CN110319347A - 储氢容器、储氢容器组件及燃料电池车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种储氢容器、储氢容器组件及燃料电池车辆，储氢容器能够与气体汇流座配合，其具有端盖、螺栓及能够充填储氢合金的容器本体，所述端盖与所述容器本体固定一体并封闭所述容器本体的开口，所述氢气出入气道横向贯穿所述端盖，所述端盖具有对接面，所述螺栓自所述对接面的中央位置沿所述储氢容器的轴线方向向外一体延伸，所述氢气出入气道向外延伸到所述螺栓的内部，所述螺栓具有径向贯穿的气孔，所述气孔与所述氢气出入气道连通。气体汇流座能够对储氢容器起到可靠的支撑和固定作用，从而使多个储氢容器在成组应用时的安全等级得以明显提升，以适用于汽车、叉车等的移动、振动的使用环境。

Description

储氢容器、储氢容器组件及燃料电池车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池车辆领域，尤其是关于一种能够应用合金储氢装置的燃料电池车辆。

背景技术

面对化石能源枯竭和环境问题的挑战，以新能源替代化石能源是社会发展的必然趋势。氢能作为一种清洁的可再生能源，近年来受到广泛的关注；作为氢能应用的重要方面，燃料电池汽车产业近年来也有了长足的发展。

氢气存储装置是燃料电池汽车上不可缺少的重要部件，目前大多采用高压存储方式。近年来，液态储氢、合金储氢等多种应用方案也在不断的完善中。

与高压储氢方式相比，合金储氢方案具有的高安全性、加氢站建设成本低等优点，在城市客车领域具有很好的应用前景，越来越受到人们的关注。合金储氢方案在其他领域也得到越来越广泛的应用。

合金储氢装置在充氢和放氢过程中，会伴有放热和吸热反应。因此完整的合金储氢装置，除了容纳合金、氢气的容器以及相应接口外，还包含了冷却、加热的结构以及接口。

由于温度管理、充放氢速率的需要，合金储氢装置一般会设计成多个储氢容器并联，集中温度管理的模式。图1是一种城市客车用的现有合金储氢装置，图2是固定场合使用的燃料电池备用电源的现有合金储氢装置。该等合金储氢装置1包括水箱2及安装在水箱内部的多个储氢容器3，各个储氢容器3共用一个管路系统4，该管路系统4包括多根分支管路41，各个分支管路41汇集到一个总的汇流管42上，以方便和外部充放氢管路连接，汇流管42上可以安装有阀门43。该种连接方式适用于使用环境较好的固定场合，一般情况下不会产生安全问题，但如果运用到汽车或其它移动、振动的场合，外部的振动冲击会导致各个分支管路松动或者产生裂缝、甚至造成管路断裂的安全事故，对燃料电池汽车以及其它燃料电池移动应用的使用安全带来很大的隐患。

发明内容

本发明提供一种新的储氢容器、储氢容器组件及燃料电池车辆。

本发明提供一种储氢容器，具有端盖、螺栓及能够充填储氢合金的容器本体，所述端盖与所述容器本体固定一体并封闭所述容器本体的开口，所述端盖具有横向贯穿的氢气出入气道，所述端盖具有对接面，所述螺栓自所述对接面的中央位置沿所述储氢容器的轴线方向向外一体延伸，所述氢气出入气道向外延伸到所述螺栓的内部，所述螺栓具有径向贯穿的气孔，所述气孔与所述氢气出入气道连通。储氢容器与气体汇流座配合使用。

一种储氢容器组件，包括气体汇流座和多个储氢容器，所述储氢容器具有端盖、螺栓及能够充填储氢合金的容器本体，所述端盖与所述容器本体固定一体并封闭所述容器本体的开口，所述氢气出入气道横向贯穿所述端盖，所述端盖具有对接面，所述螺栓自所述对接面的中央位置沿所述储氢容器的轴线方向向外一体延伸，所述氢气出入气道向外延伸到所述螺栓的内部，所述螺栓具有径向贯穿的气孔；所述气体汇流座具有座体、氢气接口、汇流气道及多个分支气道，所述座体具有第一外表面和第二外表面，所述分支气道横向贯穿所述第一外表面和第二外表面，所述汇流气道设于所述座体的内部，所述氢气接口设于所述座体，各所述分支气道通过所述汇流气道与所述氢气接口连通；所述储氢容器与分支气道一一对应；所述螺栓横穿所述分支气道并通过紧固件固定而将所述储氢容器安装于所述第二外表面，所述气孔连通所述氢气出入气道和汇流气道。氢气接口可以设于第一外表面。

