CN110474072A - 一种新型氢燃料电池及储氢罐 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于燃料电池领域，提供了一种新型氢燃料电池及储氢罐，储氢罐包括：储氢罐本体，储氢罐本体内部设置有至少两个用于存储氢气的储氢腔；设置在储氢罐本体一端与一储氢腔连通的出气管；连通相邻两储氢腔之间的连接通道；设置在连接通道内部的电磁阀门；设置在储氢腔内部与电磁阀门电连接的第一感应器；及分别与电磁阀门及第一感应器电连接当接收第一感应信号时控制电磁阀门开启的控制器。本发明通过设置至少两个储氢腔，并利用第一感应器自动控制电磁阀门的开启，能够不需要人为补充氢气，同时避免了当主储氢腔中的气压低于第一预设阈值，即氢气即将耗尽时，由于得不到及时补充导致影响与氢燃料电池连接的负载用电器正常运行的情况发生。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域，尤其涉及一种新型氢燃料电池及储氢罐。
背景技术
随着石油能源危机的迫近和燃油污染日趋严重的影响，新能源的开发被各国政府纷纷提上议事日程。
氢燃料电池是一种新能源电池，可广泛应用于汽车，机械加工，无人机等各个行业。氢燃料电池的发电原理是在电池的阴阳两个电极分别充满电解液，而两个电极之间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由燃料电池的阳极进入，氧气(或空气)则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用，使得阳极的氢分子分解成两个质子与两个电子，其中质子被氧分子吸引到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极，从而发电。
目前的氢燃料电池通常具有用于存储氢气的储氢罐，但是大多数氢燃料电池的储氢罐一旦氢气的剩余量不足以满足氢燃料电池生成电能时，用户需要中断负载用电器的使用，对储氢罐进行氢气补充，影响了负载用电器的正常运行，存在可改进之处。
发明内容
本发明提供一种新型氢燃料电池及储氢罐，旨在解决现有的氢燃料电池的储氢罐一旦氢气的剩余量不足以满足氢燃料电池生成电能时，用户需要中断负载用电器的使用，对储氢罐进行氢气补充，影响了负载用电器的正常运行的问题。
本发明是这样实现的：
一方面提供一种储氢罐，包括：储氢罐本体，所述储氢罐本体内部设置有至少两个用于存储氢气的储氢腔，所述至少两个储氢腔相邻布设；设置在所述储氢罐本体一端与一所述储氢腔连通的出气管；连通相邻两所述储氢腔之间的连接通道；设置在所述连接通道内部、用于实现所述连接通道连通或关闭的电磁阀门；设置在所述储氢腔内部与所述电磁阀门电连接、当检测到所述储氢腔内部气压小于第一预设阈值时发出第一控制信号的第一感应器；及分别与所述电磁阀门及第一感应器电连接、当接收所述第一感应信号时控制所述电磁阀门开启的控制器。
优选地，所述储氢腔内还设置有分别与所述电磁阀门、第一感应器及控制器电连接的第二感应器，所述第二感应器在检测到所述储氢罐内氢气浓度小于第二预设阈值时能够发出第二控制信号发送至所述控制器，当所述控制同时接收所述第一控制信号及第二控制信号时控制所述电磁阀门开启，否则禁止所述电磁阀门开启。
优选地，所述储氢罐本体上设有分别与所有所述电磁阀门及控制器电连接的计数器及网络传输模块，所述计数器用于计算所述电磁阀门打开的次数，并将所述计算得到的次数通过所述网络传输模块传输至客户端。
优选地，所述第一感应器为气压传感器；所述第二感应为氢气传感器；所述网络传输模块为蓝牙模块或WiFi模块。
