CN110131573A - 一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，包括密封的箱体，箱体的外侧设有制冷设备和液泵，液泵的进液口通过导管与制冷设备的出液口通过导管相连，箱体的内腔底面通过支撑架固定有储气罐，储气罐的外侧面套接有环形导流罩，环形导流罩内壁和储气罐外侧之间形成密封腔，环形导流罩的外侧面上端设有环形导流管，环形导流管的内腔和密封腔连通，环形导流管的进液口通过导管与液泵的出液口通过导管相连。本氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，结构紧凑，操作方便，维护简单，工作时噪音较小，可以快速高效的进行氢燃料加注；维修盖板的设置方便了设备的维护；石墨烯涂层的设置方便了储气罐的快速散热。
Description
技术领域
本发明涉及车用气体燃料加注技术领域，具体为一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统。
背景技术
随着人类社会的快速发展，煤、石油、天然气三大化石能源的消耗速度日益加快，其带来的供应短缺和环境问题也越来越受到各界的关注。氢气因其燃烧产物只生成水，且来源丰富，被誉为是本世纪最具发展潜力的清洁能源载体，而以氢气为能源的燃料电池汽车具有环保、高效、零污染、零排放的特点。
正如传统汽油车需要一个油箱，氢燃料电池汽车也需要一个氢气存储设备，为了达到更多的续航里程，燃料电池汽车的需要尽可能地装载更多地氢气。目前主要的储氢技术有：液氢储存、金属氢化物储氢、吸附储氢和气态高压储氢等。高压储氢是在常温下，将氢气压缩至20MPa～70MPa的高压进行储存，具有充放速度快、设备结构简单、能耗低等优点，是目前氢燃料电池汽车采用的主流储氢方式，燃料电池汽车用高压储氢气瓶正是利用这一方式进行储氢。车用气瓶可为四种类型：I型和II型气瓶的重容比较大，难以满足单位质量储氢密度的要求；III型和IV型气瓶一般由内胆、纤维缠绕复合材料增强层和复合材料保护层等三层组成，由于纤维材料具有强度大、比重小等特点，非常适合用于高压储氢气瓶。III型气瓶和IV型气瓶的区别为前者采用金属内胆而后者为塑料内胆。目前，基于安全性的考虑，我国禁止使用IV型气瓶。
氢燃料电池汽车在加注时，一般要求加注时间控制在3～5分钟，且充装量至少为5kg，以满足续航里程的需要。储氢气瓶在加注过程中，由于节流、压缩、动能转换为内能、环境换热等因素，储氢气瓶的温度会急剧升高。由于复合材料及用于粘合的树脂材料对温度较为敏感，温度过高时可能出现复合材料层的剥离，因此，国际标准ISO15869和美国汽车工程学会标准SAEJ2601均限制了车载储氢瓶的工作温度范围为－40℃～85℃。
针对储氢气瓶存在的可能过热的问题，目前使用的方法主要是：先让氢气通过一个预冷装置，将氢气预冷至－20℃甚至－40℃后再进行加注。这种方法主要的缺点是增加了加氢站的设备投资且增加了加注过程中的能耗。除了使用预冷系统，目前还鲜有其它方法。
经过对已有技术的文献检索，公开号为CN103438349A的中国专利通过在储氢瓶内部添加螺旋状的铝带填充物，以控制储氢瓶在加注过程中的温升，其不足之处在于加入的铝带仅仅增强了储氢罐内部的换热情况，并无法将加注过程中产生的热量及时传递到外部，影响氢瓶的加注效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，通过外换热结构，氢气加注时在外换热结构中通入导热液体以实现氢气瓶的控温，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，包括密封的箱体，所述箱体的外侧设有制冷设备和液泵，液泵的进液口通过导管与制冷设备的出液口通过导管相连，箱体的内腔底面通过支撑架固定有储气罐，储气罐的外侧面套接有环形导流罩，环形导流罩内壁和储气罐外侧之间形成密封腔，环形导流罩的外侧面上端设有环形导流管，环形导流管的内腔和密封腔连通，环形导流管的进液口通过导管与液泵的出液口通过导管相连，密封腔的出液口和制冷设备的进液口连通；
所述支撑架的外侧面上端固定连接有不少于一个的增压型气体压缩泵，增压型气体压缩泵的进料口连接有耐压进气管，增压型气体压缩泵的出料口通过第一耐压导流管与柱形分流管的进料口相连，柱形分流管的出料口通过第一耐压加气管与储气罐的进料口相连，箱体的外侧面上端设有单片机，单片机的输入端与外部电源的输出端电连接，单片机的输出端分别与制冷设备的输入端和液泵的输入端电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述箱体的前侧面设有维修窗口，箱体的前侧面靠近维修窗口的一端密封连接有维修盖板，维修盖板的前侧面中部设有提耳。
