CN117006408A - 一种快速启动的液氢储供系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速启动的液氢储供系统及其方法，涉及氢能技术领域。本发明将液氢泵置于液氢浴池中，使其温度持续保持在液氢温区，提升储供系统的启动效率；将液氢储罐产生的氢气再液化并作为液氢池的氢介质来源，维持液氢浴池内的液氢动态平衡；液氢泵运行放热产生的氢气自液氢浴池排出，通过仲正氢转化吸热降低液氢储罐的蒸发率；通过液氢汽化热冷却发动机，通过低温氢气冷却氢空燃料电池，实现整体系统的能量利用效率最大化。

Description

一种快速启动的液氢储供系统及其方法

技术领域

本发明涉及氢能技术领域，特指一种快速启动的液氢储供系统及其方法。

背景技术

氢能是一种零碳排、应用形式多样的清洁能源，是实现可再生能源储能调峰的理想储能介质，有望成为推动能源转型的重要力量。氢作为质量能量密度最高的化学燃料，在常温常压下为气态，密度仅为空气的7.14％，这使得常压下的氢气体积能量密度极低。因此，采用氢能源的航空、航海、陆地等载具均倾向于采用液氢作为存储形式，随后对液氢进行汽化并输送至氢发动机或燃料电池等部件。然而，由于低温特性，各种载具在使用液氢作为燃料时会产生较大的蒸发损耗，同时液氢储供系统的整体启动速度较慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速启动的液氢储供系统及其方法，利用磁热效率实现液氢储罐蒸发氢气的再液化，并利用其对液氢泵进行持续浸泡，减小液氢泵的启动时间，而汽化后的氢气则通过仲正转化提升液氢储罐的绝热能力。

本发明拟用如下技术方案实现本发明的目的：

第一方面，本发明提供了一种快速启动的液氢储供系统，包括液氢储罐、液氢浴池、液氢汽化器、氢发动机、氦换热器、氢气换热器、氢空燃料电池、空气管路、高温冷却管路、中温冷却管路、超导磁体、氦循环管路和真空绝热舱；

所述液氢储罐上开设有液氢介质出口和气氢介质出口，液氢介质出口连接液氢管路，气氢介质出口连接氢液化管路；液氢储罐外部设置有仲正氢转化冷屏，仲正氢转化冷屏用于利用仲正氢转化的冷量减少液氢储罐的蒸发损失；

所述液氢浴池上开设有液氢进口和氢气出口，内部设置有液氢泵；液氢进口和氢气出口分别连接用于液氢补加的氢液化管路和用于汽化氢气排放的氢气管路；

所述液氢汽化器、氦换热器和氢气换热器的内部分别具有能构成换热接触的第一通道和第二通道；

所述液氢管路依次连接液氢储罐的液氢介质出口、液氢泵、液氢截止阀、液氢汽化器的第二通道和氢发动机，用于将液氢储罐中的液氢汽化后输送至氢发动机；

所述氢液化管路依次连接液氢储罐的气氢介质出口、第一氢气阀、氢液化器和液氢浴池的液氢进口，用于将液氢储罐蒸发损耗的氢气再液化并输送至液氢浴池，补充液氢浴池中由于液氢泵运行放热导致的液氢损耗；

所述氢气管路依次连接液氢浴池的氢气出口、第二氢气阀、氦换热器的第二通道、仲正氢转化冷屏、第三氢气阀、氢气换热器的第二通道和氢空燃料电池，用于将液氢浴池汽化的氢气经过仲正氢转化和预热后输送至氢空燃料电池进行反应；

所述空气管路前端连接压缩机，后端分为两条支路；第一支路通过第一空气阀连接氢发动机，第二支路通过第二空气阀连接氢空燃料电池，用于将外部空气压缩后分别输送至氢发动机和氢空燃料电池进行反应；