对于每个合金储氢装置，其全部储氢容器均可以安装于同一个第二外表面。螺杆可以与分支气道一一对应，螺杆横向穿过与其对应的分支气道，其伸出分支气道的头部用紧固件固定，从而将储氢容器可拆卸安装在气体汇流座的第二外表面。拆卸时，取下紧固件，将螺杆从分支气道退出，即可实现气体汇流座和储氢容器的分离。紧固件可以是螺纹紧固件，如螺母。横向可以是沿储氢容器的轴线方向，也可以即容器本体的轴线方向。

所述第二外表面和所述对接面贴合，所述第二外表面凹设有环绕所述氢气出入气道的环形密封槽，所述密封槽内嵌入安装有弹性的密封圈；所述螺杆的外圆周面凹设有环形密封槽，所述密封槽内嵌入安装有弹性的密封圈。

所述分支气道沿所述储氢容器的轴线方向延伸，所述汇流气道与所述储氢容器的轴线垂直，所述分支气道与所述汇流气道贯通，所述汇流气道与所述氢气接口贯通。

一种燃料电池车辆，包括所述的储氢容器组件。

一种气体汇流座，能够与具有多个储氢容器的合金储氢装置配合使用，具有座体、氢气接口、分支气道及汇流气道，所述座体具有第一外表面和第二外表面，所述分支气道在所述第二外表面形成开口并自所述开口向所述座体的内部延伸，所述汇流气道设于所述座体的内部，所述氢气接口设于所述第一外表面，各所述分支气道通过所述汇流气道与所述氢气接口连通。

多个指至少两个。气体汇流座可以由能够满足压力要求的材料制成，如由金属制成。

本发明的有益效果是：直接在座体内部加工出分支气道和汇流气道，能够舍弃掉现有的带有安全隐患的分支管路；座体能够对储氢容器起到可靠的支撑和固定作用，从而使多个储氢容器在成组应用时的安全等级得以明显提升，以适用于汽车、叉车等的移动、振动的使用环境。

附图说明

图1是现有城市客车用的合金储氢装置的结构示意图；

图2是现有固定场合用的燃料电池备用电源的合金储氢装置的结构示意图；

图3是本发明储氢容器组件的结构原理图；

图4是储氢容器组件第一具体实施方式的立体结构示意图(示出水箱)；

图5是第一具体实施方式的立体结构示意图(仅示出两个储氢容器)；

图6是图5的半剖示意图；

图7是第一具体实施方式的剖视示意图(仅示出两个储氢容器)；

图8是储氢容器组件第二具体实施方式的立体结构示意图(仅示出两个储氢容器)；

图9是第二具体实施方式的剖视示意图(仅示出两个储氢容器)；

图10是储氢容器组件第三具体实施方式的立体结构示意图(仅示出两个储氢容器)；

图11是第三具体实施方式的剖视示意图(仅示出两个储氢容器)；

图12是储氢容器组件第四具体实施方式的立体结构示意图(仅示出两个储氢容器)；

图13是第四具体实施方式的剖视示意图(仅示出两个储氢容器)；

图14是第四具体实施方式的阀芯的立体结构示意图；

图15是第四具体实施方式的反映单个储氢容器和气体汇流座连接关系的剖视示意图(瓶阀打开)；

图16是第四具体实施方式的反映单个储氢容器和气体汇流座连接关系的剖视示意图(瓶阀关闭)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图3所示，一种气体汇流座5，其能够与合金储氢装置配合使用。合金储氢装置包括水箱及安装在水箱内部的多个储氢容器3，各储氢容器3并联，储氢容器3内部能够充填储氢合金，其具有氢气出入气道，该氢气出入气道能够连通储氢容器内部和外部。气体汇流座5由整块金属加工而成，其具有分支气道51、汇流气道52及氢气接口53。分支气道51与储氢容器3一一对应，各分支气道51汇集于该汇流气道52，该汇流气道52与氢气接口53连通。

