CN108749636B - 一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，所述氢气自制循环系统包括依次通过电连接的动力电池、纯水电解池设备、第二氢气/水分离器，还包括第一水收集箱、干燥器、稳压阀、储氢系统、调节阀、氢燃料反应堆、DC/DC转换器、电机控制器、电机，水箱；氢燃料反应堆连接有调压阀、空气进气系统、第二水收集箱，氢燃料反应堆产生的电通过DC/DC转换器将电压转换；第二水收集箱、第一水收集箱内设有水位传感器，连接有第一水泵、过滤器；所述水箱设有水位传感器，第二水泵。本发明提高了电力系统总能量，增加续航里程；采用纯水电离制氢节约大量的制氢能源，对未来的氢燃料电池新能源产业的飞跃带来更广的前景。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池客车技术领域，具体的涉及一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车。
背景技术
氢能在交通领域的应用研究日趋活跃，燃料电池汽车以氢为燃料,能量转化率高,燃料经济性好,而且燃料电池汽车行驶过程中没有任何污染物排放。氢作为交通能源载体,其来源广泛,多种化石能源、可再生能源、核能等都能转化为氢能,这对于实现能源多元化战略。降低污染。发展低能耗、低排放及低噪音的清洁燃料汽车。以燃料电池技术为代表的氢能的开发和利用已在全球各国取得巨大进展，并开始部分实现商业化。
在氢的制备技术方面，随着不可再生能源的日益短缺和可再生能源制氢技术的迅速发展，不难预见可再生能源制氢技术将在未来被广泛应用。有资料数据显示：1、各国的氢燃料汽车、客车研发进入商业化，需要大量的氢气来源和制氢原料；2、氢燃料汽车、客车在给全球带来无污染的交通工具的同时，还大量的投入资金建设加氢、储氢基础设施；3、各国也在寻找制氢再生能源。
因此，为了不再担心氢气不足，加氢不便，节约化工厂造氢成本，提高电力系统总能量，增加续航里程；采用纯水电离制氢节约大量的制氢能源，此发明技术对其研究是极其必要的。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，旨在解决了诸如担心氢气不足，加氢不便，节约化工厂造氢成本，提高电力系统总能量，增加续航里程；采用纯水电离制氢节约大量的制氢能源。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，所述氢气自制循环系统包括依次通过电连接的动力电池、纯水电解池设备、第二氢气/水分离器，还包括第一水收集箱、干燥器、稳压阀、储氢系统、调压阀、氢燃料反应堆、DC/DC转换器、电机控制器、电机，水箱；
所述的纯水电解池设备电连接有水位传感器，两极电极，挡板；所述的带水氧气进入车内空调风道，所述的第二氢气/水分离器用于将其自带的第一水收集箱中的带水氢气分离成水和氢气；所述干燥器用于对出气管中的氢气进行二次干燥，氢气通过稳压阀进入储氢系统；
所述的储氢系统设有储氢进气管、储氢出气管和储氢瓶；所述氢燃料反应堆连接有调压阀、顶进气管、第二水收集箱，氢燃料反应堆产生的电通过DC/DC转换器将电压转换；DC/DC转换器转换产生的电能通过电机控制器直接控制电机，驱动客车行驶，或将转换的电量直接给动力电池充电；
所述第二水收集箱、第一水收集箱内设有水位传感器，连接有第一水泵、过滤器；所述水箱设有水位传感器，第二水泵。
作为本发明进一步的方案，所示带水氧气通过两个氧气出气管，经过氧气进舱管进入车内空调风道，所述带水氢气通过两个氢气出气管输出，同时设有三通管，三通管的一头设有第二分离器进气管，一头设有第一分离器进气管，在第二分离器进气管上设有稳压阀、第二氢气/水分离器、干燥器，在第一分离器进气管上设有调压阀、第一氢气/水分离器、干燥器。
作为本发明进一步的方案，所述第二氢气/水分离器设有第二分离器进气管、第二分离器出气管、第二分离器出水管，同时内设自带第二水收集箱、第一水收集箱；第一氢气/水分离器设有第一分离器进气管、第一分离器出气管、第一分离器出水管；第一分离器出水管、第二分离器出水管同时连通第一三通管，第一三通管与第二三通管相连，第二三通管设有氢燃料反应堆出水管和氢燃料反应堆进水管，氢燃料反应堆进水管设有第一水泵和过滤器，过滤器与水箱的二通阀相连；第一分离器出气管上设有干燥器，第一分离器出气管与进气三通阀相连，三通阀与储氢出气管相连通，第一分离器出气管与储氢系统相连。
作为本发明进一步的方案，所述的储氢系统的储氢进气管与第一分离器出气管相连，储氢出气口与储氢出气管相连，同时设有四个等量大小的储氢瓶，储氢瓶外设有固定支座，固定在车顶。
作为本发明进一步的方案，所述纯水电解池设备设有两个电解池，电解池上分别设有出氢管、出氧管、加水管；底部设有阳极、阴极；中间设有用于隔离带水氧气和氢气的挡板，两个电解池下方的电解液可互通，挡板上方设有水位传感器。
