CN105887120B - 用于电解制氢防混合的装置、电解制氢设备、新能源汽车 - Google Patents

用于电解制氢防混合的装置、电解制氢设备、新能源汽车 Download PDF

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Abstract

用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：包括壳体(LXQ)、螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2）。电解制氢设备，具有前述的用于电解制氢防混合的装置。新能源汽车，具有前述的用于电解制氢防混合的装置。本发明成本低廉、应用灵活、使用寿命长、不易损坏、稳定可靠、可用于电解制氢防止电解气体通过液体通道混合。

Description

用于电解制氢防混合的装置、电解制氢设备、新能源汽车
技术领域
本发明属于电学领域，具体涉及用于电解制氢防混合的装置、电解制氢系统。
背景技术
氢气可用于燃料电池作为汽车动力来源，现有的电解制氢设备不适应于移动设施，因为其在震动时容易因为液体流动管道成为气体通道而导致电解装置的用于电解的电极两端电解出的氢气和氧气混合，这是及其危险的；如果有一种装置既能满足于液体流通，且在装置颠簸时液体流动管道不会变成气体通道的装置，则有利于氢动力汽车的研发，运用。
发明内容
为解决技术背景中叙述的问题，本发明提出了用于电解制氢防混合的装置、电解制氢系统，本发明提出装置的设计使得电解氢装置可以安装在震动频繁的汽车上。
本发明具有如下技术内容。
1、用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：包括壳体(LXQ)、螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2）；
螺旋管腔（LXG）为螺旋状，螺旋管腔（LXG）具有第一端和第二端；
第一管腔（ZG1）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第一管腔（ZG1）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第一管腔（ZG1）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第一管腔（ZG1）具有连接端和开口端（JK1）；第一管腔（ZG1）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第一端相通；第一管腔（ZG1）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第一管腔（ZG1）的开口端（JK1）超出螺旋管腔（LXG）的第二端；
第二管腔（ZG2）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第二管腔（ZG2）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第二管腔（ZG2）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第二管腔（ZG2）具有连接端和开口端（JK2）；第二管腔（ZG2）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第二端相通；第二管腔（ZG2）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第二管腔（ZG2）的开口端（JK2）超出螺旋管腔（LXG）的第一端。
2、如技术内容1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：壳体(LXQ)与"螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2）三者共同构成的空腔的形状一致",也就是说用于电解制氢防混合的装置为管道状。
3、如技术内容1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：为一体成型。
4、如技术内容1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：由多个元件构成。
5、如技术内容1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：为金属材质。
6、如技术内容1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：为塑料材质。
7、如技术内容1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：为陶瓷材质。