另一方面提供一种新型氢燃料电池，包括如上所述的储氢罐；氢燃料电池本体，所述氢燃料电池本体一侧设有供空气进入的第一进气口，另一侧设有供氢气进入的第二进气口，所述第二进气口与所述储氢罐的出气管连接，所述储氢罐为所述氢燃料电池本体提供氢气与空气进行反应；及与所述氢燃料电池电连接、用于存储氢气与空气在所述氢燃料电池本体内反应产生的电能的蓄电模块。
优选地，所述新型氢燃料电池还包括连接所述氢燃料电池本体的排水口的排水管，及与所述排水管远离所述排水口一端连接的蓄水箱。
优选地，所述排水管靠近所述蓄水箱的一端还装配有水蒸气液化器，所述水蒸气液化器将所述排水管中的水蒸气进行液化后存储至所述蓄水箱。
优选地，所述新型氢燃料电池还包括分别与所述控制器及水蒸气液化器电连接的温度传感器，当所述温度传感器检测到外界温度低于第三预设阈值时发出第三控制信号传递至所述控制器，通过所述控制器控制所述水蒸气液化器关闭。
优选地，所述氢燃料电池本体的第一进气口设有空气涡轮增压机。
优选地，该新型氢燃料电池还包括电压电流采集管理器，用于计算所述新型氢燃料电池的输出功率和负载的负载功率，若所述新型氢燃料电池的输出功率小于负载功率时，则控制所述蓄电模块放电，以补偿新型氢燃料电池的输出功率；若所述新型氢燃料电池的输出功率大于负载功率时，则控制所述蓄电模块充电。
与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：
本发明所提供的储氢罐包括：储氢罐本体，储氢罐本体内部设置有至少两个用于存储氢气的储氢腔；设置在储氢罐本体一端与一储氢腔连通的出气管；连通相邻两储氢腔之间的连接通道；设置在连接通道内部的电磁阀门；设置在储氢腔内部与电磁阀门电连接的第一感应器；及分别与电磁阀门及第一感应器电连接当接收第一感应信号时控制电磁阀门开启的控制器。本发明通过设置至少两个储氢腔，并利用第一感应器自动控制电磁阀门的开启，能够不需要人为补充氢气，同时避免了当主储氢腔中的气压低于第一预设阈值，即氢气即将耗尽时，由于得不到及时补充导致影响与氢燃料电池连接的负载用电器正常运行的情况发生。
附图说明
图1是本发明提供的一种储氢罐的结构示意图；
图2是本发明提供的一种新型氢燃料电池的结构示意图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明实施例一方面提供了一种储氢罐，如图1所示，包括：储氢罐本体1，所述储氢罐本体1内部设置有至少两个用于存储氢气的储氢腔2，所述至少两个储氢腔2相邻布设；设置在所述储氢罐本体1一端与一所述储氢腔2连通的出气管3；连通相邻两所述储氢腔2之间的连接通道4；设置在所述连接通道4内部、用于实现所述连接通道4连通或关闭的电磁阀门5；设置在所述储氢腔2内部与所述电磁阀门5电连接、当检测到所述储氢腔2内部气压小于第一预设阈值时发出第一控制信号的第一感应器6；及分别与所述电磁阀门5及第一感应器6电连接、当接收所述第一感应信号时控制所述电磁阀门5开启的控制器。
在本实施例中，储氢罐包括储氢罐本体1、出气管3、连接通道4、电磁阀门5、第一感应器6(例如气压传感器)及控制器(图中未示出)。具体地，储氢罐本体1的内部设置有两个以上相邻布设的储氢腔2，其中，储氢腔2用于存储氢气，在本实施例中，储氢腔2的数量设置为2个，在其他实施例中还可以根据实际需求对储氢腔2的数量进行调整为2个以上。出气管3设置在储氢罐本体1的一端，同时与其中任一储氢腔2连通，并将该与出气管3连通的储氢腔2作为主储氢腔2，其他与主储氢腔2相邻的储氢腔2作为备用储氢腔2。连接通道4同时连通相邻两储氢腔2，以主储氢腔2及相邻备用储氢腔2为例，连接通道4同时连通主储氢腔2与相邻备用储氢腔2，并在储氢腔2内部设置控制连接通道4连通或关闭的电磁阀门5，在储氢腔2内部设置与电磁阀门5电连接的第一感应器6，在储氢管本体上设置分别与电磁阀门5及第一感应器6电连接的控制器。