作为本发明进一步的方案，所述阳极、阴极设有电连接的高压线正极和负极，高压线正极和负极连通高压配电柜，高压配电柜外设电连接的外设高压线正极和外设负极与动力电池连接，所述动力电池是标准规格箱体，由高压线串联式连接。
作为本发明进一步的方案，所述氢燃料反应堆外设氢气进气管、反应堆出水管和氧气进气管,所述氢气进气管与三通阀连接，反应堆出水管与第二三通管相连，氧气进气管与打气泵相连。
作为本发明进一步的方案，所述氢燃料反应堆将通过干燥器的氢气与氧气进气管的氧气进行反应产生的电能，通过DC/DC转换器转换电压输送至高压配电柜，再传送到动力电池，为其充电。
作为本发明进一步的方案，所述氢燃料反应堆将通过干燥器的氢气与氧气进气管的氧气进行反应产生的电能，通过DC/DC转换器转换电压输送至电机控制器，控制驱动电机驱动车辆行驶。
作为本发明进一步的方案，所述氢燃料反应堆通过氧气进气管与空气压缩机相连通，空气压缩机的进气管与空滤器的出气管相连通，空滤器的空滤进气管与顶进气管相连通，顶进气管的端口外设有防护罩并带有过滤网，所有气体连通的软管连接处均用卡箍固定锁紧。
本发明的有益效果：
1、本发明的具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，通过电连接的动力电池输出一定电压，正负极进入纯水电解池设备直接电解纯水，在纯水电解池设备中两极分别产生带水氧气和氢气，湿润的氧气通过进舱管道进入车内空调风道，进入车内净化空气，还可以直接进入空气压缩机，给氢燃料反应堆提供氧气参与反应；不仅节约化工厂造氢成本，节约建造加氢站的成本，还节约大量的制氢能源，省去大量的市电消耗。
2、干燥后的氢气通过稳压阀，稳压到额定压力后进入储氢系统存储，还可以直接通过调压阀，调节到额定压力后进入氢燃料反应堆和空气反应，产生电，在通过DC/DC转换器将电压转换，可以通过电机控制器直接控制电机，驱动车行驶，还可以将转换的电量直接给动力电池充电；氢燃料反应堆产生的电能供客车行驶和储存，不仅提高了电力系统总能量，还增加了客车续航里程。
3、纯水电解制氢给氢燃料反应堆供氢，反应产生电供车使用，反应物水循环进入水箱，再进入纯水制氢设备中，因为电解质不会少，水的减少随着水再循环，电量就会持续不断产生。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车的原理结构示意图。
图2是本发明具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车的车体外部主视结构示意图。
图3是本发明具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车的车体分化结构示意图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例如各种氢燃料电池汽车、客车、货车等都可以采用本发明系统。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，如图1-3所示，所述系统包括依次通过电连接的动力电池17、纯水电解池设备5、第二氢气/水分离器4，还包括第一水收集箱100、干燥器3/52、稳压阀22、储氢系统2、调压阀24、氢燃料反应堆9、DC/DC转换器54、电机控制器13、电机11，水箱12。纯水电解池设备5电连接有水位传感器46，两极电极45/47，挡板95；带水氧气51进入车内空调风道93，第二氢气/水分离器4用于将其自带的第一水收集箱100中的带水氢气50分离成水99和氢气55。干燥器3/52用于对出气管77中的氢气55进行二次干燥，氢气55通过稳压阀22进入储氢系统2。储氢系统2设有储氢进气管20、储氢出气管49和储氢瓶201。氢燃料反应堆9连接有调压阀24、顶进气管94、第二水收集箱98，氢燃料反应堆9产生的电通过DC/DC转换器54将电压转换。DC/DC转换器54转换产生的电能通过电机控制器13直接控制电机11，驱动客车行驶，或将转换的电量直接给动力电池17充电。第二水收集箱98、第一水收集箱100内设有水位传感器，连接有第一水泵10、过滤器35。水箱12设有水位传感器46、第二水泵16，整个过程由电连接和管连接。
为了更方便直观地看懂设计原理、管路走向等，将整车安装图纸平面二维化。如图3所示，带水氧气51通过两个氧气出气管21，经过氧气进舱管108进入车内空调风道93，带水氢气50通过两个氢气出气管91/90输出，同时设有三通管23，三通管23的一头设有第二分离器进气管92，一头设有第一分离器进气管26，在第二分离器进气管92上设有稳压阀22、第二氢气/水分离器4、干燥器3，在第一分离器进气管26上设有调压阀24、第一氢气/水分离器38、干燥器52。
