG车载气瓶工作压力低于设定压力值时，压力传感器及压力变送器控制吸液泵开启，液体被吸出，进入水浴式汽化器变成气态，再进入缓冲罐，一部分气体可供给发动机工作，另一部分气体通过另一管路进入气瓶内部，以达到增压效果；反之，当LNG车载气瓶工作压力高于设定压力值时，压力传感器及压力变送器自动切断吸液泵的开关，使之关闭停止吸液。该发明的技术方案中，需要设置吸液泵，且气瓶压力下降到比较低的情况下增压效果不明显。

上述两个专利公开都在液化天然气领域，通过液化天然气储气瓶连接于自动增压系统，但是也都存在增压管路系统在气瓶压力下降到比较低的情况下增压效果不明显，也造成了供气系统存在着安全系数低，实际应用起来非常不便。而在低温液氢领域还未有自增压管路的申请。基于上述原因，有必要研制出一种安全性能高、可自增压的车载低温液氢供气系统。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种车载自增压低温液氢供气系统，所述车载自增压低温液氢供气系统利用升压调节阀控制，当车载低温储罐的工作压力低于设定值时，所述升压调节阀自动开启将液氢一路引到空温式换热器中进行增压和另一路引到水浴式汽化器中进行增压；而当车载低温储罐的工作压力高于设定值时，所述升压调节阀自动关闭，解决不饱合气体增压且气体持续供应，最小程度减小安全隐患。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种车载自增压低温液氢供气系统，包括低温储氢气瓶，所述低温储氢气瓶具有内胆和外胆的双层容器，且所述内胆具有位于下部的用于盛装有液化氢气的液相空间、处于液相空间上部的气相空间，所述内胆顶部设置进液口和气相口、底部设置供液口和自增压出液口；所述进液口向内连通于所述低温储氢气瓶内部的喷淋管，向外连通于进液管路，所述进液管路设置低温进液接头和进液单向阀；所述供液口连通于所述液相空间，所述供液口向瓶外连通于供液管道依次连通于供液单向阀、截止阀、过流阀、水浴式汽化器、管路降压调节阀、缓冲罐、管路安全阀、电磁阀的出口连通于发动机电堆，构成供气管路；所述气相口与所述气相空间相连通，所述气相口向瓶外连通于放空管路，所述放空管路设置回气接头和放空阀；所述低温储罐具有主安全阀、副安全阀、储罐压力表，分别与所述低温储罐的内部气相空间相连通；所述低温储罐设有液位计量管路，由液位传感器、转换控制(变送器)、液位显示器组成，所述液位传感器设置于所述内胆，所述液位传感器根据所述内胆的液位高度产生一个相应的信号，并传送至所述转换控制器，再由所述转换控制器传送至所述液位显示器；所述低温储氢气瓶具有一抽真空口，所述内胆与所述外胆之间具有一容纳空间可被抽成高真空；

其特征在于：还设有一个自增压管路，以用于液氢的升压过程，其结构为：

其中所述自增压管路一端连通于所述液相空间，另一端连通于所述气相空间，所述自增压管路设置一升压调节阀，可以预设压力值；所述低温储氢气瓶设置压力变送器探测所述气相空间的压力，所述压力变送器连接于所述主安全阀和所述气相空间；所述自增压出液口至所述水浴式汽化器的进口之间通过增压管路依次连通于增压阀和升压调节阀，所述水浴式汽化器的出口通过增压管路至所述气相口；所述升压调节阀引出分支管线连通于换热装置，所述换热装置包括两组管线，一组管线连通于所述气相口；另一组管线通过经济阀连接于所述使用阀进入所述供气管路。

其中当所述低温储氢气瓶工作压力低于设定压力值时，所述升压调节阀自动开启，液氢受重力被流出所述自增压出液口，依次流过所述增压阀和所述升压调节阀，所述升压调节阀被分为两路管线，一路经所述水浴式汽化器受热变为气态后再回到所述气相口；另一路经所述换热装置换热后，一部分气体再回到所述气相口，以达到增压效果；更进一步地，所述换热装置换热后的另一部分气体通过所述经济阀进入供气管路以供给发动机电堆工作，反之，当所述低温储氢气瓶工作压力高于设定压力值时，所述升压调节阀会自动切断开关关闭停止工作。

