本發(fā)明涉及氫能機車，尤其涉及一種機車用液氫儲存裝置及供氫方法。

背景技術：

1、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，被認為是實現碳中和的技術手段。在國家“雙碳”背景下，以柴油為動力的老舊內燃機車清潔低碳改造已迫在眉睫。氫能機車擺脫了接觸網運行條件的束縛，非常適合于現存的非電氣化線路區(qū)段，避免進行電氣化改造帶來的龐大基建投入和維護成本。

2、氫能機車的儲氫路線有35mpa（密度25kg/m3）和70mpa密度41kg/m3）高壓氫氣瓶組、液氫（標態(tài)密度70kg/m3）氣化供氣方案?？紤]到儲氫瓶殘壓及避免機車趴窩的續(xù)航要求，通常情況下高壓氫瓶的使用下限壓力應控制在5mpa（4.3kg/m3）左右。因此，35mpa氫瓶的凈密度約20.7kg/m3、70mpa約36.7kg/m3，均遠低于液氫密度。針對機車的應用場景，液氫路線將是氫燃料機車的最佳選擇。氫燃料電池機車及氫內燃機是氫能在機車上兩個應用方向，將是機車行業(yè)的一次革命性突破，可以最終實現機車零排放。

3、中國發(fā)明專利cn116691376a《一種氫能火車配置的方法》：該專利公開了一種氫能火車的配置方法，包括一組電牽引力馬達、燃料電池以通過氫氣與空氣的反應提供牽引力所需電力，熱交換系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)為燃料電池提供空氣、冷卻系統(tǒng)以冷卻燃料電池發(fā)電機、用于存儲燃料電池發(fā)電機所產生的電能的一組電池、一個電子流程系統(tǒng)、以及儲存大量液氫的儲罐車與相應的輸氫裝置。該專利液氫儲罐蒸發(fā)率難以控制，經濟性較差。

4、中國發(fā)明專利cn219790149u《一種氫電混合動力機車》：該專利公開了一種氫電混合動力機車，包括：儲氫單元、輸氫單元、加熱單元、余熱利用單元、氫內燃機、動力電池和牽引電機。該專利為混合動力機車，動力電池的充換電較繁瑣。

技術實現思路

1、針對上述技術問題，本發(fā)明提供了一種機車用液氫儲存裝置及供氫方法。

2、本發(fā)明是采用以下技術方案實現的：

3、第一方面，一種機車用液氫儲存裝置，包括液氫儲罐、液氫一級換熱器和液氫二級換熱器；所述液氫儲罐的液相和氣相分別連接液氫儲罐排液控制閥和液氫儲罐bog回收控制閥后合并，依次串聯連接所述液氫一級換熱器和液氫二級換熱器，所述液氫一級換熱器和液氫二級換熱器連接線路之間還設置有二級換熱器進口切斷閥。

4、具體地，所述液氫二級換熱器出口端依次連接氫氣增壓泵、循環(huán)引射器、氫燃料電池/內燃機、內燃機排氣脫硝裝置和排放控制閥后返回接入液氫二級換熱器。

5、具體地，所述液氫二級換熱器兩端并聯液氫二級換熱器旁通切斷閥。

6、具體地，所述循環(huán)引射器還連接余熱回用控制閥，所述余熱回用控制閥另一端接入內燃機排氣脫硝裝置和排放控制閥之間的連接線路中。

7、具體地，所述液氫儲罐采用臥式結構，液氫儲罐的內容器采用316系列液氫專用不銹鋼材質，外容器采用304系列不銹鋼，所述內容器和外容器均經鏡面拋光處理，還設置多層變密度絕熱材料。

8、具體地，所述液氫一級換熱器采用空溫式結構，利用環(huán)境溫度加熱氣化液氫；所述液氫二級換熱器采用繞管式結構或板翅式結構，利用氫燃料電池/內燃機的排氣廢熱加熱氫氣。

9、另一方面，一種機車用液氫儲存裝置供氫方法，包括：

10、正常運行情況，采用液氫儲罐排液作為機車能量來源；

11、當液氫儲罐壓力超過設定值時，開啟液氫儲罐bog回收控制閥，關閉液氫儲罐排液控制閥，使用液氫儲罐氣相作為機車能量來源，利用液氫儲罐氣體，快速降低儲罐壓力，確保液氫儲罐安全運行；

