一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车的制作方法

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车。

背景技术：

随着高速铁路技术迅速发展，各种各样的高速列车概念不断出现，目前的高速列车主要包括轮轨与磁悬浮两种。轮轨高速列车是目前实际使用的主要高速列车类型，依靠轮轨间的摩擦力推动列车前进。磁悬浮列车采用非接触式磁悬浮，列车与导轨是不直接接触的；其中，超导磁悬浮列车是目前常用的一种磁悬浮列车，其结构包括：布置于导轨上的列车主体，以及位于列车主体底部的至少两对磁悬浮单元，所述磁悬浮单元包括低温容器、以及置于低温容器内且与低温容器相绝缘的超导线圈。超导磁悬浮列车通过安装于列车上的磁悬浮单元中处于超导温度的超导线圈通电后产生的强力磁场，与导轨进行磁交互而悬浮在导轨上。

目前超导磁悬浮列车中各磁悬浮单元的超导线圈处于超导温度是通过液氦冷却装置实现的，而超导磁悬浮列车中各磁悬浮单元的超导线圈的用电及列车主体中各配电模块用电均是由列车外部的供电系统提供的。上述超导磁悬浮列车存在的缺点是：（1）超导线圈的供冷与列车的供能是由两套独立的设备系统实现的，使用成本高；（2）当用以向列车供电的外部供电系统突然断电后，列车将无法制动，使用稳定性与安全性低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使用成本低且使用安全性高的基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车，包括：布置于导轨上的列车主体，以及位于列车主体底部的至少两对磁悬浮单元，所述磁悬浮单元包括用于容纳液氢的低温容器、以及浸没于低温容器内的液氢中且与低温容器相绝缘的超导线圈，还包括液氢供能供冷机构，液氢供能供冷机构能为列车主体供电、能使各磁悬浮单元中的超导线圈处于超导温度、并能为各磁悬浮单元中处于超导温度下的超导线圈通电，使通电后的超导线圈能与导轨进行磁交互而使列车主体悬浮在导轨上；所述液氢供能供冷机构的结构包括：液氢罐、加热器、由若干缓冲瓶组成的缓冲瓶组、燃料电池、dcdc转换器及储能电池，所述液氢罐的输出端通过液氢泵同时与各磁悬浮单元中低温容器的输入端相连接，所述各磁悬浮单元中低温容器的输出端同时与加热器的输入端相连接，加热器的输出端同时与缓冲瓶组中各缓冲瓶的输入端、以及燃料电池的输入端相连接，所述缓冲瓶组中各缓冲瓶的输出端也与燃料电池的输入端相连接，燃料电池的输出端与dcdc转换器的输入端电连接，dcdc转换器的输出端同时与储能电池的输入端、各磁悬浮单元中的超导线圈、以及列车主体的配电模块电连线，所述储能电池的输出端也与各磁悬浮单元中的超导线圈、以及列车主体的配电模块电连接。

进一步地，前述的一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车，其中：加热器的输出端通过第一连接管路与缓冲瓶组中各缓冲瓶的输入端相连接，在第一连接管路上设置有第一调节阀。

进一步地，前述的一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车，其中：加热器的输出端通过第二连接管路与燃料电池的输入端相连接，在第二连接管路上设置有第二调节阀及调压阀。

进一步地，前述的一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车，其中：缓冲瓶组中各缓冲瓶的输出端通过第三连接管路与减压阀阀前的第二连接管路相连接。

通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：（1）超导线圈的供冷与列车的供能是由一套设置在列车上的液氢供能供冷机构实现的，使用成本低；（2）由于能同时为超导线圈及列车主体供能的液氢供能供冷机构设置在列车主体上，能保证始终对列车进行有效制动，大大提高了使用安全性，并且由于列车无需外部供电系统供电，因此能满足远程运行和建造条件。

