本發(fā)明涉及冷液氫存儲領域，尤其涉及一種輕量化過冷液氫存儲裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，氫能具有“高效清潔的二次能源、靈活智慧的能源載體、綠色低碳的工業(yè)原料”三重特點，逐步構(gòu)建在交通、儲能、發(fā)電、工業(yè)等領域的多元化應用場景，被認為是實現(xiàn)碳中和的技術(shù)手段。

2、新一代長航時、大功率飛行器的發(fā)展需要以高效清潔新能源動力的研究為依托，在保障動力充足的基礎上，最大限度地減輕燃料存儲及供應系統(tǒng)重量，以有效延長續(xù)航里程，由于氫燃料具有高于傳統(tǒng)航空煤油3倍的質(zhì)量能量密度，且可以通過電解等技術(shù)從可再生能源中制取，因此氫燃料成為航空領域下一代最具吸引力的高效燃料。

3、氫能飛行器的儲氫路線有35mpa(密度25kg/m3)和70mpa密度41kg/m3)高壓氫氣、液氫(標態(tài)密度70kg/m3)氣化供氣方案，其中，液氫的儲氫密度最高，使用壓力低，安全風險小，是氫能飛行器的最佳選擇。

4、中國發(fā)明專利cn117231916a《一種輕量化液氫儲供系統(tǒng)及方法》該專利公開了一種輕量化液氫儲供系統(tǒng)及方法，涉及氫能技術(shù)領域。利用be、ga等材料的熱流磁場效應和汽化部分增壓，設計了用于液氫介質(zhì)的磁熱式換熱器，通過調(diào)整輸入電流的大小來控制磁熱式換熱器的有效換熱面積，但該專利技術(shù)難度較大，不便于使用與機車、飛行器等民用領域。

5、中國發(fā)明專利cn116895788a《一種液氫飛機儲供系統(tǒng)及其方法》該專利公開了一種液氫飛機儲供系統(tǒng)及其方法。該液氫飛機儲供系統(tǒng)利用氧分子的低溫強順磁性和氮分子的逆磁性，設計氧氮分離能力逐漸提升的雙段式富氧結(jié)構(gòu)，獲取高含氧量空氣，大幅提升氫空燃料電池的運行效率；同時，將氫空燃料電池的產(chǎn)物水與貧氧空氣熱質(zhì)交換產(chǎn)生制冷效果后再進行排空，提升空氣的冷卻效率，而專利主要從增加高含氧空氣的角度提高飛行器的效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對冷液氫存儲難度的技術(shù)問題，提出一種輕量化過冷液氫存儲裝置及方法。

2、一種輕量化過冷液氫存儲裝置，包括液氫鋼瓶內(nèi)容器、高強度碳纖維纏繞層、變密度絕熱纏繞層、液氫鋼瓶外容器、液氫進/出液管路、液氫鋼瓶增壓管路、液氫鋼瓶根部閥、液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥、液氫鋼瓶安全閥、液氫進/出液真空管路、液氫鋼瓶端蓋、正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑；

3、所述高強度碳纖維纏繞層纏繞液氫鋼瓶內(nèi)容器的外側(cè)，變密度絕熱纏繞層纏繞高強度碳纖維纏繞層的外側(cè)，液氫進/出液管路纏繞在變密度絕熱纏繞層的外側(cè)；

4、所述液氫鋼瓶內(nèi)容器和液氫鋼瓶外容器構(gòu)成液氫鋼瓶；

5、所述液氫鋼瓶外容器罩住變密度絕熱纏繞層，液氫鋼瓶內(nèi)容器內(nèi)置正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑，液氫鋼瓶端蓋設置在液氫鋼瓶內(nèi)容器口；

6、所述液氫鋼瓶根部閥設置在液氫進/出液真空管路上，液氫進/出液真空管路分別連接液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥、液氫鋼瓶安全閥；