8、如技术内容1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：螺旋管腔（LXG）具有致密的氧化层。
9、电解制氢设备，其特征在于：具有技术内容1-8所述的用于电解制氢防混合的装置。
10、新能源汽车，其特征在于：具有技术内容1-8所述的用于电解制氢防混合的装置。
技术内容说明及其有益效果。
本发明成本低廉、应用灵活、使用寿命长、不易损坏、稳定可靠、可用于电解制氢防止电解气体通过液体通道混合。
附图说明
图1为实施实例1的制氢发电模块的示意图。
图2为实施实例1的储电模块的示意图。
图3为实施实例1的发电控制模块的示意图。
图4为实施实例1的充能模块的示意图。
图5为实施实例1的用于电解制氢防混合的装置的示意图，其中a为纵切图，b为a中剖面N1-N1的剖切图。
具体实施实例
下面将结合实施实例对本发明进行说明。
实施实例1、如图1-5所示一种能量储存装置，其特征在于：包括制氢发电模块、储电模块、发电控制模块、充能模块；
如图1所示，制氢发电模块，其特征在于：包括防混合装置（LXQ）、第一容器（L1）、第二容器（L2）、充水口、充水阀（F3）、第一电极（DJ1）、第二电极（DJ2）、第一管道（GD1）、第二管道（GD2）、第一气泵（B1）、第二气泵（B2）、第一单向阀（DF1）、第二单向阀（DF2）、第一气罐（Q1）、第二气罐（Q2）、第一入口气阀（F1）、第二入口气阀（F2）、第一稳压阀（W1）、第二稳压阀（W2）、氢燃料电池（BAT1）、第三管道（GD3）、第四管道（GD4）、循环阀（F4）、除气容器（YLG）；
制氢发电模块的防混合装置包括壳体(LXQ)、螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2）；螺旋管腔（LXG）为螺旋状，螺旋管腔（LXG）具有第一端和第二端；第一管腔（ZG1）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第一管腔（ZG1）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第一管腔（ZG1）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第一管腔（ZG1）具有连接端和开口端（JK1）；第一管腔（ZG1）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第一端相通；第一管腔（ZG1）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第一管腔（ZG1）的开口端（JK1）超出螺旋管腔（LXG）的第二端；第二管腔（ZG2）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第二管腔（ZG2）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第二管腔（ZG2）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第二管腔（ZG2）具有连接端和开口端（JK2）；第二管腔（ZG2）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第二端相通；第二管腔（ZG2）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第二管腔（ZG2）的开口端（JK2）超出螺旋管腔（LXG）的第一端。
制氢发电模块中：第一容器（L1）的底部与防混合装置（LXQ）的一端相通，第二容器（L2）的的底部与防混合装置（LXQ）的另一端相通；也就是说第一容器（L1）的的底部、第二容器（L2）的的底部通过防混合装置（LXQ）相通；
制氢发电模块中：第一电极（DJ1）装置在第一容器（L1）的容腔内，第一电极（DJ1）的最下端的水平位置高于第一容器（L1）与防混合装置（LXQ）相通接口的水平位置；
制氢发电模块中：第二电极（DJ2）装置在第二容器（L2）的容腔内，第二电极（DJ2）的最下端的水平位置高于第二容器（L2）与防混合装置（LXQ）相通接口的水平位置；当第一容器（L1）、第二容器（L2）电解时气压差太大时会由于液体脱离电极而终止电解反应；
制氢发电模块中：第一容器（L1）的顶部通过第一管道（GD1）经由第一气泵（B1）、第一单向阀（DF1）与第一气罐（Q1）相通，第一气泵（B1）将第一容器（L1）内的气体驱动到第一气罐（Q1）内，第一单向阀（DF1）允许第一容器（L1）内的气体流动到第一气罐（Q1），第一单向阀（DF1）不允许第一气罐（Q1）流动到第一容器（L1）内；
制氢发电模块中：第二容器（L2）的顶部通过第二管道（GD2）经由第二气泵（B2）、第二单向阀（DF2）与第二气罐（Q2）相通，第二气泵（B2）将第二容器（L2）内的气体驱动到第二气罐（Q2）内，第二单向阀（DF2）允许第二容器（L2）内的气体流动到第二气罐（Q2），第二单向阀（DF2）不允许第二气罐（Q2）流动到第二容器（L2）内；