作为本发明的一种优选技术方案，所述储气罐的外侧面下端设有与其内腔连通的出料管接口，储气罐的外侧设有石墨烯涂层。
作为本发明的一种优选技术方案，所述柱形分流管的外侧面左右两端均通过钢箍与设置在支撑架外侧面下端的支撑架相连。
作为本发明的一种优选技术方案，所述箱体的下表面设有支撑腿，支撑腿的数量为四个，四个支撑腿均匀分布在箱体的下表面。
作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑腿为矩形中空钢板，支撑腿的下端面设有安装板，安装板的上表面四周均布有四个定位螺孔。
作为本发明的一种优选技术方案，所述储气罐顶端的导气口上设有气压表。
作为本发明的一种优选技术方案，所述增压型气体压缩泵包括第一储存盒、第一液压泵、液压油箱、第二液压泵和第二储存盒，耐压壳体的内壁和第一密封板滑动密封连接，所述第一储存盒和第二储存盒关于耐压壳体对称设置，第一储存盒内腔和第二储存盒内腔均通过柱形筒体与耐压壳体内腔连通，两个柱形筒体的内壁分别与两个第二密封板密封滑动密封连接，两个第二密封板侧面均通过连接杆与第一密封板的侧面相连，第二储存盒的进料口与耐压进气管相连，耐压进气管上设有第一单向阀，第二储存盒的出料口通过第二耐压导流管与第一储存盒的进料口相连，第二耐压导流管的外侧面靠近第二储存盒的一端设有第三单向阀，第一储存盒的出料口与第一耐压导流管的进料口相连。
第一液压泵的液压油输入端通过导管与液压油箱的液压油输出端相连，第一液压泵的液压油输出端通过导管与耐压壳体的液压油输入端相连，耐压壳体的液压油输出端通过导管与第二液压泵的液压油输入端相连，第二液压泵的液压油输出端通过导管与液压油箱的液压油输入端相连，第一液压泵的输入端和第二液压泵的输入端均与单片机的输出端电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第二耐压导流管的外侧面靠近第一储存盒的一端设有第二单向阀。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一液压泵和第二液压泵均为可正转、反转的液压泵。
作为本发明的一种优选技术方案，储气罐顶端的导气口上设有气压表。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，结构紧凑，操作方便，维护简单，工作时噪音较小，可以快速高效的进行氢燃料加注；维修盖板的设置方便了设备的维护；支撑腿结合安装板的设置方便了本发明的安装；石墨烯涂层的设置方便了储气罐的快速散热；
增压型气体压缩泵工作时由第二液压泵将液压油箱内的液压油抽送到耐压壳体的内部靠近第二储存盒的一端，同时由第一液压泵将耐压壳体内靠近第一储存盒一端的液压油抽送到液压油箱的内部，第一单向阀打开，同时第三单向阀和第二单向阀关闭，外部氢气经由耐压进气管进入到第二储存盒的内部，同时第一储存盒内的氢气经由柱形分流管被挤入到储气罐的内部，单片机控制第二液压泵和第一液压泵反向工作时，第二储存盒中的氢气被压入到第一储存盒的内部，液压油流动声音小，氢气增压噪声小。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明主视图；
图3为本发明剖视图；
图4为储气罐的剖视图；
图5为增压型气体压缩泵的结构示意图；
图6为增压型气体压缩泵的结构原理图。
图中：1箱体、2支撑腿、3安装板、4维修盖板、5提耳、6环形导流管、7气压表、8储气罐、9耐压进气管、10液泵、11制冷设备、12出料管接口、13环形导流罩、14第一耐压加气管、15耐压壳体、16柱形分流管、17支撑架、18增压型气体压缩泵、19单片机、20石墨烯涂层、21第一耐压导流管、22柱形筒体、23第二耐压导流管、24第一密封板、25第二单向阀、26第一储存盒、27连接杆、28第一液压泵、29液压油箱、30第二液压泵、31第三单向阀、32第一单向阀、33第二储存盒、34第二密封板。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，包括密封的箱体1，箱体1的外侧设有制冷设备11和液泵10，液泵10的进液口通过导管与制冷设备11的出液口通过导管相连，箱体1的内腔底面通过支撑架17固定有储气罐8，储气罐8的外侧面套接有环形导流罩13，环形导流罩13内壁和储气罐8外侧之间形成密封腔，储气罐8的外侧面下端设有与其内腔连通的出料管接口12，储气罐8的外侧设有石墨烯涂层20，石墨烯涂层20的设置方便了储气罐8的快速散热，便于储气罐8和密封腔中的制冷剂进行热交换，储气罐8顶端的导气口上设有气压表7，环形导流罩13的外侧面上端设有环形导流管6，环形导流管6的内腔和密封腔连通，环形导流管6的进液口通过导管与液泵10的出液口通过导管相连，密封腔的出液口和制冷设备11的进液口连通。