所述高温冷却管路依次连接高温循环泵、高温截止阀、液氢汽化器的第一通道、氢发动机的冷却通道并构成循环回路，用于利用液氢汽化冷量对氢发动机进行冷却；

所述中温冷却管路依次连接中温循环泵、中温截止阀、氢气换热器的第一通道、氢空燃料电池的冷却通道并构成循环回路，用于利用低温氢气的冷量对氢空燃料电池进行冷却；

所述氢空燃料电池产生的电能通过电源线输送至超导磁体，能调控超导磁体产生的磁场强度；

所述真空绝热舱的内部设有能在外部超导磁体调控下产生制冷效果的磁性工质；氦循环管路依次连接驱动泵、低温控制阀、磁性工质、氦换热器的第一通道并构成循环回路，用于将磁性工质产生的热量输送至氢气管路内部的氢气；所述磁性工质的另一端通过重力型低温热管与氢液化器相连，用于将磁性工质产生的冷量输送至氢液化器，使氢液化器内部的氢气完成液化。

作为优选，所述氦循环管路内部填充有高压氦介质，通过驱动泵和低温控制阀实现换热的启停控制.

作为优选，所述液氢汽化器为液-液换热器，氢气换热器为气-液换热器。

作为优选，所述氢空燃料电池通过向超导磁体供应脉冲电流，实现磁性工质的磁化和去磁。

作为优选，所述超导磁体替换为永磁体，永磁体通过空间位置控制实现磁性工质的磁化和去磁。

作为优选，所述重力型低温热管的一端位于氢液化器内部并作为蒸发段，另一端位于真空绝热舱的内部填充有仲正氢转化催化剂。

作为优选，所述液氢管路、氢液化管路、氢气管路、高温冷却管路、中温冷却管路、空气管路及其连接部件的外部均设置有防止漏热的绝热材料。

第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述快速启动的液氢储供系统的运行方法，具体如下：

S1、向液氢储罐和液氢浴池内部充注液氢；打开液氢截止阀、启动液氢泵，来自液氢储罐的液氢通过液氢管路依次流经液氢泵和液氢截止阀，随后进入液氢汽化器的第二通道，吸收热量并完成汽化后进入氢发动机中燃烧；

S2、打开第一氢气阀，液氢储罐中由于漏热产生的氢气进入氢液化管路，通过第一氢气阀进入氢液化器，由氢气冷却为液氢后进入液氢浴池；

S3、打开第二氢气阀和第三氢气阀，由于液氢泵运行放热产生的氢气进入氢气管路；氢气在氢气管路中，首先进入氦换热器以吸收高压氦介质释放的热量，随后进入仲正氢转化冷屏以在催化作用下发生仲正氢转化并吸收热量，减小液氢储罐的液氢蒸发损耗，接着通过第三氢气阀进入氢气换热器的第二通道释放冷量，最终进入氢空燃料电池发生反应产生电能；

S4、打开第一空气阀和第二空气阀，启动压缩机，外部空气在压缩机的作用下进入空气管路，随后分为两路；第一支路中的压缩空气经过第一空气阀进入氢发动机燃烧产生动能，第二支路中的压缩空气经过第二空气阀进入氢空燃料电池发生反应产生电能；氢空燃料电池通过电源线向超导磁体供应脉冲电流，进而实现磁场强度的调控；

S5、打开高温截止阀，启动高温循环泵，高温冷却管路中的换热介质依次经过高温循环泵、高温截止阀进入液氢汽化器的第一通道以吸收液氢汽化冷量降温，随后进入氢发动机的冷却管路对其进行冷却，并往复循环；

S6、打开中温截止阀，启动中温循环泵，中温冷却管路中的换热介质依次经过中温循环泵、中温截止阀进入氢气换热器的第一通道以吸收低温氢气冷量降温，随后进入氢空燃料电池的冷却管路对其进行冷却，并往复循环；

S7、在系统的运行过程中，磁性工质依次循环进行等温磁化过程、绝热去磁过程、等温去磁过程和绝热磁化过程，具体如下：

S71、等温磁化过程：打开低温控制阀，启动驱动泵，高压氦介质沿氦循环管路开始循环，通过调节氢空燃料电池输出电流的形式将超导磁体的磁场增大，磁性工质开始升温，高压氦介质向氦换热器第二通道的氢气释放热量，同时磁性工质等温减熵；