7、所述液氫鋼瓶增壓管路的上方連接液氫進/出液管路，液氫鋼瓶增壓管路的上方連接液氫鋼瓶安全閥。

8、進一步的，一種輕量化過冷液氫存儲裝置，所述高強度碳纖維纏繞層以3-25°的角度緊密纏繞液氫鋼瓶內(nèi)容器的外側(cè)；

9、所述高強度碳纖維纏繞層和液氫鋼瓶內(nèi)容器通過超低溫膠水粘結(jié)固定；

10、所述變密度絕熱纏繞層的整體結(jié)構(gòu)均纏繞在高強度碳纖維纏繞層的外側(cè)，液氫鋼瓶內(nèi)容器與液氫鋼瓶外容器之間的空間為高真空。

11、進一步的，一種輕量化過冷液氫存儲裝置，所述液氫進/出液管路合并設置在液氫鋼瓶內(nèi)容器一側(cè)，液氫進/出液管路以5-20°的角度纏繞在變密度絕熱纏繞層的外側(cè)，形成自冷屏；

12、所述液氫鋼瓶增壓管路設置液氫鋼瓶內(nèi)容器旁。

13、進一步的，一種輕量化過冷液氫存儲裝置，所述液氫鋼瓶內(nèi)容器材質(zhì)為高強度鋁合金，液氫鋼瓶內(nèi)容器采用整體拉制成型工藝，變密度絕熱纏繞層采用玻璃纖維紙與鋁箔交替包扎制成；

14、所述液氫鋼瓶外容器材質(zhì)為不銹鋼，液氫鋼瓶外容器外表面的鏡面采用拋光處理；

15、所述液氫鋼瓶外容器的設計壓力為1.6-2.0mpa。

16、進一步的，一種輕量化過冷液氫存儲裝置，當液氫鋼瓶內(nèi)容器壓力超過設置值，液氫鋼瓶安全閥開啟，排出氫氣后降低液氫鋼瓶內(nèi)容器壓力，維持液氫鋼瓶內(nèi)容器處于安全狀態(tài)。

17、進一步的，一種輕量化過冷液氫存儲裝置，當液氫鋼瓶內(nèi)容器壓力低于設定值，液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥開啟，液氫自液氫鋼瓶內(nèi)容器流出，經(jīng)液氫鋼瓶增壓管路與環(huán)境吸熱后變?yōu)闅怏w，返回液氫鋼瓶內(nèi)容器，為液氫鋼瓶內(nèi)容器增壓。

18、進一步的，一種輕量化過冷液氫存儲裝置，所述液氫進/出液管路、液氫鋼瓶增壓管路、液氫鋼瓶根部閥、液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥、液氫鋼瓶安全閥、液氫進/出液真空管路均采用真空管結(jié)構(gòu)。

19、一種輕量化過冷液氫存儲方法，步驟為：

20、當液氫鋼瓶需加注時，鋼瓶系統(tǒng)給出加氣信號至控制系統(tǒng)，加氫站內(nèi)的過冷液氫由液氫進/出液真空管路輸送到液氫鋼瓶內(nèi)容器內(nèi)，因加注的液氫過冷度高，加注過程中將液氫鋼瓶內(nèi)容器內(nèi)bog進行冷凝，不設置bog回流管路，液氫進/出液管路合并設置；

21、當液氫鋼瓶對外供氣時，液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥開啟，液氫進/出液管路下方引出，靠近液氫鋼瓶外容器的液氫鋼瓶增壓管路上氣化后返回鋼瓶氣相空間，對液氫鋼瓶進行增壓，液氫經(jīng)液氫進/出液管路流出，在鋼瓶保冷層外側(cè)形成自冷屏，降低液氫鋼瓶蒸發(fā)率。

22、本發(fā)明的有益效果：通過一種輕量化過冷液氫存儲裝置及方法，采用液氫作為能量載體，內(nèi)容器采用高強度鋁合金整體拉制成型，降低液氫鋼瓶重量，確保整體結(jié)構(gòu)完成性；內(nèi)容器外側(cè)纏繞高強度繞碳纖維層，提高內(nèi)容器強度，降低液氫鋼瓶裝置重量；碳纖維纏繞層外側(cè)纏繞變密度絕熱層，降低液氫鋼瓶裝置輻射傳熱以降低鋼瓶蒸發(fā)率；液氫鋼瓶裝置進/出液管道合并設置，在內(nèi)容器變密度絕熱層外側(cè)呈盤管設置，形成自冷屏；設置內(nèi)置正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑，加快正仲氫轉(zhuǎn)化速率，降低液氫鋼瓶蒸發(fā)率；設置液氫鋼瓶自增壓系統(tǒng)、安全放散系統(tǒng)，滿足鋼瓶使用與安全需要，確保液氫鋼瓶的安全性、經(jīng)濟性及環(huán)保特性。

