液氫冷卻電機循環系統的制作方法

本發明涉及電磁，特別涉及一種液氫冷卻電機循環系統。

背景技術：

1、電機在運行過程中產生的熱量若未得到適當管理可能對設備性能和壽命產生不良影響，當前電機冷卻技術主要使用風冷、油冷、水冷方式，液氫冷卻電機是全新的技術，且氫能源的使用是綠色環保的，目前這方面的報道較少。如公開號為cn112259318a的中國發明專利申請公開了一種利用液氫的高溫超導電機轉子低溫冷卻系統，該系統中，液氫儲罐內儲存有液氫形成底部的液體段和頂部的氣體段，液體段的液氫在重力作用下通過液氫輸送管連通傳輸到高溫超導電機轉子的外壁容腔內的液氫氣化腔中進行換熱從而實現降溫，液氫氣化后形成的氫氣通過氫氣輸送管路傳輸回液氫儲罐的氣體段維持液氫儲罐內的壓力，從而形成一個閉合的循環。該系統使用液氫作為低溫冷卻介質，能夠有效維持液氫氣化腔內的溫度，滿足超導磁體的工作溫度要求，而且無需額外使用循環泵，提高系統可靠性。然而，采用液氫冷卻電機時，吸熱氣化產生的氫氣在電機發熱區會混合空氣雜質，形成的混合氣體后續若直接制冷液化，則會導致后續冷卻效果不佳，以及循環多次后純度顯著降低造成系統風險等。

2、另一方面，傳統的冷卻系統往往存在諸多局限性，如響應慢、精度低等問題。隨著電子集成技術的不斷進步，可編程邏輯控制器(plc)技術已經在許多工業應用中得到廣泛應用，其中就包括電氣設備的溫度管理。相比于傳統的溫度控制方法，基于plc的溫度控制系統不僅響應速度快、精度高，而且更為穩定可靠。結合現代傳感器技術和先進的軟件架構，plc能夠為電氣設備提供精確、穩定的冷卻控制，從而確保設備的高效穩定運行。

技術實現思路

1、本發明的目的是：針對上述背景技術中存在的不足，提供一種實現氫氣循環利用、利用液氫深冷特性實現對電機高效冷卻的系統，同時對氫氣進行提純保證系統長時間循環的效果以及可靠性，以及具有精確、穩定的冷卻控制。

2、為了達到上述目的，本發明提供了一種液氫冷卻電機循環系統，包括冷卻模塊、提純模塊以及制冷模塊；

3、所述冷卻模塊包括液氫儲罐、冷卻管以及控制開關，所述液氫儲罐用于儲存液氫，所述冷卻管連通所述液氫儲罐，所述冷卻管穿設于電機的主要發熱區，包括電機入口以及電機出口，所述控制開關用于控制液氫從所述冷卻管進入電機主要發熱區的流量；

4、所述提純模塊包括依次設置的氫氣回收增壓單元、壓縮氣體預處理單元、純化單元以及供氣單元；所述氫氣回收增壓單元將所述電機出口的混合氣體進行回收增壓；所述壓縮氣體預處理單元對混合氣體進行降溫以及過濾；所述純化單元對凈化的混合氣體進行分離提純；所述供氣單元對提純后的氫氣進行收集并補充穩壓；

5、所述制冷模塊將提純后的氫氣重新制冷液化為液氫，再輸送至冷卻模塊的液氫儲罐中儲存。

6、進一步地，所述氫氣回收增壓單元包括回收罐、流量計、純度分析儀以及壓縮機，所述回收罐用于回收電機出口處的氣體，所述流量計和純度分析儀分別用于測定混合氣體的流量和純度，所述壓縮機用于對混合氣體升壓后輸送。

7、進一步地，所述壓縮氣體預處理單元包括散熱器、油水分離器、冷凝器以及精密過濾器，所述散熱器用于對增壓后的混合氣體散熱，所述油水分離器用于將混合氣體中夾雜的油霧、水氣進行初步分離，所述冷凝器用于對混合氣體降溫冷凝除水，所述精密過濾器用于對混合氣體過濾。

8、進一步地，所述純化單元通過膜分離器對混合氣體進行氫氣的分離，經過所述純化單元提純后，尾氣直接排放，提純后的氫氣經過純度分析儀檢測合格后，進入所述供氣單元。

9、進一步地，純化單元的末端設置兩路氣路并通過電磁閥控制，提純后的氫氣經純度檢測合格后由電磁閥控制其中一路導入所述供氣單元；檢測不合格時，通過電磁閥切換至另一路，返回到所述氫氣回收增壓單元的回收罐內，重新進行提純。

10、進一步地，所述供氣單元包括集氣罐以及補氣罐，所述供氣罐用于對提純并檢測合格后的氫氣進行收集并導入所述制冷模塊，所述補氣罐用于向所述集氣罐內補充氫氣。

11、進一步地，所述液氫冷卻電機循環系統還包括控制模塊，所述控制模塊包括設置在電機出口處的溫度傳感器以及plc控制器，所述溫度傳感器用于監控溫度，所述plc控制器根據溫度輸出結果，控制冷卻模塊對液氫輸出進行調節。

