氢能源与燃料电池汽车高压输氢系统-节能与新能源汽车网

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1、第2期（总第39期）No．2(SerialNo．39)2010年3月FluidPowerTransmissionandControlMar．2010氢能源与燃料电池汽车高压输氢系统*訚耀保（同济大学机械工程学院上海200092）摘要：介绍了航天氢能源和燃料电池汽车超高压气动控制技术的应用情况，介绍了燃料电池汽车用铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶和输氢系统的有关技术。分析结果可作为自备能源装置的装备开发的参考。关键词：航天；氢能源；燃料电池汽车;高压输氢系统;碳纤维缠绕气瓶中图分类号：TH137．3文献标识码

2、：A文章编号：1672－8904（2010）02－0001－004燃料无毒无污染。结构上采用不共轴双涡轮气动串前言联结构，喷管采用螺旋管束式氢排放冷却、面积比为英国人W.Grove在1839年首先提出利用氢和80∶1的大喷管，有效地提高了发动机的性能和工作氧反应进行发电的原理，形成了现在的氢氧燃料电可靠性。氢能源气动机伺服机构则以氢气气动机作[1]池。20世纪以来，航天发动机采用液氢和液氧组成为能源，氢气从发动机燃烧室头部经限流管流出，通[2]的小型燃料电池，为空间飞行提供动力能源。近年过单向阀门吹

3、动气动叶片，从而驱动液压泵和双向来，环境保护、地球温暖化和能源短缺已成为世界各摇摆伺服机构来实现三级飞行姿态控制。该伺服机国共同努力的重要研究课题。特别是随着世界石油构以低温氢气作为介质，采用了功率质量比高的低资源的不断枯竭，各国科学家竞相研究以氢为原料温氢气气动机等技术。此外，防空导弹的驾驶仪舵面[4]的燃料电池作为替代石油的新能源汽车，汽车制造常采用燃气舵机。如前苏联S-300导弹最初采用商纷纷借鉴航天缠绕发动机技术研制碳纤维缠绕铝燃气舵机；美国麻雀系列导弹则采用固体燃气发生合金内胆复合气瓶用于

4、储存气态氢燃料，同时开发器驱动气液蓄压器式导引头能源和氮气驱动气液蓄[1]-[5]超高压气动输氢系统。压器式驾驶仪；英国海标枪舰空导弹采用燃气马达本文介绍航天氢能源技术，分析自备能源装置驱动式液压舵机；意大利阿斯派德三军通用防空导[4]的高压气瓶发展动态和燃料电池汽车高压输氢系弹采用燃气涡轮泵电液能源驱动驾驶仪。某飞行统，为我国燃料电池汽车开发提供参考。器冷气舵机的氮气储气瓶压力65MPa以上，采取压力10MPa和2.5MPa多级减压控制方案，进行气1航天氢能源技术及其应用体增压和超高压控制从而解决

5、气体储存和运输问1.1氢能源技术在航天器上的应用题。日本正在研究利用液氢和生物燃料等作为动力250年前人类发现氢以来，氢及氢能源已经在的客运飞机。[1]-[2]工业中获得了广泛的应用。20世纪以后，随着人航天科学家正在研究近空间与深空探测的极端类航天事业的发展，氢能已经成功地为人类航天所环境下储氢容器、控制器件及其推进器技术，包括极用，利用液氢发射火箭、航天飞机去探索太空的奥端环境下的特种气动控制阀、储氢材料、气体充填与秘。我国自行研制的长征系列火箭CZ-3A采用大推释放规律及动力推进器等。力氢氧发

6、动机、冷氦加温增压技术、低温氢气能源双1.2自备能源装置用高压气瓶摆伺服机构技术，利用氢能源的重大关健技术已经飞行器和移动装备大多要求动力装置自备能与世界先进技术水平相当。其中，大推力氢氧发动机[6],[7]源，为此高压气瓶成为首选对象，但储罐重量大使用液氢液氧作为推进器燃料，氢氧发动机比冲高，无法满足自备能源装置的高功率重量比的要求。1946年美国利用纤维缠绕成型技术首先制造了纤*基金项目：国家"863"高科技计划资助项目(2007AA05Z119)，航空维缠绕压力容器。1960年代美国在北极星、

7、土星等科学基金资助项目(20090738003)，国家自然科学基金资助项目航天大型固体火箭发动机壳体上使用了纤维缠绕技(50775161)。收稿日期：2009-12-31术，实现了轻质高强结构。美国空军1970年研究作者简介：訚耀保，男（1965-），教授，博士生导师，工学博士。主要研PBO芳纶纤维。Bruswick公司采用PBO纤维缠绕内究方向，为极限环境下的流体传动与控制基础理论；飞行器能源与舵径为250mm的球形容器，压力达91MPa。美国机；高速气动控制。22010年第2期1975年开始了轻

8、质复合材料气瓶研制，采用S-玻采用气瓶输出气源带动气动叶片驱动液压泵或者电纤/环氧、Kevlar/环氧缠绕复合材料气瓶。随着碳纤机泵产生液压能源。飞行器极端环境下气体的储存维性能提高及成本大幅度下降，碳纤维与低成本铝和排放、燃气驱动、气瓶系统可靠性等至关重要。内衬制造技术相结合，费用低、质量轻、性能高、可靠随着宇航及国防军工的发展，一般工业用响应性好的高压容器的生产变为现实。1970年以来，飞缓慢的气动控制发展成为气动伺服控制，具有一定机、火箭、卫星、飞船等飞行器极端