使用时，将多个储氢容器3与该气体汇流座5固定，各储氢容器的氢气出入气道与对应的分支气道51对正连通，使储氢容器3能够通过分支气道51、汇流气道52与氢气接口53连通。充氢时，氢气流经氢气接口53、汇流气道52，再通过分支气道51分流到各个储氢容器3。供氢时，各个储氢容器3释放的氢气流经与其对应的分支气道51，再汇集到汇流气道52后，由氢气接口53流出。

本实施方式中，氢气接口53能够与外部充放氢管路连接，从而实现外部充放氢管路和各个储氢容器之间的气路连接。

本实施方式中，气体汇流座5具有座体50，该座体50具有第一外表面54和第二外表面55。分支气道51自设于第二外表面55的开口向座体50内部延伸形成，氢气接口53设于第一外表面54，汇流气道52设于座体50内部并将各分支气道51与氢气接口53连通。

本实施方式中，一个气体汇流座5可以同时与三个合金储氢装置对接固定，即，三个合金储氢装置可以分别安装在同一个气体汇流座5的三个第二外表面55上，使各储氢容器与同一个氢气接口53连通。当然，一个气体汇流座5也可以与一个或其它数量的合金储氢装置对接固定；一个第二外表面也可以同时与多个合金储氢装置对接固定。

对于气体汇流座，汇流气道52可以根据要求设计成不同形状，其可以由一段或多段气道组成。各段气道可以沿储氢容器的轴线方向延伸，各段气道也可以与储氢容器的轴线垂直，各段气道也可以与储氢容器的轴线具有不同的夹角。分支气道51可以根据要求设计成不同形状，其可以由一段或多段气道组成。汇流气道52的各段气道可以是等内径气道，也可以是变内径气道；各段气道可以是直线形气道，也可以是曲线形气道。分支气道51可以是等内径气道，也可以是变内径气道。

如图4至图7所示，其为储氢容器组件的第一具体实施方式。储氢容器组件包括气体汇流座5及多个储氢容器3。

气体汇流座5能够与合金储氢装置1配合使用。气体汇流座5具有座体50，该座体50具有相对的第一外表面54和第二外表面55，第二外表面55面向储氢容器3，第一外表面54背向储氢容器3。第一外表面54设有氢气接口53。第二外表面55设有多个开口，自各个开口向座体50内部延伸形成分支气道51。座体50内部还设有汇流气道52。各分支气道51均与汇流气道52贯通，氢气接口53与该汇流气道52贯通，各分支气道51均通过该汇流气道52与氢气接口53连通。

合金储氢装置1包括水箱2及安装在水箱2内部的多个储氢容器3，各储氢容器3并联设置。储氢容器3包括容器本体31及端盖32，该端盖32与容器本体31固定一体并封闭容器本体31的开口。容器本体31内部能够充填储氢合金。端盖32具有面向气体汇流座的对接面35，自该对接面35的中央位置沿储氢容器的轴线方向A横向贯穿该端盖32形成氢气出入气道33。

安装时，将合金储氢装置1和气体汇流座5对接，各储氢容器3的对接面35与气体汇流座5的第二外表面55气密配合，各储氢容器的氢气出入气道33与对应的分支气道51对接连通，且通过螺纹紧固件6将储氢容器3安装在气体汇流座5的第二外表面55上。

本实施方式中，气体汇流座5还具有沿轴线方向A横向贯穿第二外表面55和第一外表面54的螺孔57，该螺孔57与分支气道51、汇流气道52均不连通。储氢容器3的端盖32对应具有螺孔34，该螺孔34是盲孔，该螺孔34与氢气出入气道33互不连通。螺纹紧固件6锁入螺孔57和螺孔34，实现储氢容器3和气体汇流座5的固定连接。

本实施方式中，第一外表面54和第二外表面55平行，分支气道51可以沿储氢容器的轴线方向A延伸，汇流气道52可以与储氢容器的轴线垂直。当然，第一外表面54和第二外表面55也可以垂直或者具有其它夹角。分支气道51在第二外表面55形成开口并自该开口向第一外表面54延伸至与汇流气道52贯通，使分支气道51和氢气接口53分别位于汇流气道52的两侧。