支撑架17的外侧面上端固定连接有不少于一个的增压型气体压缩泵18，增压型气体压缩泵18的进料口连接有耐压进气管9，增压型气体压缩泵18的出料口通过第一耐压导流管21与柱形分流管16的进料口相连，柱形分流管16的出料口通过第一耐压加气管14与储气罐8的进料口相连，柱形分流管16的外侧面左右两端均通过钢箍与设置在支撑架17外侧面下端的支撑架相连，箱体1的外侧面上端设有单片机19，单片机19的输入端与外部电源的输出端电连接，单片机19的输出端分别与制冷设备11的输入端和液泵10的输入端电连接。
箱体1的下表面设有支撑腿2，支撑腿2的数量为四个，四个支撑腿2均匀分布在箱体1的下表面，支撑腿2为矩形中空钢板，支撑腿2的下端面设有安装板3，安装板3的上表面四周均布有四个定位螺孔，支撑腿2结合安装板3的设置方便了本发明的安装。
箱体1的前侧面设有维修窗口，箱体1的前侧面靠近维修窗口的一端密封连接有维修盖板4，维修盖板4的前侧面中部设有提耳5，维修盖板4的设置方便了设备的维护。
本氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，结构紧凑，操作方便，维护简单，可以快速高效的进行氢燃料加注。
实施例二：请参阅图1-6，其结构与实施例一的结构大致相同，不同之处在于，本实施例的增压型气体压缩泵18包括第一储存盒26、第一液压泵28、液压油箱29、第二液压泵30和第二储存盒33，耐压壳体15的内壁和第一密封板24滑动密封连接，第一储存盒26和第二储存盒33关于耐压壳体15对称设置，第一储存盒26内腔和第二储存盒33内腔均通过柱形筒体22与耐压壳体15内腔连通，两个柱形筒体22的内壁分别与两个第二密封板34密封滑动密封连接，两个第二密封板34侧面均通过连接杆27与第一密封板24的侧面相连，第二储存盒33的进料口与耐压进气管9相连，耐压进气管9上设有第一单向阀32，第二储存盒33的出料口通过第二耐压导流管23与第一储存盒26的进料口相连，第二耐压导流管23的外侧面靠近第二储存盒33的一端设有第三单向阀31，第一储存盒26的出料口与第一耐压导流管21的进料口相连。
第一液压泵28的液压油输入端通过导管与液压油箱29的液压油输出端相连，第一液压泵28的液压油输出端通过导管与耐压壳体15的液压油输入端相连，耐压壳体15的液压油输出端通过导管与第二液压泵30的液压油输入端相连，第二液压泵30的液压油输出端通过导管与液压油箱29的液压油输入端相连，第一液压泵28的输入端和第二液压泵30的输入端均与单片机19的输出端电连接。
第二耐压导流管23的外侧面靠近第一储存盒26的一端设有第二单向阀25，第一液压泵28和第二液压泵30均为可正转、反转的液压泵。
本氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，第一液压泵28和第二液压泵30工作时与现有的压缩机相比噪音小，增压型气体压缩泵18与现有的压缩机相比工作时噪音小。
在使用时：接通外部电源，将出料管接口12与外部氢气加气枪相连，工作时，首先由第二液压泵30将液压油箱29内的液压油抽送到耐压壳体15的内部靠近第二储存盒33的一端，同时由第一液压泵28将耐压壳体15内靠近第一储存盒26一端的液压油抽送到液压油箱29的内部，此时第一单向阀32打开，同时第三单向阀31和第二单向阀25关闭，外部氢气经由耐压进气管9进入到第二储存盒33的内部，同时第一储存盒26内的氢气经由柱形分流管16被挤入到储气罐8的内部，当单片机19控制第二液压泵30和第一液压泵28反向工作时，第二储存盒33中的氢气被压入到第一储存盒26的内部，当耐压壳体15内的氢气压力达到设定值时，通过氢气加气枪对汽车进行氢气加注；加气时，由液泵10将制冷设备11内低温的制冷液抽送到环形导流罩13和储气罐8之间的密封腔中对储气罐8进行降温处理。
单片机19控制液泵10、制冷设备11、第一液压泵28和第二液压泵30均采用现有技术中常用的方法，单片机19采用Intel公司MCS-51系列中的80C51；制冷设备11为现有技术常见的冷却液制冷机，制冷设备11对流经的制冷液进行制冷。
