CN110131578B - 一种液氢储氢型高压加氢车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液氢储氢型高压加氢车，包括：车架，在车架上设置有液氢储罐、高压液氢泵、能使两种介质进行热交换的热交换器、汽化器、用于储存高压气氢的高压瓶组、加氢机、BOG加热器、为加氢车动力系统提供电能的第一燃料电池、为加氢车用电设备提供电能的蓄电池、为蓄电池充电的第二燃料电池、中央控制器。上述的加氢车设备成本低、载氢量大、辐射半径大。
Description
技术领域
本发明涉及加氢设备领域，具体涉及一种能为氢燃料电池汽车加注高压气氢的液氢储氢型高压加氢车。
背景技术
现有的加氢车普遍采用高压储氢罐来储存用于加注的气氢，并且还需要压缩机对高压储氢罐放出的气氢加压至高压、然后采用预冷设备对高压气氢预冷后才能通过加氢机进行加注。上述的加氢车存在如下缺点：（1）压缩机和预冷设备比较昂贵，所以加氢车的设备成本较高；（2）由于加注的气氢以气体的形态储存，使得加氢车的载氢量小，从而无法满足日益增长的加注需求；（3）现有的加氢车行驶里程短，使得加氢车的辐射半径小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种设备成本低、载氢量大、辐射半径大的液氢储氢型高压加氢车。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种液氢储氢型高压加氢车，包括：车架，其特征在于：在车架上设置有液氢储罐、高压液氢泵、能使两种介质进行热交换的热交换器、汽化器、用于储存高压气氢的高压瓶组、加氢机、BOG加热器、为加氢车动力系统提供电能的第一燃料电池、蓄电池、第二燃料电池、中央控制器，液氢储罐的液氢出口通过管路与高压液氢泵的入口相连，高压液氢泵的出口通过管路与热交换器的介质一入口相连，热交换器的介质一出口通过管路与汽化器的入口相连，汽化器的出口通过管路与高压瓶组相连，使得汽化器汽化得到的高压气氢能被加注至高压瓶组中储存，高压瓶组通过管路与热交换器的介质二入口相连，使得高压瓶组中的高压气氢能进入热交换器中进行热交换而预冷却，热交换器的介质二出口通过管路与加氢机的入口相连，使得预冷却后的高压气氢能通过加氢机进行加注，高压瓶组通过管路还与第一燃料电池的加氢口相连，使得高压瓶组能为第一燃料电池提供高压气氢，第一燃料电池通过电路与蓄电池相连，使得第一燃料电池能为蓄电池充电，BOG加热器的入口通过管路与液氢储罐上的BOG出口相连，BOG加热器的出口通过管路与第二燃料电池的加氢口相连，第二燃料电池通过电路与蓄电池相连，使得第二燃料电池能为蓄电池充电，蓄电池通过电路分别与BOG加热器、汽化器、高压液氢泵相连，使得蓄电池能给BOG加热器、汽化器、高压液氢泵供电。
进一步的，前述的一种液氢储氢型高压加氢车，其中：高压瓶组的结构包括：车用储氢瓶和加氢用储氢瓶，车用储氢瓶和加氢用储氢瓶的进口均通过一个带截止阀的充氢支管与充氢总管相连，充氢总管与汽化器出口相连，车用储氢瓶的出口通过一个带截止阀的第一供氢支管与第一供氢总管相连，第一供氢总管与第一燃料电池的加氢口相连，使得车用储氢瓶能为第一燃料电池提供高压气氢，加氢用储氢瓶的出口通过一个带截止阀的第二供氢支管与第二供氢总管相连，第二供氢总管与热交换器介质二入口相连，使得加氢用储氢瓶能为加氢机提供高压气氢，第一供氢总管和第二供氢总管通过一个带截止阀的应急管路相连，各个截止阀均受到中央控制器的控制。
进一步的，前述的一种液氢储氢型高压加氢车，其中：车用储氢瓶设置有两个，加氢用储氢瓶设置有六个。
进一步的，前述的一种液氢储氢型高压加氢车，其中：车用储氢瓶为70Mpa高压储瓶，加氢用储氢瓶为80Mpa高压储瓶。
进一步的，前述的一种液氢储氢型高压加氢车，其中：高压瓶组安装于车架的顶部，BOG加热器、第一燃料电池、蓄电池、第二燃料电池安装于车架的前部，液氢储罐、高压液氢泵安装于车架的中部，热交换器、汽化器、加氢机安装于车架的后部。
本发明的优点为：本发明所述的液氢储氢型高压加氢车加注的高压气氢以液氢的形态储存，使得加氢车的载氢量能得到显著提升；另外，利用高压液氢泵后能使后续流路保持高压状态，从而无需额外购买压缩机，这样就能降低成本和空间，其次高压瓶组中的高压气氢能通过进入热交换器中热交换来达到加注前预冷的目的，从而无需额外购买预冷设备，进一步降低了成本；此外，液氢储罐中蒸发得到的BOG气体能用于给加氢车供电，从而能实现能源的最大化利用；高压瓶组中的用于加注的高压气氢在必要时也能供给加氢车使用，使得加氢车的行驶里程得到提高，从而大大提高了加注服务的辐射半径。