在一个优选实施例中，所述自增压管路的一端与放空管路连接，通过放空管路与所述气相空间连通。

在一个优选实施例中，所述换热装置为空温式换热器。

在一个优选实施例中，所述使用阀、所述增压阀、所述放空阀为截止阀。

在一个优选实施例中，所述车载自增压低温液氢供气系统还包括一温度传感器，所述温度传感器被设置于所述供气管路，所述温度传感器的一端连接于所述使用阀，另一端连接于所述液位显示器，以通过所述液位显示器显示通过使用阀后液氢的当前温度值。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：本实用新型车载自增压低温液氢供气系统在具有现有低温储氢气瓶的基础上，设有自增压管路，能够保证且稳定地提供储氢气瓶的正常供液压力和流量的要求，可通过与空气进行热交换或者通过水浴式汽化器，而不需额外的能源。所述供气系统在安全保障、操作方便及成本节约上都有一定的提高，所述低温储氢气瓶的工作压力小于设定值时能自动稳定的增压，通过升压调节阀既可以使液氢通过两路增压，也能使压力达到设定值时自动关闭，避免液氢增压过大而引发系统的不稳定性，解决饱合增压且气体持续供应，最小程度减小安全隐患。液氢通过升压调节阀一路经水浴式汽化器增压，此时利用发动机电堆冷却循环水，环保可靠地进行换热增压，减少增压所需成本；另一路经换热装置后也进一步分为两路，一路回到气相口，另一路高效利用进入供气管路直接应用于发动机电堆。本实用新型车载自增压低温液氢供气系统相比传统低温液氢供气系统更加稳定合理，可有效降低低温储氢气瓶的压力，且节能环保。

附图说明

图1是本实用新型一种车载自增压低温液氢供气系统的结构示意图。

图2是本实用新型自增压管线的流程示意图。

具体实施方式

下面将通过结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，以使任何所属领域的技术人员能够制造和使用本实用新型。在下面的描述中的实施例仅作为例子和修改物对该领域熟练的技术人员将是显而易见的。在下面的描述中定义的一般原理将适用于其它实施例，替代物，修改物，等效实施和应用中，而不脱离本实用新型的精神和范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种车载自增压低温液氢供气系统，设计科学、便于实现，易于操作，可以应用到航天飞机用的火箭发动机电堆、汽车发动机电堆和洲际飞行运输工具等，所述供气系统包括低温储氢气瓶10，所述低温储氢气瓶10具有内胆11和外胆12的双层容器，所述内胆11外壁缠绕由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组成的多层绝热材料能够承受一定的压力用来贮存和供给低温液态的液化氢气，且所述内胆11具有位于下部的用于盛装有液化氢气的液相空间111、处于液相空间111上部的气相空间112，所述内胆11顶部设置进液口21和气相口41、底部设置供液口31和自增压出液口61；所述进液口21向内连通于所述低温储氢气瓶10内部的喷淋管22，向外连通于进液管路20，所述进液管路20设置低温进液接头C1和进液单向阀FCv；所述供液口31连通于所述液相空间11，所述供液口31向外连通于供液管道30，并依次连通于供液单向阀DCv、使用阀Vu、过流阀Ef、水浴式汽化器Va、管路降压调节阀LRe、缓冲罐31、管路安全阀LSv、电磁阀SV的出口连通于发动机电堆，构成供气管路30；所述气相口41连通于放空管路40，所述放空管路40设置回气接头C2和放空阀Vv；所述低温储氢气瓶10具有主安全阀Svp、副安全阀Svs、储氢气瓶压力表P1，分别与所述低温储氢气瓶10的内部气相空间112相连通；所述低温储氢气瓶10设有液位计量管路50，由液位传感器51、转换控制(变送器)Cb、液位显示器LG组成，所述液位传感器51设置于所述内胆11，所述液位传感器51根据所述内胆11的液位高度产生一个相应的电信号，并传送至所述转换控制器Cb，再由所述转换控制器Cb传送至所述液位显示器LG；进一步地，所述低温储氢气瓶10还设置一抽真空口13，所述内胆与所述外胆之间具有一容纳空间14可被抽成高真空与多层绝热材料共同形成良好的绝热系统，用以延长液化氢气的贮存时间；