如图3所示，所述第一氢气/水分离器38设有第一分离器进气管26、第一分离器出气管88、第一分离器出水管31。第二氢气/水分离器4设有第二分离器进气管92、第二分离器出气管77、第二分离器出水管25，同时内设自带第二水收集箱98、第一水收集箱100。第一分离器出水管31、第二分离器出水管25同时连通第一三通管30，第一三通管30与第二三通管34相连，第二三通管34设有氢燃料反应堆出水管87和氢燃料反应堆进水管36，氢燃料反应堆进水管36设有第一水泵10和过滤器35，过滤器35与水箱12的二通阀39相连；第一分离器出气管88/55上设有干燥器3/52，第一分离器出气管88与进气三通阀33相连，三通阀33与储氢出气管49相连通，第一分离器出气管55与储氢系统2相连。
如图3所示，储氢系统2的储氢进气管20与第一分离器出气管55相连，储氢出气口86与储氢出气管49相连，同时设有四个等量大小的储氢瓶201，储氢瓶201外设有固定支座202，固定在车顶1。
如图3所示，纯水电解池设备5设有两个电解池85/84，电解池85/84上分别设有出氢管90/91、出氧管105/106、加水管83/106；底部设有阳极45、阴极47；中间设有用于隔离带水氧气51和氢气50的挡板95，两个电解池85/84下方的电解液可互通，挡板95上方设有水位传感器46。
如图3所示，阳极45、阴极47设有电连接的高压线正极29和负极82，高压线正极29和负极82连通高压配电柜8，高压配电柜8外设电连接的外设高压线正极29和外设负极32与动力电池17连接，动力电池17是标准规格箱体，由高压线串联式连接。
如图3所示，氢燃料反应堆9外设氢气进气管80、反应堆出水管87和氧气进气管79,氢气进气管80与三通阀33连接，反应堆出水管87与第二三通管34相连，氧气进气管79与打气泵14相连。
如图3所示，氢燃料反应堆9将通过干燥器3/52的氢气与氧气进气管94/107的氧气进行反应产生的电能，通过DC/DC转换器54转换电压输送至高压配电柜8，再传送到动力电池17，为其充电。
如图3所示，氢燃料反应堆9将通过干燥器3/52的氢气与氧气进气管78/107的氧气进行反应产生的电能，通过DC/DC转换器54转换电压输送至电机控制器13，控制驱动电机11驱动车辆行驶。
如图3所示，氢燃料反应堆9通过氧气进气管78与空气压缩机14相连通，空气压缩机14的进气管111与空滤器15的出气管110相连通，空滤器14的空滤进气管42与顶进气管94相连通，顶进气管94的端口外设有防护罩27并带有过滤网28，气体连通的软管连接处均用卡箍43固定锁紧。
工作原理
本实施例具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，通过电连接的动力电池17输出一定电压，正负极进入纯水电解池设备5直接电解纯水，在纯水电解池设备5中两极分别产生带水氧气和氢气，湿润的氧气通过进舱管道进入车内空调风道93，进入车内净化空气，还可以直接进入空气压缩机14，给氢燃料反应堆9提供氧气参与反应；带水分的氢气就进入氢气/水分离器内，将水分和氢气分离，氢气/水分离器内自带水收集箱将分离的水收集，氢气在经过干燥器进一步干燥，将干燥后的氢气通过稳压阀22，稳压到额定压力后进入储氢系统2存储，还可以直接通过调压阀24，调节到额定压力后进入氢燃料反应堆9和空气反应，产生电，在通过DC/DC转换器54将电压转换，可以通过电机控制器13直接控制电机11，驱动车行驶，还可以将转换的电量直接给动力电池17充电，而氢燃料反应堆9产生的水收集在水收集箱内，水收集箱自带水位传感器，当触发水位传感器后，水泵开始工作，将水收集箱内的水通过过滤器35输送到水箱内，纯水电解池设备5内设有水位传感器46，当水位传感器46触发后，水箱内的水通过水泵将水输入纯水电解池设备5内，整个过程反复循环，形成节能型氢燃料电池客车。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，其特征在于，所述氢气自制循环系统包括依次通过电连接的动力电池（17）、纯水电解池设备（5）、第二氢气/水分离器（4），还包括第一水收集箱（100）、干燥器（3/52）、稳压阀（22）、储氢系统（2）、调压阀（24）、氢燃料反应堆（9）、DC/DC转换器（54）、电机控制器（13）、电机（11），水箱（12）；
所述的纯水电解池设备（5）电连接有水位传感器（46），阳极（45）、阴极（47），挡板（95）；带水氧气(51)进入车内空调风道(93)，所述的第二氢气/水分离器（4）用于将其自带的第一水收集箱(100)中的带水氢气（50）分离成水（99）和氢气（56）；所述干燥器（3/52）用于对出气管（77）中的氢气（56）进行二次干燥，氢气（56）通过稳压阀（22）进入储氢系统（2）；