附图说明
图1为本发明所述的一种液氢储氢型高压加氢车的结构原理示意图。
图2为图1中所示的高压瓶组的结构示意图。
图3为本发明所述的一种液氢储氢型高压加氢车的结构布置示意图。
图4为图3中A-A方向的结构布置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2所示，一种液氢储氢型高压加氢车，包括：车架1，在车架1上设置有液氢储罐2、高压液氢泵21、能使两种介质进行热交换的热交换器3、汽化器31、用于储存高压气氢的高压瓶组4、加氢机5、BOG加热器51、为加氢车动力系统提供电能的第一燃料电池6、蓄电池7、第二燃料电池8、中央控制器9，氢以液态储存后能使加氢车的载氢量大大提高，液氢储罐2的液氢出口通过管路与高压液氢泵21的入口相连，高压液氢泵21的出口通过管路与热交换器3的介质一入口相连，热交换器3的介质一出口通过管路与汽化器31的入口相连，汽化器31的出口通过管路与高压瓶组4相连，使得汽化器31汽化得到的高压气氢能被加注至高压瓶组4中储存，高压瓶组4通过管路与热交换器3的介质二入口相连，使得高压瓶组4中的高压气氢能进入热交换器3中进行热交换而预冷却，热交换器3的介质二出口通过管路与加氢机5的入口相连，使得预冷却后的高压气氢能通过加氢机5进行加注，高压瓶组4通过管路还与第一燃料电池6的加氢口相连，使得高压瓶组4能为第一燃料电池6提供高压气氢，第一燃料电池6通过电路与蓄电池7相连，使得第一燃料电池6能为蓄电池7充电，BOG加热器51的入口通过管路与液氢储罐2上的BOG出口相连，BOG加热器51的出口通过管路与第二燃料电池8的加氢口相连，第二燃料电池8通过电路与蓄电池7相连，使得第二燃料电池8能为蓄电池7充电，蓄电池7通过电路分别与BOG加热器51、汽化器31、高压液氢泵21相连，使得蓄电池7能给BOG加热器51、汽化器31、高压液氢泵21供电。
在本实施例中，高压瓶组4的结构包括：车用储氢瓶41和加氢用储氢瓶42，本实施例中，车用储氢瓶41设置有两个且均为70Mpa高压储瓶，加氢用储氢瓶42设置有六个且均为80Mpa高压储瓶，实际应用中，车用储氢瓶41和加氢用储氢瓶42的个数可根据实际情况增减；车用储氢瓶41和加氢用储氢瓶42的进口均通过一个带截止阀91的充氢支管43与充氢总管44相连，充氢总管44与汽化器31出口相连，车用储氢瓶41的出口通过一个带截止阀91的第一供氢支管45与第一供氢总管46相连，第一供氢总管46与第一燃料电池6的加氢口相连，使得车用储氢瓶41能为第一燃料电池6提供高压气氢，加氢用储氢瓶42的出口通过一个带截止阀91的第二供氢支管47与第二供氢总管48相连，第二供氢总管48与热交换器3介质二入口相连，使得加氢用储氢瓶42能为加氢机5提供高压气氢，第一供氢总管46和第二供氢总管48通过一个带截止阀91的应急管路49相连，各个截止阀91均受到中央控制器9的控制。
另外，如图3、图4所示，在本实施例中，高压瓶组4安装于车架1的顶部，这样设置是为了当面对突发情况时，可实现氢气快速向上释放并减少安全隐患；BOG加热器51、第一燃料电池6、蓄电池7、第二燃料电池8安装于车架1的前部，这样设置是为了减少线路布局；液氢储罐2、高压液氢泵21安装于车架1的中部，这样设置是为了能方便的为车前部设备提供BOG气体，为车后部设备提供超临界氢，另外，由于液氢储罐2所占空间较大，放置于车中部也是为了使液氢储罐2具有更合理的运行空间，从而便于液氢加注及排放，减少安全隐患；热交换器3、汽化器31、加氢机5安装于车架1的后部，这样设置是为了方便汽车加注高压气氢。