本实施方式中，第二外表面55与端盖的对接面35气密配合，通常的，第二外表面55和对接面35平面贴合。

本实施方式中，为了提高第二外表面55和对接面35之间的气体密封性，对接面35可以凹设有环绕氢气出入气道33的两个环形密封槽36，两个密封槽36内均可以嵌入安装有弹性密封圈7。当然，也可以仅设置一个密封槽。

本实施方式中，汇流气道52与储氢容器3的轴线垂直，其纵向贯穿座体50，该汇流气道52的两端可以安装有可拆卸的堵头56(当然也可以将堵头56安装在座体50后焊封)。

如图8及图9所示，其为储氢容器组件的第二具体实施方式。该实施方式与第一具体实施方式的主要区别在于：储氢容器端盖32的中央位置向外延伸出凸台37。

气体汇流座5具有座体50，该座体50具有相对的第一外表面54和第二外表面55，第二外表面55面向储氢容器3，第一外表面54背向储氢容器3。第一外表面54设有氢气接口53。第二外表面55设有多个开口，自各个开口向座体50内部延伸形成分支气道51。座体50内部还设有汇流气道52。各分支气道51均与汇流气道52贯通，氢气接口53与该汇流气道52贯通，各分支气道51均通过该汇流气道52与氢气接口53连通。

储氢容器3有多个且并联设置。储氢容器3包括容器本体31及端盖32，该端盖32与容器本体31固定一体并封闭容器本体31的开口。容器本体31内部能够充填储氢合金。端盖32具有面向气体汇流座的对接面35，自该对接面35的中央位置沿储氢容器的轴线方向A横向贯穿该端盖32形成氢气出入气道33。该氢气出入气道33也横向贯穿凸台37。安装时，储氢容器3和气体汇流座5通过螺纹紧固件6连接；凸台37伸入与其对应的分支气道51，且凸台37与分支气道51轴孔配合并密封。氢气出入气道33的位于凸台37内部的部分，可以定义为延伸气道。

凸台37的外圆周面凹设有环形密封槽36，该密封槽36内嵌入安装有弹性密封圈7，进而提高凸台37和分支气道51之间的气密性能。

本实施方式中，储氢容器端盖的对接面35与气体汇流座的第二外表面55气密贴合，为了提高气密性能，对接面35也凹设有密封槽36，弹性密封圈7嵌入安装在该密封槽36内。

本实施方式中，各分支气道51的轴线与储氢容器3的轴线重合，即各分支气道51沿与其对应的储氢容器的轴线方向A延伸，各分支气道51均与汇流气道52贯通，汇流气道52可以与储氢容器3的轴线垂直。氢气接口53的轴线与储氢容器的轴线平行或重合，且氢气接口53与汇流气道52贯通。分支气道51和氢气接口53分别位于汇流气道52的两侧。汇流气道52可以纵向贯穿座体50，该汇流气道52的两端可以安装有可拆卸的堵头56(当然也可以将堵头56安装在座体50后焊封)。螺纹紧固件6可以锁入气体汇流座座体50的螺孔和储氢容器端盖32的螺孔，实现储氢容器3和气体汇流座5的固定连接。

如图10及图11所示，其为储氢容器组件的第三具体实施方式。

储氢容器组件包括气体汇流座5及多个储氢容器3。储氢容器3包括容器本体31及端盖32，该端盖32与容器本体31固定一体并封闭容器本体31的开口。容器本体31内部能够充填储氢合金。端盖32具有面向气体汇流座的对接面35，自该对接面35中央位置沿储氢容器的轴线方向A横向贯穿该端盖32形成氢气出入气道33。储氢容器还包括螺栓38，该螺栓38自该对接面35的中央位置沿轴线方向A向外一体延伸，该螺栓38的长度可以大于气体汇流座5的整体宽度。氢气出入气道33延伸到螺栓38内部一定长度但未横向贯穿该螺栓，即该螺栓至少部分中空。螺栓的中空部分还具有径向贯穿的气孔39，该气孔39连通氢气出入气道33和汇流气道52。