S72、绝热去磁过程：关闭低温控制阀和驱动泵，氦循环管路中的高压氦介质停止循环，通过调节氢空燃料电池输出电流的形式将超导磁体的磁场减小，由于磁性工质位于真空绝热舱内部处于绝热状态，磁性工质开始降温；

S73、等温去磁过程：通过调节氢空燃料电池输出电流的形式继续减小超导磁体的磁场，磁性工质的熵等温地增加，重力型低温热管将磁性工质的冷量传递至氢液化器，使氢液化器内部的氢气完成液化；

S74、绝热磁化过程：重力型低温热管不再运行，通过调节氢空燃料电池输出电流的形式将超导磁体的磁场增大，磁性工质等熵变化且温度上升。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：将液氢泵置于液氢浴池中，使其温度持续保持在液氢温区，提升储供系统的启动效率；将液氢储罐产生的氢气再液化并作为液氢池的氢介质来源，维持液氢浴池内的液氢动态平衡；液氢泵运行放热产生的氢气自液氢浴池排出，通过仲正氢转化吸热降低液氢储罐的蒸发率；通过液氢汽化热冷却发动机，通过低温氢气冷却氢空燃料电池，实现整体系统的能量利用效率最大化。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一种快速启动的液氢储供系统的结构示意图。

图中：液氢管路1、液氢储罐2、液氢泵3、液氢浴池4、液氢截止阀5、液氢汽化器6、氢发动机7、氢液化管路8、第一氢气阀9、氢液化器10、氢气管路11、第二氢气阀12、氦换热器13、仲正氢转化冷屏14、第三氢气阀15、氢气换热器16、氢空燃料电池17、空气管路18、压缩机19、第一空气阀20、第二空气阀21、高温冷却管路22、高温循环泵23、高温截止阀24、中温冷却管路25、中温循环泵26、中温截止阀27、电源线28、超导磁体29、氦循环管路30、驱动泵31、低温控制阀32、磁性工质33、真空绝热舱34、重力型低温热管35。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明的描述中，需要理解的是，部件“高温冷却管路22、高温循环泵23、高温截止阀24、中温冷却管路25、中温循环泵26、中温截止阀27、低温控制阀32、重力型低温热管35”中的“高温”、“中温”和“低温”的表述，仅用于区分相对温度的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的绝对温度限定。

参见图1，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种快速启动的液氢储供系统，该系统的组件主要包括液氢储罐2、液氢浴池4、液氢汽化器6、氢发动机7、氦换热器13、氢气换热器16、氢空燃料电池17、空气管路18、高温冷却管路22、中温冷却管路25、超导磁体29、氦循环管路30和真空绝热舱34。下面对各组件之间的配合作动关系进行详细描述。

本发明的系统中，液氢储罐2应当为相对密封的装置，其用于储存液氢。液氢储罐2上设置有两个出口，即液氢介质出口和气氢介质出口。其中，液氢介质出口连接液氢管路1，用于将液氢储罐2内的液态氢气输送出去；气氢介质出口连接氢液化管路8，用于将液氢储罐2内受热蒸发成气态的氢气输送出去。液氢储罐2外部设置有仲正氢转化冷屏14，利用仲正氢转化过程中产生的冷量能对液氢储罐2进行降温，从而减少液氢储罐2的蒸发损失。

在本发明的一个较优实施例中，仲正氢转化冷屏14内部填充有仲正氢转化催化剂，能催化仲正氢的转化以产生冷量。如图1所示，本发明优选将仲正氢转化冷屏14设置于液氢储罐2外部下方，但需要明确的是，仲正氢转化冷屏14在实际使用时并不局限于仅设置在液氢储罐2外部下方，可以根据需要设置在液氢储罐2外部指定位置。

本发明的系统中，液氢浴池4内部设置有液氢泵3，液氢浴池4在使用时用于承装液氢，且承装的液氢应尽量淹没液氢泵3，从而使液氢泵3能一直处于液氢温区，避免储供系统启停过程所需的预冷流程。液氢浴池4上开设有液氢进口和氢气出口，其中液氢进口外接有氢液化管路8，氢气出口外接有氢气管路11。氢液化管路8用于实现对液氢浴池4中液氢的补加，氢气管路11用于实现对液氢浴池4中汽化氢气的排放。