制氢发电模块中：第一气罐（Q1）与氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道相连, 第一气罐（Q1）与氢燃料电池（BAT1）的联通路径上具有第一稳压阀（W1），第一稳压阀（W1）允许流体从第一气罐（Q1）流向氢燃料电池（BAT1），第一稳压阀（W1）不允许流体从氢燃料电池（BAT1）流向第一气罐（Q1），第一稳压阀（W1）能够控制第一气罐（Q1）所连接的氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道的气压；
制氢发电模块中：第二气罐（Q2）与氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道相连, 第二气罐（Q2）与氢燃料电池（BAT1）的联通路径上具有第二稳压阀（W2），第二稳压阀（W2）允许流体从第二气罐（Q2）流向氢燃料电池（BAT1），第二稳压阀（W2）不允许流体从氢燃料电池（BAT1）流向第二气罐（Q2），第二稳压阀（W2）能够控制第二气罐（Q2）所连接的氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道的气压；
制氢发电模块中：第三管道（GD3）的上端与氢燃料电池（BAT1）的排水口相通，第三管道（GD3）的下端与除气容器（YLG）的容腔相通；第四管道（GD4）的上端与除气容器（YLG）的容腔相通，第四管道（GD4）的下端经由循环阀（F4）与第一容器（L1）相通，使得氢燃料电池（BAT1）的产物水可以重新流入第一容器（L1）、第二容器（L2）构成的电解容腔中，循环使用；第三管道（GD3）的下端开口的水平位置低于第四管道（GD4）的上端开口的水平位置，可以防止气体进入第一容器（L1）、第二容器（L2）构成的电解容腔中；
制氢发电模块中：还具有超声波发生器（C1），超声波发生器（C1）位于除气容器（YLG）内部；还具有排气口，除气容器（YLG）通过第五管道（GD5）与排气孔相通，第五管道（GD5）的流体路径中还具有第五泵（B5）、排气阀（F5）；通过控制除气容器（YLG）除气操作时在超声波发生器（C1）的同时开放排气阀（F5）并打开第五泵（B5）降低除气容器（YLG）的气压，使使得氢燃料电池（BAT1）的产物水中溶解的气体脱出，超声波发生器（C1）脱气的同时降低除气容器（YLG）的气压的设计使得脱气硬件成本很低且效果很好;
制氢发电模块中：氢燃料电池（BAT1）具有电源输出点（VCC1）、电源地点（GND1）；
如图2所示，储电模块，其特征在于：包含多个蓄电模块、控制模块、隔离二极管（D99）、第二电源点（VCC2）、电源输入点（VCC1）、电源输出点（OUT）、公共地点；
储电模块的蓄电模块包含输入节点（IN1）、输出节点（IN2）、保险丝（LF）、第二电阻（R2）、第一电阻（R1）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三电阻（R3）、可充电池（BAT）、电源地点（GND1）、单片机（PIC12F510）、第一节点（S1）、第二节点（S2）、第三节点（S3）、光耦（OC1）；
储电模块的蓄电模块中：第一二极管（D1）的正极与输入节点（IN1）相连，第一二极管（D1）的负极经由保险丝连接到可充电池（BAT）的正极；
储电模块的蓄电模块中：第二二极管（D2）的负极和输出节点（IN2）相连，第二二极管（D2）的正极与第一二极管（D1）的负极相连；
储电模块的蓄电模块中：第三电阻（R3）的一端和第三节点（S3），第三电阻（R3）的另一端与第一节点（S1）相连；
储电模块的蓄电模块中：第三节点（S3）与可充电池（BAT）的正极相连；
储电模块的蓄电模块中：光耦（OC1）的发射端的正极与第一二极管（D1）的负极相连，光耦（OC1）的发射端的负极经由第二电阻（R2）连接到第二节点（S2），光耦（OC1）的接收端的正极与单片机（PIC12F510）的IO脚（GP5）相连，光耦（OC1）的接收端的负极与单片机（PIC12F510）的一个IO脚相连；
储电模块的蓄电模块中：第二节点（S2）与单片机（PIC12F510）的一个IO脚相连；
储电模块的蓄电模块中：单片机（PIC12F510）的电源脚与可充电池（BAT）的正极相连，单片机（PIC12F510）的接地脚与电源地点（GND1）相连；
储电模块的单片机（PIC12F510）的一个的IO脚与第二节点（S2）相连，单片机（PIC12F510）的一个的IO脚与第一节点（S1）相连；
储电模块的蓄电模块中：第一电阻（1）、第二电阻（2）、第三电阻(3)三者的阻值相近；
储电模块的蓄电模块中：电源地点（GND1）与可充电池（BAT）的负极相连；
储电模块的电源输入点（VCC1）与隔离二极管（D99）的正极相连，电源输出点（OUT）与隔离二极管（D99）的负极相连；