当第一感应器6检测到储氢腔2内部气压小于第一预设阈值(通常第一预设阈值为储氢腔2在充满气的情况下气压的60％，例如储氢腔2在充满气的情况下气压为30MPA，则第一预设阈值为18MPA)时发出第一控制信号发送给控制器，通过控制器控制电磁阀门5开启，实现连接通道4同时连通主储氢腔2与相邻备用储氢腔2，进而将备用储氢腔2的氢气自动补充至主储氢腔2内，不需要人为补充氢气，同时避免了当主储氢腔2中的气压低于第一预设阈值，即氢气即将耗尽时，由于得不到及时补充导致影响与氢燃料电池连接的负载用电器(图中未示出)正常运行的情况发生。
本发明进一步较佳实施例中，如图1所示，所述储氢腔2内还设置有分别与所述电磁阀门5、第一感应器6及控制器电连接的第二感应器7，所述第二感应器7在检测到所述储氢罐内氢气浓度小于第二预设阈值时能够发出第二控制信号发送至所述控制器，当所述控制同时接收所述第一控制信号及第二控制信号时控制所述电磁阀门5开启，否则禁止所述电磁阀门5开启。
在本实施例中，储氢腔2内还设置有分别与电磁阀门5、第一感应器6(例如氢气传感器)及控制器(图中未示出)电连接的第二感应器7，当第二感应器7在检测到储氢罐内氢气浓度小于第二预设阈值(例如20％)时能够发出第二控制信号发送至控制器，在本实施例中，第一感应器6与第二感应器7之间为串联关系，只有当第一感应器6与第二感应器7同时触发时，控制器才控制电磁阀门5开启，否则禁止电磁阀门5开启。通过限定控制器只有同时接收第一控制信号及第二控制信号时才控制电磁阀门5开启，即满足储氢腔2内的气压低于第一预设阈值的同时，还满足储氢罐内氢气浓度小于第二预设阈值，防止当第一感应器6出现误差，例如储氢腔2中的氢气还足以为氢燃料电池提供时，这时触发控制器控制电磁阀门5开启，造成氢气的浪费。因此通过设置第二感应器7能够提高电磁阀门5开启的合理性。
本发明进一步较佳实施例中，如图1所示，所述储氢罐本体1上设有分别与所有所述电磁阀门5及控制器电连接的计数器及网络传输模块，所述计数器用于计算所述电磁阀门5打开的次数，并将所述计算得到的次数通过所述网络传输模块传输至客户端。
在本实施例中，当存在2个以上的储氢腔2时，例如4个并列设置，相邻2个储氢腔2之间通过连接通道4进行连通，同时在每个连接通道4内均设有电磁阀门5及第一感应器6。为了让用户及时得知剩下的还未开启电磁阀门5的备用储氢腔2数量，因此在储氢罐本体1上设有分别与所有电磁阀门5及控制器电连接的计数器(图中未示出)及网络传输模块(例如蓝牙模块或WiFi模块)，其中，计数器用于计算电磁阀门5打开的次数，例如2次，即剩下还未开启电磁阀门5的备用储氢腔2数量为1个，并将计算得到的次数，即1，通过网络传输模块(图中未示出)传输至客户端(图中未示出)告知用户。
另一方面提供一种新型氢燃料电池，如图2所示，包括如上所述的储氢罐；氢燃料电池本体8，所述氢燃料电池本体8一侧设有供空气进入的第一进气口9，另一侧设有供氢气进入的第二进气口10，所述第二进气口10与所述储氢罐的出气管3连接，所述储氢罐为所述氢燃料电池本体8提供氢气与空气进行反应；及与所述氢燃料电池电连接、用于存储氢气与空气在所述氢燃料电池本体8内反应产生的电能的蓄电模块11。