在本发明的一个较优实施例中，液氢浴池4应当为一个较为封闭的池体结构，以防实际使用时由于液氢泵3运行放热导致氢气汽化后的泄露流失。

本发明的系统中，液氢汽化器6内部分为构成换热接触的第一通道和第二通道，第一通道用于通入在高温冷却管路22内循环的换热介质，第二通道用于通入液氢，换热介质能吸收液氢汽化产生的冷量进行降温。氦换热器13内部分为构成换热接触的第一通道和第二通道，第一通道用于通入高压氦介质，第二通道用于通入氢气，氢气能吸收高压氦介质产生的热量进行升温。氢气换热器16内部分为构成换热接触的第一通道和第二通道，第一通道用于通入在中温冷却管路25内循环的换热介质，第二通道用于通入氢气，氢气能吸收换热介质产生的热量进行升温。在本发明的一个较优实施例中，液氢汽化器为液-液换热器，氢气换热器为气-液换热器。

本发明的系统中，液氢管路1沿介质流动方向，依次连接液氢储罐2的液氢介质出口、液氢泵3、液氢截止阀5、液氢汽化器6的第二通道、氢发动机7，液氢管路1用于将液氢储罐2中的液氢汽化后输送至氢发动机7。也就是说，液氢管路1的首端与液氢储罐2的液氢介质出口相连通，用于将液氢储罐2内的液态氢输出；液氢管路1的末端与氢发动机7连通，用于将经液氢汽化器6汽化后的液氢输送至氢发动机7，使其在氢发动机7中能与通过第一空气阀20的压缩空气反应燃烧。

在本发明的一个较优实施例中，液氢截止阀5设置在液氢管路1上且位于液氢浴池4和液氢汽化器6之间的外部管路中，以便于控制阀门开闭和检修。

本发明的系统中，氢液化管路8依次连接液氢储罐2的气氢介质出口、第一氢气阀9、氢液化器10、液氢浴池4的液氢进口，氢液化管路8用于将液氢储罐2蒸发损耗的氢气再液化并输送至液氢浴池4，补充液氢浴池4中由于液氢泵3运行放热导致的液氢损耗。也就是说，氢液化管路8的首端与液氢储罐2的气氢介质出口相连通，用于将液氢储罐2内的气态氢输出；氢液化管路8的末端与液氢浴池4的液氢进口连通。

在本发明的一个较优实施例中，第一氢气阀9设置在氢液化管路8上且位于液氢储罐2和氢液化器10之间的外部管路中，以便于控制阀门开闭和检修。

本发明的系统中，氢气管路11依次连接液氢浴池4的氢气出口、第二氢气阀12、氦换热器13的第二通道、仲正氢转化冷屏14、第三氢气阀15、氢气换热器16的第二通道、氢空燃料电池17，氢气管路11用于将液氢浴池4汽化的氢气经过仲正转化和预热后输送至氢空燃料电池17进行反应。也就是说，氢气管路11的首端与液氢浴池4的氢气出口连通，用于输出液氢浴池4中由于液氢泵3运行放热产生的汽化氢气；氢气管路11的末端与氢空燃料电池17相连，用于将经预热后的氢气输送至氢空燃料电池17，使其在氢空燃料电池17中能与通过第二空气阀21的压缩空气反应产生电能。在本发明的一个较优实施例中，第二氢气阀12设置在氢气管路11上且位于液氢浴池4和氦换热器13之间的外部管路中，第三氢气阀15设置在氢气管路11上且位于液氢储罐2和氢气换热器16之间的外部管路中，以便于控制阀门开闭和检修。

本发明的系统中，空气管路18前端连接压缩机19，后端分为两条支路(即第一支路和第二支路)。其中，第一支路通过第一空气阀20连接氢发动机7，用于将外部空气压缩后输送至氢发动机7与经液氢汽化器6汽化后的液氢进行反应；第二支路通过第二空气阀21连接氢空燃料电池17，用于将外部空气压缩后输送至氢空燃料电池17与经氢气换热器16预热后的氢气进行反应。