储电模块的第二电源点（VCC2）与隔离二极管（D99）的负极相连；
储电模块的控制模块与各个蓄电模块之间能够进行通讯，控制模块能够指挥各个蓄电模块进行自检操作检测光耦和保险丝的状态，控制模块的电源接入点与第二电源点（VCC2）相连，控制模块依靠第二电源点（VCC2）与公共地点之间的电势差驱动运行；
储电模块的电源输入点（VCC1）与制氢发电模块的氢燃料电池（BAT1）的电源输出点（VCC1）相连，储电模块的电源地点（GND1）与制氢发电模块的氢燃料电池（BAT1）的电源地点（GND1）相连。
储电模块的蓄电模块的单片机（PIC12F510）中具有检测程序，其步骤包含：
（1）将单片机（PIC12F510）与第一节点（S1）相连的IO脚设置为高阻态；将单片机（PIC12F510）与第二节点（S2）相连的IO脚设置为高阻态；将与光耦（OC1）的接收端的负极相连的单片机（PIC12F510）的IO脚（GP2）设置为输出模式并输出低电位；将与光耦（OC1）的接收端的正极相连的单片机（PIC12F510）的IO脚（GP5）设置为输出模式并设置为输出高电位；
（2）读取将与光耦（OC1）的接收端的正极相连的单片机（PIC12F510）的IO脚（GP5）的电位；如果读取的电位的值为高电位，说明光耦正常进入下一步骤；如果读取的电位的值为低电位，则说明光耦异常或者保险丝断裂，程序返回代表‘测试失败’的值并结束检测程序；
（3）将单片机（PIC12F510）与第二节点（S2）相连的IO脚设置为输出模式并输出低电位；
（4）读取将与光耦（OC1）的接收端的正极相连的单片机（PIC12F510）的IO脚（GP5）的电位；如果读取的电位的值为低电位，则说明光耦正常，程序进入下一步骤；如果读取的电位的值为高电位，则说明光耦异常，程序返回代表‘测试失败’的值并结束检测程序；
（5）将单片机（PIC12F510）与第一节点（S1）相连的IO脚设置为采样模式，并对第一节点（S1）的电压进行采样；如果第一节点（S1）的电压值接近单片机（PIC12F510）的低电位值则说明第三电阻（R3）开路或第一电阻（R1）短路，程序返回代表‘测试失败的消息’的值并结束检测程序；如果第一节点（S1）的电压值接近单片机（PIC12F510）的高电位值则说明第三电阻（R3）短路，程序返回代表‘测试失败的消息’的值并结束检测程序；如果第一节点（S1）的电压值接近单片机（PIC12F510）的高电位值的一半则说明第三电阻（R3）正常，程序进入下一步骤；
（6）将单片机（PIC12F510）与第一节点（S1）相连的IO脚设置为输出模式并输出低电位，将单片机（PIC12F510）与第二节点（S2）相连的IO脚设置为高阻态；
（7）读取与光耦（OC1）的接收端的正极相连的单片机（PIC12F510）的IO脚（GP5）的电位；如果读取的电位的值为低电位，则说明光耦（OC1）、第二电阻（R2）、第一电阻（R1）正常，程序进入下一步骤;如果读取的电位的值为高电位，则说明光耦（OC1）或第二电阻（R2）或第一电阻（R1）异常，程序返回代表‘测试失败’的值并结束检测程序；
（8）将与光耦（OC1）的接收端的正极相连的单片机（PIC12F510）的IO脚（GP5）设置为高阻态，减少功率损失；将与光耦（OC1）的接收端的负极相连的单片机（PIC12F510）的IO脚（GP2）设置为高阻态，减少功率损失；将单片机（PIC12F510）与第二节点（S2）相连的IO脚（GP1）设置为高阻态，减少功率损失；将单片机（PIC12F510）与第一节点（S1）相连的IO脚（GP0）设置为高阻态，减少功率损失；
（9）程序返回代表‘测试正常，保险丝未断路’的值并结束检测程序。
如图3所示，发电控制模块的特征在于：包括单片机（PIC12F510）、第一采样电阻（RT1）、第二采样电阻（RT2）；第一采样电阻（RT1）、第二采样电阻（RT2）串联在储电模块的电源输入点（VCC1）与储电模块的电源地点（GND1）之间；第一采样电阻（RT1）、第二采样电阻（RT2）串联其公共点与单片机（PIC12F510）的一个能够进行AD转换的IO脚相连；单片机（PIC12F510）的电源脚与储电模块的电源输入点（VCC1）相连，单片机（PIC12F510）的接地脚与储电模块的电源地点（GND1）相连；单片机（PIC12F510）的一个IO脚控制第一入口气阀（F1），单片机（PIC12F510）的一个IO脚控制第二入口气阀（F2），单片机（PIC12F510）的一个IO脚控制第一稳压阀（W1），单片机（PIC12F510）的一个IO脚控制第二稳压阀（W2）。单片机（PIC12F510）通过第一采样电阻（RT1）、第二采样电阻（RT2）监控氢燃料电池（BAT1）发电状况、通过控制第一稳压阀（W1）、第二稳压阀（W2）控制氢燃料电池（BAT1）的发电量构成控制环链，使得氢燃料电池（BAT1）的发电稳定可控。