气体汇流座5具有座体50，该座体50具有相对的第一外表面54和第二外表面55，第二外表面55面向储氢容器3，第一外表面54背向储氢容器3。第一外表面54设有氢气接口53。第二外表面55设有多个开口，自各个开口向座体50内部延伸并贯穿第一外表面而形成分支气道51，即分支气道51可以横穿该座体50。座体50内部还设有汇流气道52。各分支气道51均与汇流气道52正交贯通，氢气接口53与该汇流气道52贯通，各分支气道51均通过该汇流气道52与氢气接口53连通。

安装时，将储氢容器3与气体汇流座5对接，储氢容器3的对接面35与气体汇流座的第二外表面55贴合，储氢容器的螺栓38横穿气体汇流座的分支气道51，其伸出的头部用螺母6固定，实现储氢容器3和气体汇流座5的对接固定。

本实施方式中，螺栓38与端盖32一体成型。螺栓的外圆周面凹设有两个环形密封槽36，两个密封槽分别位于汇流气道52的两侧，两个密封槽内均嵌入安装有弹性的密封圈7。汇流气道52纵向贯穿座体50，其两端均被可拆卸的堵头56封堵。储氢容器的对接面也可以设置环形密封槽，该密封槽内也可以嵌入安装具有弹性的密封圈。

本实施方式中，将储氢容器和螺栓集成一体，而形成自带螺栓的储氢容器。

如图12至图16所示，其为储氢容器组件的第四具体实施方式。

储氢容器组件包括气体汇流座5及多个储氢容器3。储氢容器3包括容器本体31及端盖32，该端盖32与容器本体31固定一体并封闭容器本体31的开口。容器本体31内部能够充填储氢合金。端盖32具有面向气体汇流座的对接面35，自该对接面35中央位置沿储氢容器的轴线方向A横向贯穿该端盖32形成氢气出入气道33。储氢容器还包括瓶阀，该瓶阀8设于对接面35。瓶阀8包括阀座83及阀芯82。阀座83自对接面35的中央位置沿轴线方向A向外一体延伸，阀座83具有沿轴线方向A延伸的阀腔84，阀腔84与氢气出入气道33连接，阀腔和氢气出入气道的连接处形成阀口85。阀座83与分支气道51轴孔配合，阀座具有径向贯穿的气孔81，该气孔81和阀腔33贯通。阀芯82活动安装在阀座83的内部，其能够相对阀座83在阀腔内往复运动。阀座83与阀芯82螺纹连接，阀芯82相对阀座83具有打开位置和关闭位置，阀芯82运动到关闭位置时，瓶阀8关闭，阀芯82堵住阀口85，氢气出入气道33与阀腔84断开连通，使氢气出入气道33和汇流气道52断开连通，使容器本体31内的氢气不能进入汇流气道52；阀芯82运动到打开位置时，瓶阀8打开，阀芯82离开阀口85，氢气出入气道33与阀腔84连通，使氢气出入气道33和汇流气道52连通，使容器本体31内的气体能够进入汇流气道52。

气体汇流座5具有座体50，该座体50具有相对的第一外表面54和第二外表面55，第二外表面55面向储氢容器3，第一外表面54背向储氢容器3。第一外表面54设有氢气接口53。第二外表面55设有多个开口，自各个开口向座体50内部延伸并贯穿第一外表面54而形成分支气道51，即分支气道51横向贯穿座体50。座体50内部还设有汇流气道52。各分支气道51均与汇流气道52正交贯通，氢气接口53与该汇流气道52贯通，各分支气道51均通过汇流气道52与氢气接口53连通。

阀芯82具有外螺纹段86，阀腔84对应设有内螺纹段，通过外螺纹段86和内螺纹段的配合，实现阀芯82和阀座83的螺纹连接，旋转阀芯82时，利用相互配合的螺纹段，使阀芯82能够沿轴线方向A移动。阀腔84可以沿轴线方向A横向贯穿阀座83，阀腔84的一端与氢气出入气道33连接，阀腔84的另一端与螺母6螺纹连接。维修更换时，可以旋下螺母6，通过工具(如扳手)拧转阀芯82来关闭瓶阀。为了便于拧转，阀座的拧转部88可以设置成与工具匹配的形状，如六角形。