在本发明的一个较优实施例中，第一空气阀20设置于压缩机19和氢发动机7之间的外部管路中，第二空气阀21设置于压缩机19和氢发动机7之间的外部管路中，以便于控制阀门开闭和检修。

本发明的系统中，高温冷却管路22沿换热介质流动方向，依次连接高温循环泵23、高温截止阀24、液氢汽化器6的第一通道、氢发动机7的冷却通道并构成循环回路，高温冷却管路22能利用液氢汽化冷量对氢发动机7进行冷却。也就是说，换热介质在液氢汽化器6的第一通道内吸收液氢汽化产生的冷量进行降温，随后在高温循环泵23的动力下进入氢发动机7的冷却通道，对氢发动机7进行冷却后升温，接着继续进入液氢汽化器6的第一通道内吸收液氢汽化产生的冷量进行降温，再进入氢发动机7的冷却通道，对氢发动机7进行冷却后升温，实现换热介质的升温-降温循环。

在本发明的一个较优实施例中，高温截止阀24设置于高温循环泵23和液氢汽化器6之间的外部管路中，以便于控制阀门开闭和检修。

本发明的系统中，中温冷却管路25沿换热介质流动方向，依次连接中温循环泵26、中温截止阀27、氢气换热器16的第一通道、氢空燃料电池17的冷却通道并构成循环回路，中温冷却管路25利用低温氢气的冷量对氢空燃料电池17进行冷却。也就是说，换热介质在氢气换热器16的第一通道吸收液氢汽化产生的冷量进行降温，随后在中温循环泵26的动力下进入氢空燃料电池17的冷却通道，对氢空燃料电池17进行冷却后升温，接着继续进入氢气换热器16的第一通道吸收液氢汽化产生的冷量进行降温，再进入氢空燃料电池17的冷却通道，对氢空燃料电池17进行冷却后升温，实现换热介质的升温-降温循环。在本发明的一个较优实施例中，中温截止阀27设置于中温循环泵26和氢气换热器16之间的外部管路中，以便于控制阀门开闭和检修。

本发明的系统中，氢空燃料电池17产生的电能通过电源线28输送至超导磁体29，调控超导磁体29产生的磁场强度。超导磁体29位于真空绝热舱34外部，真空绝热舱34的内部设置有磁性工质33位，磁性工质33能在外部超导磁体29的调控下产生制冷效果。在实际使用时，氢空燃料电池通过向超导磁体供应脉冲电流，实现磁性工质的磁化和去磁。在本发明的另一个较优实施例中，超导磁体可替换为永磁体，此时，永磁体通过空间位置控制实现磁性工质的磁化和去磁。

本发明的系统中，氦循环管路30内部填充有高压氦介质，沿介质流动方向，依次连接驱动泵31、低温控制阀32、磁性工质33、氦换热器13的第一通道并构成循环回路，氦循环管路30将磁性工质33产生的热量输送至氢气管路11内部的氢气。也就是说，高压氦介质能吸收磁性工质33产生的热量，随后在驱动泵31的动力下进入氦换热器13的第一通道，位于氦换热器13第二通道内的氢气能吸收高压氦介质产生的热量进行升温，同时使氦换热器13第一通道内的高压氦介质降温，接着重新吸收磁性工质33产生的热量，实现高压氦介质的升温-降温循环。

本发明的系统中，磁性工质33的另一端连接有重力型低温热管35，可将磁性工质33产生的冷量输送至氢液化器10，使氢液化器10内部的氢气完成液化。在实际使用时，重力型低温热管在氢液化器之内部分为蒸发段，在真空绝热舱之内部分为冷凝段，两者之间部分为绝热段。

在本发明的一个较优实施例中，液氢管路、氢液化管路、氢气管路、高温冷却管路、中温冷却管路、空气管路及其连接部件外部均应当敷设一层绝热材料，防止漏热。

在本发明的另一实施例中，基于上述图1所示的快速启动的液氢储供系统，还提供了一种液氢储供系统的运行方法，具体如下：

需注意，该方法首先控制所有阀门处于关闭状态，所有装置处于停止运行状态，液氢储罐2和液氢浴池4内部充注有适量液氢。

S1、打开液氢截止阀5、启动液氢泵3，来自液氢储罐2的液氢通过液氢管路1依次流经液氢泵3和液氢截止阀5，随后进入液氢汽化器6的第二通道，吸收热量并完成汽化后进入氢发动机7中燃烧。