12、經液氫一級換熱器和液氫二級換熱器加熱氣化后，經氫氣增壓泵增大氫氣進入氫燃料電池/內燃機的壓力，以增大氫氣的體積能量密度；氫燃料電池/內燃機廢熱用于二級液氫換熱器熱源。

13、具體地，所述液氫儲罐設計壓力為1.6-2.0mpa，采用過冷液氫儲存，減少液氫儲存系統(tǒng)安全閥起跳頻率，降低液氫損耗。

14、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用液氫作為能量載體，無co2排放。設置低蒸發(fā)率的高真空多層纏繞液氫儲罐，設置bog回收控制閥，控制液氫儲罐壓力處于安全運行范圍。設置兩級液氫換熱器，分別利用環(huán)境熱量及余熱氣化液氫并維持氫氣溫度，利用泵增加氫氣壓力，提高氫氣的體積能量密度。為內燃機車設置排氣脫硝裝置，確保氫內燃機車的安全性、經濟性及環(huán)保特性。

技術特征：

1.一種機車用液氫儲存裝置，其特征在于，包括液氫儲罐(1)、液氫一級換熱器(4)和液氫二級換熱器(6)；所述液氫儲罐(1)的液相和氣相分別連接液氫儲罐排液控制閥(2)和液氫儲罐bog回收控制閥(3)后合并，依次串聯連接所述液氫一級換熱器(4)和液氫二級換熱器(6)，所述液氫一級換熱器(4)和液氫二級換熱器(6)連接線路之間還設置有二級換熱器進口切斷閥(5)。

2.如權利要求1所述的一種機車用液氫儲存裝置，其特征在于，所述液氫二級換熱器(6)出口端依次連接氫氣增壓泵(7)、循環(huán)引射器(8)、氫燃料電池/內燃機(9)、內燃機排氣脫硝裝置(10)和排放控制閥(12)后返回接入液氫二級換熱器(6)。

3.如權利要求2所述的一種機車用液氫儲存裝置，其特征在于，所述液氫二級換熱器(6)兩端并聯液氫二級換熱器旁通切斷閥(13)。

4.如權利要求3所述的一種機車用液氫儲存裝置，其特征在于，所述循環(huán)引射器(8)還連接余熱回用控制閥(11)，所述余熱回用控制閥(11)另一端接入內燃機排氣脫硝裝置(10)和排放控制閥(12)之間的連接線路中。

5.如權利要求1所述的一種機車用液氫儲存裝置，其特征在于，所述液氫儲罐(1)采用臥式結構，液氫儲罐(1)的內容器采用316系列液氫專用不銹鋼材質，外容器采用304系列不銹鋼，所述內容器和外容器均經鏡面拋光處理，還設置多層變密度絕熱材料。

6.如權利要求4所述的一種機車用液氫儲存裝置，其特征在于，所述液氫一級換熱器(4)采用空溫式結構，利用環(huán)境溫度加熱氣化液氫；所述液氫二級換熱器(6)采用繞管式結構或板翅式結構，利用氫燃料電池/內燃機的排氣廢熱加熱氫氣。

7.一種機車用液氫儲存裝置供氫方法，基于權利要求1~6任意一項所述的一種機車用液氫儲存裝置實現，其特征在于，包括：

8.如權利要求7所述的一種機車用液氫儲存裝置供氫方法，其特征在于，所述液氫儲罐(1)設計壓力為1.6-2.0mpa，采用過冷液氫儲存，減少液氫儲存系統(tǒng)安全閥起跳頻率，降低液氫損耗。

技術總結
本發(fā)明公開了一種機車用液氫儲存裝置及供氫方法，裝置包括液氫儲罐、液氫一級換熱器和液氫二級換熱器；所述液氫儲罐的液相和氣相分別連接液氫儲罐排液控制閥和液氫儲罐BOG回收控制閥后合并，依次串聯連接所述液氫一級換熱器和液氫二級換熱器，所述液氫一級換熱器和液氫二級換熱器連接線路之間還設置有二級換熱器進口切斷閥。本方案設置兩級液氫換熱器，分別利用環(huán)境熱量及余熱氣化液氫并維持氫氣溫度，利用泵增加氫氣壓力，提高氫氣的體積能量密度。為內燃機車設置排氣脫硝裝置，確保氫內燃機車的安全性、經濟性及環(huán)保特性。

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