所述的储氢系统（2）设有储氢进气管（20)、储氢出气管(49)和储氢瓶(201)；所述氢燃料反应堆（9）连接有调压阀(24)、顶进气管(94)、第二水收集箱(98)，氢燃料反应堆（9）产生的电通过DC/DC转换器(54)将电压转换；DC/DC转换器(54)转换产生的电能通过电机控制器(13)直接控制电机(11)，驱动客车行驶，或将转换的电量直接给动力电池(17)充电；
所述第二水收集箱(98)、第一水收集箱(100)内设有水位传感器，连接有第一水泵（10）、过滤器（35）；所述水箱（12）设有水位传感器（46），第二水泵（16)；
所示带水氧气（51）通过两个氧气出气管（21），经过氧气进舱管（108）进入车内空调风道(93)，所述带水氢气（50）通过两个氢气出气管（91/90）输出，同时设有三通管（23），三通管（23）的一头设有第二分离器进气管（92），一头设有第一分离器进气管（26)，在第二分离器进气管（92）上设有稳压阀（22）、第二氢气/水分离器（4）、干燥器（3），在第一分离器进气管（26）上设有调压阀(24)、第一氢气/水分离器（38）、干燥器(52)；
所述氢燃料反应堆（9）外设氢气进气管（80）、反应堆出水管(87)和氧气进气管（78）,所述氢气进气管（80）与三通阀（33）连接，反应堆出水管(87)与第二三通管（34）相连，氧气进气管（78）与空气压缩机（14）相连；
所述氢燃料反应堆（9）将通过干燥器（3/52）的氢气与氧气进行反应产生的电能，通过DC/DC转换器(54)转换电压输送至高压配电柜（8），再传送到动力电池（17），为其充电；
所述氢燃料反应堆（9）将通过干燥器（3/52）的氢气与氧气进行反应产生的电能，通过DC/DC转换器(54)转换电压输送至电机控制器(13)，控制驱动电机(11)驱动车辆行驶。
2.根据权利要求1所述的一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，其特征在于，所述第二氢气/水分离器（4）设有第二分离器进气管（92）、第二分离器出气管(77)、第二分离器出水管(25)，同时内设自带第二水收集箱(98)、第一水收集箱(100)；第一氢气/水分离器（38）设有第一分离器进气管（26）、第一分离器出气管（88）、第一分离器出水管（31）；第一分离器出水管（31）、第二分离器出水管(25)同时连通第一三通管（30），第一三通管（30）与第二三通管（34）相连，第二三通管（34）设有氢燃料反应堆出水管（87）和氢燃料反应堆进水管（36），氢燃料反应堆进水管（36）设有第一水泵（10）和过滤器（35），过滤器（35）与水箱（12）的二通阀（39）相连；第一分离器出气管（88/55)上设有干燥器（3/52），第一分离器出气管（88）与进气三通阀（33）相连，三通阀（33）与储氢出气管（49）相连通，第一分离器出气管(55)与储氢系统（2）相连。
3.根据权利要求1所述的一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，其特征在于，所述的储氢系统（2）的储氢进气管（20）与第一分离器出气管(55)相连，储氢出气口（86）与储氢出气管（49）相连，同时设有四个等量大小的储氢瓶（201），储氢瓶（201）外设有固定支座（202），固定在车顶（1）。
4.根据权利要求1所述的一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，其特征在于，所述纯水电解池设备（5）设有两个电解池（85/84)，电解池（85/84)上分别设有出氢管（90/91)、出氧管（105/106）、加水管（83/106）；底部设有阳极（45）、阴极（47）；中间设有用于隔离带水氧气（51）和带水氢气（50）的挡板（95），两个电解池（85/84)下方的电解液可互通，挡板（95）上方设有水位传感器（46）。
5.根据权利要求1所述的一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，其特征在于，所述阳极（45）、阴极（47）设有电连接的高压线正极（29）和负极（82），高压线正极（29）和负极（82）连通高压配电柜（8），高压配电柜（8）外设电连接的外设高压线正极（29）和外设负极（32）与动力电池（17）连接，所述动力电池（17）是标准规格箱体，由高压线串联式连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有氢气自制循环系统的氢燃料电池客车，其特征在于，所述氢燃料反应堆（9）通过氧气进气管（78）与空气压缩机（14）相连通，空气压缩机（14）的进气管（111）与空滤器（15）的出气管（110）相连通，空滤器（15）的空滤进气管（42）与顶进气管（94）相连通，顶进气管（94）的端口外设有防护罩（27）并带有过滤网（28），所有气体连通的软管连接处均用卡箍（43）固定锁紧。
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