如图4所示，充能模块的特征在于：包括单片机（PIC12F510）、第一继电器（K1）、第二继电器（K2）、第三继电器（K3）；充能模块的单片机（PIC12F510）通过控制充能模块的第一继电器（K1）控制制氢发电模块的第一电极（DJ1）、第二电极（DJ2）；充能模块的单片机（PIC12F510）通过控制充能模块的第二继电器（K2）控制制氢发电模块的第一气泵（B1）、第二气泵（B2）；单片机（PIC12F510）的一个IO脚控制制氢发电模块的的循环阀（F4）；单片机（PIC12F510）的一个IO脚控制制氢发电模块的充水阀（F3）；充能模块的单片机（PIC12F510）通过控制充能模块的第一继电器（K1）控制制氢发电模块的排气泵（B5）; 单片机（PIC12F510）的一个IO脚控制制氢发电模块的 超声波发生器（C1）。
充能时通过第一电极（DJ1）、第二电极（DJ2）将水电解为氢气和氧气两种气体，电解产物氢气、氧气通过第一气泵（B1）、第二气泵（B2）压缩储存到第一气罐（Q1）、第二气罐（Q2）内，完成充能。
释放能量时时第一气罐（Q1）、第二气罐（Q2）内的氢气、氧气两种气体氢燃料电池（BAT1）发生化合反应释放电能，并产生稳定产物水。
利用电解反应2H2O=2H2+O2储能，利用化合反应2H2+O2=2H2O释放能量，二者的物质关系相互逆反，可多次循环。
由于具有排出溶解气体的过程，本实施实例的水物质总量在循环过程中微量减少，使用一定次数后需要补充用于作为充放能量介质的水。
实施实例2、将实施实例1的一种能量储存装置用于汽车储能。
实施实例3、为实施实例1的一种能量储存装置用于汽车储能增加电压稳压器，以及电流检测电路、保险丝。
本说明不详处为现有技术或者公知常识，故不赘述。

Claims (9)

1.用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：包括壳体(LXQ)、螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2）；
螺旋管腔（LXG）为螺旋状，螺旋管腔（LXG）具有第一端和第二端；
第一管腔（ZG1）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第一管腔（ZG1）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第一管腔（ZG1）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第一管腔（ZG1）具有连接端和开口端（JK1）；第一管腔（ZG1）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第一端相通；第一管腔（ZG1）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第一管腔（ZG1）的开口端（JK1）超出螺旋管腔（LXG）的第二端；
第二管腔（ZG2）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第二管腔（ZG2）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第二管腔（ZG2）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第二管腔（ZG2）具有连接端和开口端（JK2）；第二管腔（ZG2）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第二端相通；第二管腔（ZG2）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第二管腔（ZG2）的开口端（JK2）超出螺旋管腔（LXG）的第一端。
2.如权利要求1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：壳体(LXQ)与"螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2）三者共同构成的空腔的形状一致",也就是说用于电解制氢防混合的装置为管道状。
3.如权利要求1所述的用于电解制氢防混合的装置，其特征在于：螺旋管腔（LXG）具有致密的氧化层。
4.电解制氢设备，其特征在于：具有权利要求1所述的用于电解制氢防混合的装置。
5.电解制氢设备，其特征在于：具有权利要求2所述的用于电解制氢防混合的装置。
6.电解制氢设备，其特征在于：具有权利要求3所述的用于电解制氢防混合的装置。
7.新能源汽车，其特征在于：具有权利要求1所述的用于电解制氢防混合的装置。
8.新能源汽车，其特征在于：具有权利要求2所述的用于电解制氢防混合的装置。
9.新能源汽车，其特征在于：具有权利要求3所述的用于电解制氢防混合的装置。
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