高压加氢流路：高压液氢泵21会抽取液氢储罐2中的液氢并且增压压缩，使得液氢成为超临界氢，然后超临界氢会被输送至热交换器3中与高压瓶组4放出的80 Mpa、20℃的高压气氢进行热交换，使得自身温度上升，接着会被输送至汽化器31中进行汽化，从而形成约90Mpa、-40℃的高压气氢，然后90Mpa、-40℃的高压气氢会被输送至高压瓶组4中储存，高压气氢在被储存至高压瓶组4中时温度会随着快速注入而上升；高压瓶组4释放出的80Mpa、20℃的高压气氢通过与超临界氢热交换预冷却后温度会下降，从而形成80 Mpa、-40℃的高压气氢，然后80 Mpa、-40℃的高压气氢会被输送至加氢机5中，由加氢机5对70Mpa的氢燃料电池汽车进行加注。利用高压液氢泵21后能使后续流路保持高压状态，从而无需额外购买压缩机，这样就能降低成本和空间，其次高压瓶组4中的高压气氢能通过进入热交换器3中热交换来达到加注前预冷的目的，从而无需额外购买预冷设备，进一步降低了成本。
BOG流路：液氢储罐2中的部分液氢由于外部能量的输入会蒸发成为蒸发汽（简称BOG），由于蒸发量较少，因此额外增加液化设备或者增压储氢设备会造成额外投入，若直接排放会造成不必要的浪费和安全隐患。为了更好的利用BOG气体，实现能源的最大化利用，本实施例中，液氢储罐2中蒸发得到的BOG气体会被输送至BOG加热器51中进行加热以便提高BOG气体温度，然后BOG气体会被接入第二燃料电池8中产生电能，并且电能会被储存于蓄电池7中为加氢车用电设施提供电能，若BOG气体出现不足，导致蓄电池7电量即将耗尽的情况发生时，中央控制器9会控制第一燃料电池6为蓄电池7充电。
氢自用流路：高压瓶组4中的车用储氢瓶41只用于为第一燃料电池6提供高压气氢，使得第一燃料电池6能为加氢车动力系统提供电能，高压瓶组4中加氢用储氢瓶42用于为加氢机5提供用于加注的高压气氢；当加氢车出现行驶氢气不足时，中央控制器9会打开应急管路49上的截止阀91，使得加氢用储氢瓶42也能为第一燃料电池6提供高压气氢，这样就能大大提高加氢车的行驶里程，从而能大大提高加注服务的辐射半径。
Claims (4)
1.一种液氢储氢型高压加氢车，包括：车架，其特征在于：在车架上设置有液氢储罐、高压液氢泵、能使两种介质进行热交换的热交换器、汽化器、用于储存高压气氢的高压瓶组、加氢机、BOG加热器、为加氢车动力系统提供电能的第一燃料电池、蓄电池、第二燃料电池、中央控制器，液氢储罐的液氢出口通过管路与高压液氢泵的入口相连，高压液氢泵的出口通过管路与热交换器的介质一入口相连，热交换器的介质一出口通过管路与汽化器的入口相连，汽化器的出口通过管路与高压瓶组相连，使得汽化器汽化得到的高压气氢能被加注至高压瓶组中储存，高压瓶组通过管路与热交换器的介质二入口相连，使得高压瓶组中的高压气氢能进入热交换器中进行热交换而预冷却，热交换器的介质二出口通过管路与加氢机的入口相连，使得预冷却后的高压气氢能通过加氢机进行加注，高压瓶组通过管路还与第一燃料电池的加氢口相连，使得高压瓶组能为第一燃料电池提供高压气氢，第一燃料电池通过电路与蓄电池相连，使得第一燃料电池能为蓄电池充电，BOG加热器的入口通过管路与液氢储罐上的BOG出口相连，BOG加热器的出口通过管路与第二燃料电池的加氢口相连，第二燃料电池通过电路与蓄电池相连，使得第二燃料电池能为蓄电池充电，蓄电池通过电路分别与BOG加热器、汽化器、高压液氢泵相连，使得蓄电池能给BOG加热器、汽化器、高压液氢泵供电；高压瓶组的结构包括：车用储氢瓶和加氢用储氢瓶，车用储氢瓶和加氢用储氢瓶的进口均通过一个带截止阀的充氢支管与充氢总管相连，充氢总管与汽化器出口相连，车用储氢瓶的出口通过一个带截止阀的第一供氢支管与第一供氢总管相连，第一供氢总管与第一燃料电池的加氢口相连，使得车用储氢瓶能为第一燃料电池提供高压气氢，加氢用储氢瓶的出口通过一个带截止阀的第二供氢支管与第二供氢总管相连，第二供氢总管与热交换器介质二入口相连，使得加氢用储氢瓶能为加氢机提供高压气氢，第一供氢总管和第二供氢总管通过一个带截止阀的应急管路相连，各个截止阀均受到中央控制器的控制。
2.根据权利要求1所述的一种液氢储氢型高压加氢车，其特征在于：车用储氢瓶设置有两个，加氢用储氢瓶设置有六个。
3.根据权利要求1所述的一种液氢储氢型高压加氢车，其特征在于：车用储氢瓶为70Mpa高压储瓶，加氢用储氢瓶为80Mpa高压储瓶。
4.根据权利要求1所述的一种液氢储氢型高压加氢车，其特征在于：高压瓶组安装于车架的顶部，BOG加热器、第一燃料电池、蓄电池、第二燃料电池安装于车架的前部，液氢储罐、高压液氢泵安装于车架的中部，热交换器、汽化器、加氢机安装于车架的后部。
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