本发明，可以快速安静的进行氢气加注，使用时占用空间少，便于操作和使用；可以有效对储氢瓶进行降温处理，提高了使用便利性；气压表7的设置方便了储气罐8内气压的监测，提高了使用便利性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，包括密封的箱体(1)，其特征在于：所述箱体(1)的外侧设有制冷设备(11)和液泵(10)，液泵(10)的进液口通过导管与制冷设备(11)的出液口通过导管相连，箱体(1)的内腔底面通过支撑架(17)固定有储气罐(8)，储气罐(8)的外侧面套接有环形导流罩(13)，环形导流罩(13)内壁和储气罐(8)外侧之间形成密封腔，环形导流罩(13)的外侧面上端设有环形导流管(6)，环形导流管(6)的内腔和密封腔连通，环形导流管(6)的进液口通过导管与液泵(10)的出液口通过导管相连，密封腔的出液口和制冷设备(11)的进液口连通；
所述支撑架(17)的外侧面上端固定连接有不少于一个的增压型气体压缩泵(18)，增压型气体压缩泵(18)的进料口连接有耐压进气管(9)，增压型气体压缩泵(18)的出料口通过第一耐压导流管(21)与柱形分流管(16)的进料口相连，柱形分流管(16)的出料口通过第一耐压加气管(14)与储气罐(8)的进料口相连，箱体(1)的外侧面上端设有单片机(19)，单片机(19)的输入端与外部电源的输出端电连接，单片机(19)的输出端分别与制冷设备(11)的输入端和液泵(10)的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述箱体(1)的前侧面设有维修窗口，箱体(1)的前侧面靠近维修窗口的一端密封连接有维修盖板(4)，维修盖板(4)的前侧面中部设有提耳(5)。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述储气罐(8)的外侧面下端设有与其内腔连通的出料管接口(12)，储气罐(8)的外侧设有石墨烯涂层(20)。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述柱形分流管(16)的外侧面左右两端均通过钢箍与设置在支撑架(17)外侧面下端的支撑架相连。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述箱体(1)的下表面设有支撑腿(2)，支撑腿(2)的数量为四个，四个支撑腿(2)均匀分布在箱体(1)的下表面。
6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述支撑腿(2)为矩形中空钢板，支撑腿(2)的下端面设有安装板(3)，安装板(3)的上表面四周均布有四个定位螺孔。
7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述储气罐(8)顶端的导气口上设有气压表(7)。
8.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述增压型气体压缩泵(18)包括第一储存盒(26)、第一液压泵(28)、液压油箱(29)、第二液压泵(30)和第二储存盒(33)，耐压壳体(15)的内壁和第一密封板(24)滑动密封连接，所述第一储存盒(26)和第二储存盒(33)关于耐压壳体(15)对称设置，第一储存盒(26)内腔和第二储存盒(33)内腔均通过柱形筒体(22)与耐压壳体(15)内腔连通，两个柱形筒体(22)的内壁分别与两个第二密封板(34)密封滑动密封连接，两个第二密封板(34)侧面均通过连接杆(27)与第一密封板(24)的侧面相连，第二储存盒(33)的进料口与耐压进气管(9)相连，耐压进气管(9)上设有第一单向阀(32)，第二储存盒(33)的出料口通过第二耐压导流管(23)与第一储存盒(26)的进料口相连，第二耐压导流管(23)的外侧面靠近第二储存盒(33)的一端设有第三单向阀(31)，第一储存盒(26)的出料口与第一耐压导流管(21)的进料口相连；
第一液压泵(28)的液压油输入端通过导管与液压油箱(29)的液压油输出端相连，第一液压泵(28)的液压油输出端通过导管与耐压壳体(15)的液压油输入端相连，耐压壳体(15)的液压油输出端通过导管与第二液压泵(30)的液压油输入端相连，第二液压泵(30)的液压油输出端通过导管与液压油箱(29)的液压油输入端相连，第一液压泵(28)的输入端和第二液压泵(30)的输入端均与单片机(19)的输出端电连接。
9.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述第二耐压导流管(23)的外侧面靠近第一储存盒(26)的一端设有第二单向阀(25)。
10.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统，其特征在于：所述第一液压泵(28)和第二液压泵(30)均为可正转、反转的液压泵。
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