S2、打开第一氢气阀9，液氢储罐2中由于漏热产生的氢气进入氢液化管路8，通过第一氢气阀9进入氢液化器10，由氢气冷却为液氢后进入液氢浴池4。

S3、打开第二氢气阀12和第三氢气阀15，由于液氢泵3运行放热产生的氢气进入氢气管路11。氢气在氢气管路11中，首先进入氦换热器13以吸收高压氦介质释放的热量，随后进入仲正氢转化冷屏14以在催化作用下发生仲正氢转化并吸收热量，减小液氢储罐2的液氢蒸发损耗，接着通过第三氢气阀15进入氢气换热器16的第二通道释放冷量，最终进入氢空燃料电池17发生反应产生电能。

S4、打开第一空气阀20和第二空气阀21，启动压缩机19，外部空气在压缩机19的作用下进入空气管路18，随后分为两路。第一支路中的压缩空气经过第一空气阀20进入氢发动机7燃烧产生动能，第二支路中的压缩空气经过第二空气阀21进入氢空燃料电池17发生反应产生电能。氢空燃料电池17通过电源线28向超导磁体29供应脉冲电流，进而实现磁场强度的调控。

S5、打开高温截止阀24，启动高温循环泵23，高温冷却管路22中的换热介质依次经过高温循环泵23、高温截止阀24进入液氢汽化器6的第一通道以吸收液氢汽化冷量降温，随后进入氢发动机7的冷却管路对其进行冷却，并往复循环。

S6、打开中温截止阀27，启动中温循环泵26，中温冷却管路25中的换热介质依次经过中温循环泵26、中温截止阀27进入氢气换热器16的第一通道以吸收低温氢气冷量降温，随后进入氢空燃料电池17的冷却管路对其进行冷却，并往复循环。

S7、在系统的运行过程中，磁性工质33及其附件依次循环进行等温磁化过程、绝热去磁过程、等温去磁过程和绝热磁化过程这四个步骤，具体如下：

S71、等温磁化过程：打开低温控制阀32，启动驱动泵31，高压氦介质沿氦循环管路30开始循环，通过调节氢空燃料电池17输出电流的形式将超导磁体29的磁场增大，磁性工质33开始升温，高压氦介质向氦换热器13第二通道的氢气释放热量，同时磁性工质33等温减熵。

S72、绝热去磁过程：关闭低温控制阀32和驱动泵31，氦循环管路30中的高压氦介质停止循环，通过调节氢空燃料电池17输出电流的形式将超导磁体29的磁场减小，由于磁性工质33位于真空绝热舱34内部处于绝热状态，磁性工质33开始降温。

S73、等温去磁过程：通过调节氢空燃料电池17输出电流的形式继续减小超导磁体29的磁场，磁性工质33的熵等温地增加，重力型低温热管35将磁性工质33的冷量传递至氢液化器10，使氢液化器10内部的氢气完成液化。

S74、绝热磁化过程：重力型低温热管35不再运行，通过调节氢空燃料电池17输出电流的形式将超导磁体29的磁场增大，磁性工质33等熵变化且温度上升。

需要说明的是，上述步骤中的编号(如S1～S7等)，并不特指实际使用时的操作顺序，仅是为了区分某个通路或者某个功能的实现，在实际操作时，可以根据需要同时、单独或者顺次进行某几个或单个步骤。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，包括液氢储罐(2)、液氢浴池(4)、液氢汽化器(6)、氢发动机(7)、氦换热器(13)、氢气换热器(16)、氢空燃料电池(17)、空气管路(18)、高温冷却管路(22)、中温冷却管路(25)、超导磁体(29)、氦循环管路(30)和真空绝热舱(34)；

所述液氢储罐(2)上开设有液氢介质出口和气氢介质出口，液氢介质出口连接液氢管路(1)，气氢介质出口连接氢液化管路(8)；液氢储罐(2)外部设置有仲正氢转化冷屏(14)，仲正氢转化冷屏(14)用于利用仲正氢转化的冷量减少液氢储罐(2)的蒸发损失；