附图说明

图1是本发明所述的一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车的工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，所述的一种基于液氢供能供冷的超导磁悬浮列车，包括：布置于导轨上的列车主体1，以及位于列车主体1底部的至少两对磁悬浮单元2，所述磁悬浮单元2包括用于容纳液氢的低温容器21、以及浸没于低温容器21内的液氢中且与低温容器21相绝缘的超导线圈22，还包括液氢供能供冷机构，液氢供能供冷机构能为列车主体1供电、能使各磁悬浮单元2中的超导线圈22处于超导温度、并能为各磁悬浮单元2中处于超导温度下的超导线圈22通电，使通电后的超导线圈22能与导轨进行磁交互而使列车主体1悬浮在导轨上；所述液氢供能供冷机构的结构包括：液氢罐3、加热器4、由若干缓冲瓶51组成的缓冲瓶组5、燃料电池6、dcdc转换器7及储能电池8，所述液氢罐3的输出端通过第四连接管路9与液氢泵10的输入端相连接，液氢泵10的输出端通过第五连接管路11同时与各磁悬浮单元2中低温容器21的输入端相连接，所述各磁悬浮单元2中低温容器21的输出端分别通过第六连接管路12同时与加热器4的输入端相连接，加热器4的输出端通过第一连接管路13与缓冲瓶组5中各缓冲瓶51的输入端相连接，在第一连接管路13上设置有第一调节阀14，加热器4的输出端通过第二连接管路15与燃料电池6的输入端相连接，在第二连接管路15上设置有第二调节阀16及调压阀17，所述缓冲瓶组5中各缓冲瓶51的输出端通过第三连接管路18与减压阀17阀前的第二连接管路15相连接，使缓冲瓶组5中各缓冲瓶51的输出端能通过第三连接管路18及第二连接管路15与燃料电池6的输入端相连接，燃料电池6的输出端通过第七连接管路19与dcdc转换器7的输入端电连接，dcdc转换器7的输出端通过第八连接管路20与储能电池8的输入端电连接，dcdc转换器7的输出端通过第九连接管路26与各磁悬浮单元2中的超导线圈22电连接，dcdc转换器7的输出端通过第十连接管路27与列车主体1的配电模块23电连线，所述储能电池8的输出端通过第十一连接管路24与各磁悬浮单元2中的超导线圈22电连接，储能电池8的输出端通过第十二连接管路25与列车主体1的配电模块23电连接；

在列车开始启动前，液氢泵10不断将液氢罐3中的液氢抽出，并依次经第四连接管路9及第五连接管路11同时注入列车主体1上各磁悬浮单元2的低温容器21中，注入低温容器21的液氢会对低温容器21内的超导线圈22进行降温，将低温容器21内的超导线圈22降温并保持超导温度，从各磁悬浮单元2中的低温容器21流出的液氢经第六连接管路12进入加热器4中，经加热器4加热成（-40℃～0℃）的低温氢，然后打开第一调节阀14、第二调节阀16及减压阀17，从加热器4流出的（-40℃～0℃）的低温氢一方面通过第一连接管路13进入缓冲瓶组5的各缓冲瓶51内，再经第三连接管路18及第二连接管路15向燃料电池6供应氢气，从加热器4流出的（-40℃～0℃）的低温氢另一方面通过第二连接管路15直接向燃料电池6供应氢气，燃料电池6产生的电能通过dcdc转换器7转换成稳定电流后，一方面通过第十连接管路27输入列车主体1的配电模块23，为列车主体1的设备供电，另一方面通过第八连接管路20输入储能电池8中储存，储能电池8中的电能也能通过第十二连接管路25输入列车主体1的配电模块23，为列车主体1的设备供电；

在正常运行时，液氢泵10不断将液氢罐3中的液氢抽出，并依次经第四连接管路9及第五连接管路11同时注入列车主体1上各磁悬浮单元2的低温容器21中，注入低温容器21的液氢会对低温容器21内的超导线圈22进行降温，将低温容器21内的超导线圈22降温并保持超导温度，从各磁悬浮单元2中的低温容器21流出的液氢经第六连接管路12进入加热器4中，经加热器4加热成（-40℃～0℃）的低温氢，接着关闭第一调节阀14，保持打开第二调节阀16及减压阀17，此时从加热器4流出的（-40℃～0℃）的低温氢通过第二连接管路15直接向燃料电池6供应氢气，燃料电池6产生的电能通过dcdc转换器7转换成稳定电流后，一方面通过第九连接管路26为各磁悬浮单元2中处于超导温度下的超导线圈22通电，各超导线圈22通电后产生强力磁场，并与导轨进行磁交互而使列车主体1悬浮在导轨上，另一方面通过第十连接管路27输入列车主体1的配电模块23，为列车主体1的设备供电，再一方面通过第八连接管路20进入储能电池8中储存；

准备停止时，液氢泵10关小，同时逐渐降低加热器4的功率，并打开第一调节阀14，同时关闭第二调节阀16及减压阀17，此时从列车主体1上各磁悬浮单元2的低温容器21中抽出的低温氢或液氢会逐渐消耗并最终储存在缓冲瓶组5的各缓冲瓶51中，由于此时燃料电池6因减压阀17的关闭而无法继续为列车主体1的配电模块23及超导线圈22供电，所以在减压阀17关闭的同时启动储能电池8为列车主体1的配电模块23及超导线圈22供电，并逐渐降低储能电池8所供电能，直至列车最终停止。

本发明的优点是：（1）超导线圈的供冷与列车的供能是由一套设置在列车上的液氢供能供冷机构实现的，使用成本低；（2）由于能同时为超导线圈及列车主体供能的液氢供能供冷机构设置在列车主体上，能保证始终对列车进行有效制动，大大提高了使用安全性，并且由于列车无需外部供电系统供电，因此能满足远程运行和建造条件。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。