技術(shù)特征：

1.一種輕量化過冷液氫存儲裝置，其特征在于，包括液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）、高強度碳纖維纏繞層（2）、變密度絕熱纏繞層（3）、液氫鋼瓶外容器（4）、液氫進/出液管路（5）、液氫鋼瓶增壓管路（6）、液氫鋼瓶根部閥（7）、液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥（8）、液氫鋼瓶安全閥（9）、液氫進/出液真空管路（10）、液氫鋼瓶端蓋（11）、正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑（12）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕量化過冷液氫存儲裝置，其特征在于，所述高強度碳纖維纏繞層（2）以3-25°的角度緊密纏繞液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）的外側(cè)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕量化過冷液氫存儲裝置，其特征在于，所述液氫進/出液管路（5）合并設置在液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）一側(cè)，液氫進/出液管路（5）以5-20°的角度纏繞在變密度絕熱纏繞層（3）的外側(cè)，形成自冷屏；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕量化過冷液氫存儲裝置，其特征在于，所述液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）材質(zhì)為高強度鋁合金，液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）采用整體拉制成型工藝，變密度絕熱纏繞層（3）采用玻璃纖維紙與鋁箔交替包扎制成；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕量化過冷液氫存儲裝置，其特征在于，當液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）壓力超過設置值，液氫鋼瓶安全閥（9）開啟，排出氫氣后降低液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）壓力，維持液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）處于安全狀態(tài)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕量化過冷液氫存儲裝置，其特征在于，當液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）壓力低于設定值，液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥（8）開啟，液氫自液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）流出，經(jīng)液氫鋼瓶增壓管路（6）與環(huán)境吸熱后變?yōu)闅怏w，返回液氫鋼瓶內(nèi)容器（1），為液氫鋼瓶內(nèi)容器（1）增壓。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕量化過冷液氫存儲裝置，其特征在于，所述液氫進/出液管路（5）、液氫鋼瓶增壓管路（6）、液氫鋼瓶根部閥（7）、液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥（8）、液氫鋼瓶安全閥（9）、液氫進/出液真空管路（10）均采用真空管結(jié)構(gòu)。

8.一種輕量化過冷液氫存儲方法，基于權(quán)利要求1~7任意一項所述的一種輕量化過冷液氫存儲裝置所實現(xiàn)，其特征在于，步驟為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種輕量化過冷液氫存儲裝置及方法，裝置包括液氫鋼瓶內(nèi)容器、高強度碳纖維纏繞層、變密度絕熱纏繞層、液氫鋼瓶外容器、液氫進/出液管路、液氫鋼瓶增壓管路、液氫鋼瓶根部閥、液氫鋼瓶增壓自力式調(diào)節(jié)閥、液氫鋼瓶安全閥、液氫進/出液真空管路、液氫鋼瓶端蓋、正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑；方法基于裝置實現(xiàn)。本發(fā)明內(nèi)容器降低液氫鋼瓶重量，確保整體結(jié)構(gòu)完成性；高強度繞碳纖維層提高內(nèi)容器強度，降低液氫鋼瓶裝置重量；變密度絕熱層降低液氫鋼瓶裝置輻射傳熱以降低鋼瓶蒸發(fā)率；內(nèi)容器變密度絕熱層外側(cè)呈盤管設置，形成自冷屏；設置內(nèi)置正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑，加快正仲氫轉(zhuǎn)化速率，降低液氫鋼瓶蒸發(fā)率。

技術(shù)研發(fā)人員：黃波,馬繼剛,曹衛(wèi)華,崔江涵,唐瑜
受保護的技術(shù)使用者：四川蜀道裝備科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9