在本实施例中，一种新型氢燃料电池，包括储氢罐、氢燃料电池本体8及蓄电模块11。具体地，储氢罐包括储氢罐本体1、出气管3、连接通道4、电磁阀门5、第一感应器6(例如气压传感器)及控制器(图中未示出)。储氢罐本体1的内部设置有两个以上相邻布设的储氢腔2，其中，储氢腔2用于存储氢气。出气管3设置在储氢罐本体1的一端，同时与其中任一储氢腔2连通，并将该与出气管3连通的储氢腔2作为主储氢腔2，其他与主储氢腔2相邻的储氢腔2作为备用储氢腔2。连接通道4同时连通相邻两储氢腔2，以主储氢腔2及相邻备用储氢腔2为例，连接通道4同时连通主储氢腔2与相邻备用储氢腔2，并在储氢腔2内部设置控制连接通道4连通或关闭的电磁阀门5，在储氢腔2内部设置与电磁阀门5电连接的第一感应器6，在储氢管本体上设置分别与电磁阀门5及第一感应器6电连接的控制器。当第一感应器6检测到储氢腔2内部气压小于第一预设阈值(通常第一预设阈值为储氢腔2在充满气的情况下气压的60％，例如储氢腔2在充满气的情况下气压为30MPA，则第一预设阈值为18MPA)时发出第一控制信号发送给控制器，通过控制器控制电磁阀门5开启，实现连接通道4同时连通主储氢腔2与相邻备用储氢腔2，进而将备用储氢腔2的氢气自动补充至主储氢腔2内，不需要人为补充氢气，同时避免了当主储氢腔2中的气压低于第一预设阈值，即氢气即将耗尽时，由于得不到及时补充导致影响与氢燃料电池连接的负载用电器(图中未示出)正常运行的情况发生。
氢燃料电池本体8一侧设有供空气进入的第一进气口9，另一侧设有供氢气进入的第二进气口10。其中，第二进气口10与储氢罐的出气管3连接，储氢罐为氢燃料电池本体8提供氢气与空气进行反应。蓄电模块11(例如锂电池)与氢燃料电池电连接，用于存储氢气与空气在氢燃料电池本体8内反应产生的电能，通过将蓄电模块11与负载用电器电连接实现供电。同时在蓄电模块11外部还设有防燃层(例如环氧树脂、酚醛树脂)提高蓄电模块11的防火能力。
在另一实施例中，该新型氢燃料电池还包括电压电流采集管理器(Volt CurrentManagement System，简称VCMU，图中未示出)，用于计算新型氢燃料电池的输出功率和负载的负载功率，若新型氢燃料电池的输出功率小于负载功率时，则控制蓄电模块11放电，以补偿新型氢燃料电池的输出功率；若新型氢燃料电池的输出功率大于负载功率时，则控制蓄电模块11充电。
本发明进一步较佳实施例中，如图2所示，所述新型氢燃料电池还包括连接所述氢燃料电池本体8的排水口的排水管12，及与所述排水管12远离所述排水口一端连接的蓄水箱13。
在本实施例中，由于氢气与空气在氢燃料电池本体8中反应后会产生水蒸气，为了对产生的水蒸气进行回收利用，因此在氢燃料电池本体8的排水口处连接有排水管12，同时在远离排水口一端设置有与排水管12连接的蓄水箱13，通过将水蒸气在排水管12中液化成水后存储在蓄水箱13中。
本发明进一步较佳实施例中，如图2所示，所述排水管12靠近所述蓄水箱13的一端还装配有水蒸气液化器14，所述水蒸气液化器14将所述排水管12中的水蒸气进行液化后存储至所述蓄水箱13。
在本实施例中，由于当外界温度较高时会影响水蒸气的液化效率，因此为了加快水蒸气的液化速度，因此在排水管12靠近蓄水箱13的一端还装配有将排水管12中的水蒸气进行液化后存储至蓄水箱13的水蒸气液化器14。
本发明进一步较佳实施例中，如图2所示，所述新型氢燃料电池还包括分别与所述控制器及水蒸气液化器14电连接的温度传感器15，当所述温度传感器15检测到外界温度低于第三预设阈值时发出第三控制信号传递至所述控制器，通过所述控制器控制所述水蒸气液化器14关闭。
在本实施例中，新型氢燃料电池还包括分别与控制器(图中未示出)及水蒸气液化器14电连接的温度传感器15，利用温度传感器15能够检测到当外界温度低于第三预设阈值(例如10°即为水蒸气加快液化提供了条件)时发出第三控制信号传递至控制器，通过控制器控制水蒸气液化器14关闭，避免造成电能的浪费。
本发明进一步较佳实施例中，如图2所示，所述氢燃料电池本体8的第一进气口9设有空气涡轮增压机16。