安装时，各个瓶阀的阀座83横向穿过与其对应的分支气道51并通过紧固件9固定而将储氢容器3安装在气体汇流座的第二表面55；阀腔84后部的开口与螺母6螺纹连接。

氢气出入气道33和阀腔84可以构成一整体气道，该整体气道横向贯穿端盖32和阀座83，该整体气道具有能够控制气道通断的阀口85，阀芯82可以具有堵住阀口85的关闭位置和离开阀口85的打开位置，在关闭位置，整体气道断开而使容器本体31和汇流气道52断开连通；在打开位置，整体气道导通而通过气孔81与汇流气道52连通，使容器本体31和汇流气道52连通。

本实施方式中，阀芯82前部的外圆周面和后部的外圆周面均可以设有密封槽87，外螺纹段86位于两个密封槽87之间，密封槽87内可以嵌入安装有密封圈7，进而提高阀芯82和阀座83之间的气密性。阀芯82在关闭位置时，阀芯前部的密封圈7可以堵住阀口85。螺母6与阀座83螺纹连接，并能够通过密封圈7与阀座83气密配合。

本实施方式中，储氢容器和瓶阀集成一体，形成自带瓶阀的储氢容器。该自带瓶阀的储氢容器可以和气体汇流座配合使用，当需要维修时，可以将所有的瓶阀关闭，然后将有故障的储氢容器替换出来。故障排除后再打开所有的瓶阀，就可以恢复正常工作；避免现有合金储氢装置需要维修时(比如某个储氢容器出现轻微泄漏时)，需要将所有储氢容器的气体全部放光，从而在拆卸过程中存在外部空气进入储氢容器导致储氢合金受污染的风险。

一种燃料电池车辆，包括所述储氢容器组件。储氢容器可以固定在水箱内部，同时，气体汇流座也与储氢容器固定。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (5)

1.一种储氢容器，具有端盖及能够充填储氢合金的容器本体，所述端盖与所述容器本体固定一体并封闭所述容器本体的开口，所述端盖具有横向贯穿的氢气出入气道，其特征在于，还具有螺栓，所述端盖具有对接面，所述螺栓自所述对接面的中央位置沿所述储氢容器的轴线方向向外一体延伸，所述氢气出入气道向外延伸到所述螺栓的内部，所述螺栓具有径向贯穿的气孔，所述气孔与所述氢气出入气道连通。

2.一种储氢容器组件，包括多个储氢容器，所述储氢容器具有端盖及能够充填储氢合金的容器本体，所述端盖与所述容器本体固定一体并封闭所述容器本体的开口，所述氢气出入气道横向贯穿所述端盖，其特征在于，还包括气体汇流座，所述气体汇流座具有座体、氢气接口、汇流气道及多个分支气道，所述座体具有第一外表面和第二外表面，所述分支气道横向贯穿所述第一外表面和第二外表面，所述汇流气道设于所述座体的内部，所述氢气接口设于所述座体，各所述分支气道通过所述汇流气道与所述氢气接口连通；所述储氢容器还具有螺栓，所述端盖具有对接面，所述螺栓自所述对接面的中央位置沿所述储氢容器的轴线方向向外一体延伸，所述氢气出入气道向外延伸到所述螺栓的内部，所述螺栓具有径向贯穿的气孔；所述储氢容器与分支气道一一对应；所述螺栓横穿所述分支气道并通过紧固件固定而将所述储氢容器安装于所述第二外表面，所述气孔连通所述氢气出入气道和汇流气道。

3.如权利要求2所述的储氢容器组件，其特征在于，所述第二外表面和所述对接面贴合，所述第二外表面凹设有环绕所述氢气出入气道的环形密封槽，所述密封槽内嵌入安装有弹性的密封圈；所述螺杆的外圆周面凹设有环形密封槽，所述密封槽内嵌入安装有弹性的密封圈。

4.如权利要求2所述的储氢容器组件，其特征在于，所述分支气道沿所述储氢容器的轴线方向延伸，所述汇流气道与所述储氢容器的轴线垂直，所述分支气道与所述汇流气道贯通，所述汇流气道与所述氢气接口贯通。

5.一种燃料电池车辆，其特征在于，包括权利要求2-4中任意一项所述的储氢容器组件。