12、當沒有外界因素影響時，電機在額定功率下運行，產生熱量恒定，電機在一個穩定的狀態下工作，液氫冷卻后從電機出口輸出的氫氣溫度也是恒定的；當輸出氫氣溫度出現變化時，證明電機自身溫度出現波動，求出氫氣帶走電機能量的變化量；如果帶走能量更多，則證明電機溫度更高，產生更多的能量，調節電機入口處釋放液氫的流量變大；反之釋放液氫的流量變小；當改變電機運行功率時，電機產生熱量發生變化，通過控制模塊自動調節，保持電機處于一個合理的溫度上正常運行。

13、本發明的上述方案有如下的有益效果：

14、本發明提供的液氫冷卻電機循環系統，通過冷卻模塊、提純模塊以及制冷模塊的設置，實現了氫氣對電機的冷卻以及循環利用，利用了液氫深冷的特性，達到對電機的高效率冷卻效果，相比于現有技術通過提純模塊保證了液氫冷卻電機時，吸熱氣化產生的氫氣在電機發熱區混合空氣雜質形成的混合氣體能夠提純，避免后續系統內氫氣的純度降低導致冷卻效果不佳，以及循環多次后純度顯著降低造成系統風險等，保證系統長時間循環的效果以及可靠性，同時通過控制模塊提供了更加精確、穩定的冷卻控制；

15、本發明的其它有益效果將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

技術特征：

1.一種液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，包括冷卻模塊、提純模塊以及制冷模塊；

2.根據權利要求1所述的液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，所述氫氣回收增壓單元包括回收罐、流量計、純度分析儀以及壓縮機，所述回收罐用于回收電機出口處的氣體，所述流量計和純度分析儀分別用于測定混合氣體的流量和純度，所述壓縮機用于對混合氣體升壓后輸送。

3.根據權利要求2所述的液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，所述壓縮氣體預處理單元包括散熱器、油水分離器、冷凝器以及精密過濾器，所述散熱器用于對增壓后的混合氣體散熱，所述油水分離器用于將混合氣體中夾雜的油霧、水氣進行初步分離，所述冷凝器用于對混合氣體降溫冷凝除水，所述精密過濾器用于對混合氣體過濾。

4.根據權利要求3所述的液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，所述純化單元通過膜分離器對混合氣體進行氫氣的分離，經過所述純化單元提純后，尾氣直接排放，提純后的氫氣經過純度分析儀檢測合格后，進入所述供氣單元。

5.根據權利要求4所述的液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，純化單元的末端設置兩路氣路并通過電磁閥控制，提純后的氫氣經純度檢測合格后由電磁閥控制其中一路導入所述供氣單元；檢測不合格時，通過電磁閥切換至另一路，返回到所述氫氣回收增壓單元的回收罐內，重新進行提純。

6.根據權利要求1所述的液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，所述供氣單元包括集氣罐以及補氣罐，所述供氣罐用于對提純并檢測合格后的氫氣進行收集并導入所述制冷模塊，所述補氣罐用于向所述集氣罐內補充氫氣。

7.根據權利要求1所述的液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，所述液氫冷卻電機循環系統還包括控制模塊，所述控制模塊包括設置在電機出口處的溫度傳感器以及plc控制器，所述溫度傳感器用于監控溫度，所述plc控制器根據溫度輸出結果，控制冷卻模塊對液氫輸出進行調節。

8.根據權利要求7所述的液氫冷卻電機循環系統，其特征在于，當沒有外界因素影響時，電機在額定功率下運行，產生熱量恒定，電機在一個穩定的狀態下工作，液氫冷卻后從電機出口輸出的氫氣溫度也是恒定的；當輸出氫氣溫度出現變化時，證明電機自身溫度出現波動，求出氫氣帶走電機能量的變化量；如果帶走能量更多，則證明電機溫度更高，產生更多的能量，調節電機入口處釋放液氫的流量變大；反之釋放液氫的流量變小；當改變電機運行功率時，電機產生熱量發生變化，通過控制模塊自動調節，保持電機處于一個合理的溫度上正常運行。

技術總結
本發明提供了一種液氫冷卻電機循環系統，包括冷卻模塊、提純模塊以及制冷模塊，同時還設置有控制模塊，通過冷卻模塊、提純模塊以及制冷模塊的設置，實現了氫氣對電機的冷卻以及循環利用，利用了液氫深冷的特性，達到對電機的高效率冷卻效果，相比于現有技術通過提純模塊保證了液氫冷卻電機時，吸熱氣化產生的氫氣在電機發熱區混合空氣雜質形成的混合氣體能夠提純，避免后續系統內氫氣的純度降低導致冷卻效果不佳，以及循環多次后純度顯著降低造成系統風險等，保證系統長時間循環的效果以及可靠性，同時通過控制模塊提供了更加精確、穩定的冷卻控制。

技術研發人員：毛承清,陳琪妍,鄧彬,蔣煜東
受保護的技術使用者：湖南國磁動力科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21