在本实施例中，为了提高空气进入氢燃料电池本体8内与氢气进行反应，因此在氢燃料电池本体8的第一进气口9设有空气涡轮增压机16增大空气的进气量，加速氢燃料电池的反应。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元之间的间接耦合或通信连接，可以是电信或者其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，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他实施例，都属于本发明所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。
Claims (10)
1.一种储氢罐，其特征在于，包括：
储氢罐本体，所述储氢罐本体内部设置有至少两个用于存储氢气的储氢腔，所述至少两个储氢腔相邻布设；
设置在所述储氢罐本体一端与一所述储氢腔连通的出气管；
连通相邻两所述储氢腔之间的连接通道；
设置在所述连接通道内部、用于实现所述连接通道连通或关闭的电磁阀门；
设置在所述储氢腔内部与所述电磁阀门电连接、当检测到所述储氢腔内部气压小于第一预设阈值时发出第一控制信号的第一感应器；及
分别与所述电磁阀门及第一感应器电连接、当接收所述第一感应信号时控制所述电磁阀门开启的控制器。
2.如权利要求1所述的储氢罐，其特征在于，所述储氢腔内还设置有分别与所述电磁阀门、第一感应器及控制器电连接的第二感应器，所述第二感应器在检测到所述储氢罐内氢气浓度小于第二预设阈值时能够发出第二控制信号发送至所述控制器，当所述控制同时接收所述第一控制信号及第二控制信号时控制所述电磁阀门开启，否则禁止所述电磁阀门开启。
3.如权利要求2所述的储氢罐，其特征在于，所述储氢罐本体上设有分别与所有所述电磁阀门及控制器电连接的计数器及网络传输模块，所述计数器用于计算所述电磁阀门打开的次数，并将所述计算得到的次数通过所述网络传输模块传输至客户端。
4.如权利要求3所述的储氢罐，其特征在于，所述第一感应器为气压传感器；
所述第二感应为氢气传感器；
所述网络传输模块为蓝牙模块或WiFi模块。
5.一种新型氢燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的储氢罐；
氢燃料电池本体，所述氢燃料电池本体一侧设有供空气进入的第一进气口，另一侧设有供氢气进入的第二进气口，所述第二进气口与所述储氢罐的出气管连接，所述储氢罐为所述氢燃料电池本体提供氢气与空气进行反应；及
与所述氢燃料电池电连接、用于存储氢气与空气在所述氢燃料电池本体内反应产生的电能的蓄电模块。
6.如权利要求5所述的新型氢燃料电池，其特征在于，所述新型氢燃料电池还包括连接所述氢燃料电池本体的排水口的排水管，及与所述排水管远离所述排水口一端连接的蓄水箱。
7.如权利要求6所述的新型氢燃料电池，其特征在于，所述排水管靠近所述蓄水箱的一端还装配有水蒸气液化器，所述水蒸气液化器将所述排水管中的水蒸气进行液化后存储至所述蓄水箱。
8.如权利要求7所述的新型氢燃料电池，其特征在于，所述新型氢燃料电池还包括分别与所述控制器及水蒸气液化器电连接的温度传感器，当所述温度传感器检测到外界温度低于第三预设阈值时发出第三控制信号传递至所述控制器，通过所述控制器控制所述水蒸气液化器关闭。
9.如权利要求8所述的新型氢燃料电池，其特征在于，所述氢燃料电池本体的第一进气口设有空气涡轮增压机。
10.如权利要求5所述的新型氢燃料电池，其特征在于，该新型氢燃料电池还包括电压电流采集管理器，用于计算所述新型氢燃料电池的输出功率和负载的负载功率，若所述新型氢燃料电池的输出功率小于负载功率时，则控制所述蓄电模块放电，以补偿新型氢燃料电池的输出功率；若所述新型氢燃料电池的输出功率大于负载功率时，则控制所述蓄电模块充电。
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