所述液氢浴池(4)上开设有液氢进口和氢气出口，内部设置有液氢泵(3)；液氢进口和氢气出口分别连接用于液氢补加的氢液化管路(8)和用于汽化氢气排放的氢气管路(11)；

所述液氢汽化器(6)、氦换热器(13)和氢气换热器(16)的内部分别具有能构成换热接触的第一通道和第二通道；

所述液氢管路(1)依次连接液氢储罐(2)的液氢介质出口、液氢泵(3)、液氢截止阀(5)、液氢汽化器(6)的第二通道和氢发动机(7)，用于将液氢储罐(2)中的液氢汽化后输送至氢发动机(7)；

所述氢液化管路(8)依次连接液氢储罐(2)的气氢介质出口、第一氢气阀(9)、氢液化器(10)和液氢浴池(4)的液氢进口，用于将液氢储罐(2)蒸发损耗的氢气再液化并输送至液氢浴池(4)，补充液氢浴池(4)中由于液氢泵(3)运行放热导致的液氢损耗；

所述氢气管路(11)依次连接液氢浴池(4)的氢气出口、第二氢气阀(12)、氦换热器(13)的第二通道、仲正氢转化冷屏(14)、第三氢气阀(15)、氢气换热器(16)的第二通道和氢空燃料电池(17)，用于将液氢浴池(4)汽化的氢气经过仲正氢转化和预热后输送至氢空燃料电池(17)进行反应；

所述空气管路(18)前端连接压缩机(19)，后端分为两条支路；第一支路通过第一空气阀(20)连接氢发动机(7)，第二支路通过第二空气阀(21)连接氢空燃料电池(17)，用于将外部空气压缩后分别输送至氢发动机(7)和氢空燃料电池(17)进行反应；

所述高温冷却管路(22)依次连接高温循环泵(23)、高温截止阀(24)、液氢汽化器(6)的第一通道、氢发动机(7)的冷却通道并构成循环回路，用于利用液氢汽化冷量对氢发动机(7)进行冷却；

所述中温冷却管路(25)依次连接中温循环泵(26)、中温截止阀(27)、氢气换热器(16)的第一通道、氢空燃料电池(17)的冷却通道并构成循环回路，用于利用低温氢气的冷量对氢空燃料电池(17)进行冷却；

所述氢空燃料电池(17)产生的电能通过电源线(28)输送至超导磁体(29)，能调控超导磁体(29)产生的磁场强度；

所述真空绝热舱(34)的内部设有能在外部超导磁体(29)调控下产生制冷效果的磁性工质(33)；氦循环管路(30)依次连接驱动泵(31)、低温控制阀(32)、磁性工质(33)、氦换热器(13)的第一通道并构成循环回路，用于将磁性工质(33)产生的热量输送至氢气管路(11)内部的氢气；所述磁性工质(33)的另一端通过重力型低温热管(35)与氢液化器(10)相连，用于将磁性工质(33)产生的冷量输送至氢液化器(10)，使氢液化器(10)内部的氢气完成液化。

2.根据权利要求1所述的一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，所述氦循环管路(30)内部填充有高压氦介质，通过驱动泵(31)和低温控制阀(32)实现换热的启停控制。

3.根据权利要求1所述的一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，所述液氢汽化器(6)为液-液换热器，氢气换热器(16)为气-液换热器。

4.根据权利要求1所述的一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，所述氢空燃料电池(17)通过向超导磁体(29)供应脉冲电流，实现磁性工质的磁化和去磁。

5.根据权利要求1所述的一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，所述超导磁体(29)替换为永磁体，永磁体通过空间位置控制实现磁性工质(33)的磁化和去磁。

6.根据权利要求1所述的一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，所述重力型低温热管(35)的一端位于氢液化器(10)内部并作为蒸发段，另一端位于真空绝热舱(34之内部并作为冷凝段，两者之间的其余部分作为绝热段。

7.根据权利要求1所述的一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，所述仲正氢转化冷屏(14)的内部填充有仲正氢转化催化剂。