其特征在于：还设有一个自增压管路60，以用于对所述液氢的升压过程，其结构为：

其中所述自增压管路60一端连通于所述液相空间111，另一端连通于所述气相空间112，所述自增压管路设置一升压调节阀PBr，可以预设压力值；所述低温储氢气瓶10设有压力变送器Pt探测所述气相空间112的压力，所述压力变送器Pt连接于所述主安全阀Svp和所述气相空间112；所述自增压出液口61至所述水浴式汽化器Va的进口之间通过增压管路60依次连通于增压阀Pv和升压调节阀PBr，所述水浴式汽化器Va的出口通过增压管路60至所述气相口41；所述升压调节阀PBr引出分支管线连通于换热装置Pr，所述换热装置Pr包括两组管线，一组管线连通于所述气相口41；另一组管线通过经济阀Er连接于所述使用阀Vu进入所述供气管路30。

其中当所述低温储氢气瓶10工作压力低于设定压力值时，所述升压调节阀PBr自动开启，液氢受重力被流出所述自增压出液口61，依次流过所述增压阀Pv和所述升压调节阀PBr，所述升压调节阀PBr被分为两路管线，一路经所述水浴式汽化器Va受热变为气态后再回到所述气相口41；另一路经所述换热装置Pr换热后，一部分气体再回到所述气相口41，以达到增压效果；更进一步地，所述换热装置Pr换热后的另一部分气体通过所述经济阀Er进入供气管路30以供给发动机电堆工作。设置所述经济阀Er在使用过程中(长时间停驶除外)能够优先使用换热后的气体，从而降低气瓶内部的压力，使得只要在使用中所述低温储氢气瓶的压力就不会升至所述副安全阀Svs的开启压力，因而不用放空。当所述低温储氢气瓶10工作压力高于设定压力值时，所述升压调节阀PBr会自动切断开关，关闭停止工作，所述低温储氢气瓶10压力不再继续升高。当所述低温储氢气瓶10工作压力高于设定压力值时，还可通过手动打开回气接头C2泄压。

在一些实施例中，所述自增压管路60的一端与放空管路40连接，通过放空管路40与所述气相空间112连通。

优选地，所述换热装置Pr为空温式换热器，所述使用阀Vu、所述增压阀Pv、所述放空阀Vv为截止阀。所述低温储氢气瓶所有的外部管路、阀件都设置保护环或保护罩进行防护。

更进一步地是，所述车载自增压低温液氢供气系统包括一温度传感器TP，所述温度传感器TP被设置于所述供气管路30，所述温度传感器TP的一端连接于所述使用阀Vu，另一端连接于所述液位显示器LG，以通过所述液位显示器LG显示通过使用阀Vu后液氢的当前温度值。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：本实用新型车载自增压低温液氢供气系统在具有现有低温储氢气瓶的基础上，设有自增压管路，在安全保障、操作方便及成本节约上都有一定的提高，所述低温储氢气瓶的工作压力小于设定值时能自动增压，通过升压调节阀既可以使液氢通过两路增压，也能使压力达到设定值时自动关闭，避免液氢增压过大而引发系统的不稳定性，解决饱合增压且气体持续供应，最小程度减小安全隐患。液氢通过升压调节阀一路经水浴式汽化器增压，此时利用发动机电堆冷却循环水，环保可靠地进行换热增压，减少增压所需成本；另一路经换热装置后也进一步分为两路，一路回到气相口，另一路高效利用进入供气管路直接应用于发动机电堆。本实用新型车载自增压低温液氢供气系统相比传统低温液氢供气系统更加稳定合理，可有效降低低温储罐的压力，且节能环保。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。