8.根据权利要求1所述的一种快速启动的液氢储供系统，其特征在于，所述液氢管路(1)、氢液化管路(8)、氢气管路(11)、高温冷却管路(22)、中温冷却管路(25)、空气管路(18)及其连接部件的外部均设置有防止漏热的绝热材料。

9.一种利用权利要求1～8任一所述快速启动的液氢储供系统的运行方法，其特征在于，具体如下：

S1、向液氢储罐(2)和液氢浴池(4)内部充注液氢；打开液氢截止阀(5)、启动液氢泵(3)，来自液氢储罐(2)的液氢通过液氢管路(1)依次流经液氢泵(3)和液氢截止阀(5)，随后进入液氢汽化器(6)的第二通道，吸收热量并完成汽化后进入氢发动机(7)中燃烧；

S2、打开第一氢气阀(9)，液氢储罐(2)中由于漏热产生的氢气进入氢液化管路(8)，通过第一氢气阀(9)进入氢液化器(10)，由氢气冷却为液氢后进入液氢浴池(4)；

S3、打开第二氢气阀(12)和第三氢气阀(15)，由于液氢泵(3)运行放热产生的氢气进入氢气管路(11)；氢气在氢气管路(11)中，首先进入氦换热器(13)以吸收高压氦介质释放的热量，随后进入仲正氢转化冷屏(14)以在催化作用下发生仲正氢转化并吸收热量，减小液氢储罐(2)的液氢蒸发损耗，接着通过第三氢气阀(15)进入氢气换热器(16)的第二通道释放冷量，最终进入氢空燃料电池(17)发生反应产生电能；

S4、打开第一空气阀(20)和第二空气阀(21)，启动压缩机(19)，外部空气在压缩机(19)的作用下进入空气管路(18)，随后分为两路；第一支路中的压缩空气经过第一空气阀(20)进入氢发动机(7)燃烧产生动能，第二支路中的压缩空气经过第二空气阀(21)进入氢空燃料电池(17)发生反应产生电能；氢空燃料电池(17)通过电源线(28)向超导磁体(29)供应脉冲电流，进而实现磁场强度的调控；

S5、打开高温截止阀(24)，启动高温循环泵(23)，高温冷却管路(22)中的换热介质依次经过高温循环泵(23)、高温截止阀(24)进入液氢汽化器(6)的第一通道以吸收液氢汽化冷量降温，随后进入氢发动机(7)的冷却管路对其进行冷却，并往复循环；

S6、打开中温截止阀(27)，启动中温循环泵(26)，中温冷却管路(25)中的换热介质依次经过中温循环泵(26)、中温截止阀(27)进入氢气换热器(16)的第一通道以吸收低温氢气冷量降温，随后进入氢空燃料电池(17)的冷却管路对其进行冷却，并往复循环；

S7、在系统的运行过程中，磁性工质(33)依次循环进行等温磁化过程、绝热去磁过程、等温去磁过程和绝热磁化过程，具体如下：

S71、等温磁化过程：打开低温控制阀(32)，启动驱动泵(31)，高压氦介质沿氦循环管路(30)开始循环，通过调节氢空燃料电池(17)输出电流的形式将超导磁体(29)的磁场增大，磁性工质(33)开始升温，高压氦介质向氦换热器(13)第二通道的氢气释放热量，同时磁性工质(33)等温减熵；

S72、绝热去磁过程：关闭低温控制阀(32)和驱动泵(31)，氦循环管路(30)中的高压氦介质停止循环，通过调节氢空燃料电池(17)输出电流的形式将超导磁体(29)的磁场减小，由于磁性工质(33)位于真空绝热舱(34)内部处于绝热状态，磁性工质(33)开始降温；

S73、等温去磁过程：通过调节氢空燃料电池(17)输出电流的形式继续减小超导磁体(29)的磁场，磁性工质(33)的熵等温地增加，重力型低温热管(35)将磁性工质(33)的冷量传递至氢液化器(10)，使氢液化器(10)内部的氢气完成液化；

S74、绝热磁化过程：重力型低温热管(35)不再运行，通过调节氢空燃料电池(17)输出电流的形式将超导磁体(29)的磁场增大，磁性工质(33)等熵变化且温度上升。