CN111326768A - 燃料电池的氢气系统及氢气系统的储氢模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池的氢气系统及氢气系统的储氢模块。燃料电池的氢气系统包括储氢模块、供氢模块和加氢模块，储氢模块包括两个以上氢气瓶和与氢气瓶对应的过流阀，氢气瓶包括瓶口阀，瓶口阀具有氢气进出口，过流阀集成在瓶口阀上，各瓶口阀上的氢气进出口设有至少两个，各氢气瓶通过瓶口阀上的两个氢气进出口串联布置。将过流阀集成在瓶口阀内部能够减少过流阀与瓶口阀之间的管路及相应的连接点，各氢气瓶之间通过两个氢气进出口串联布置，也能够减少连接的管路以及相应的三通接头，本发明的储氢模块中管路连接点大大降低，减少氢气系统中氢气泄漏风险，提高了输送氢气的安全性，并且简化了管路的连接，易于氢气系统组装。

Description

燃料电池的氢气系统及氢气系统的储氢模块
技术领域
本发明涉及一种燃料电池的氢气系统及氢气系统的储氢模块。
背景技术
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的装置，只需通入燃料和氧化剂就可以连续输出电能，具有能量转换率高、清洁环保的优点。燃料电池汽车因其高效率，零排放等优势，已成为新能源汽车发展的重要方向。
燃料电池汽车目前氢气储存方式为采用高压氢瓶储存，氢气储存压力一般为35MPa或70Mpa，与传统燃油车常压相比，燃料电池汽车燃料储存方式为高压储存，而且氢气具有着火点低、爆炸极限范围广、分子直径小，不易密封等特点，因此，燃料电池汽车氢气安全储存极为重要。
现有技术中，燃料电池汽车上装载的氢气系统一般包括储氢系统、供氢系统和加氢系统，供氢系统中包括多个气瓶，而根据相应的标准，供氢系统中的气瓶一般采用并联设置。授权公告号为CN206098552U、授权公告日为2017.04.12的中国实用新型专利文件公开了一种燃料电池汽车用的供氢系统，包括气瓶、组合瓶阀、加氢管路、工作管路、过压泄荷管路、高温泄放管路、卸荷管路、加氢口、放空口和燃料电池反应堆。组合瓶阀内串联布置有PRD模块、电磁阀模块、压力传感器、手动截止模块，电磁阀模块、手动截止模块等模块；气瓶通过组合瓶阀与工作管路一端连接，工作管路的另一端连接燃料电池反应堆。工作管路上还设有压力调节器，且压力调节器与组合瓶阀之间的工作管路上还设有过流阀，压力调节器与燃料电池反应堆之间的工作管路上设有球阀。加氢管路的一端连接到过流阀与压力调节器之间的工作管路上，另一端连接加氢口。该实用新型在组合瓶阀外外接有过流阀，当阀内氢气流量过大时，过流阀能够自动关闭，防止氢气大量泄漏。
授权公告号为CN206817167U，授权公告日为2017.12.29的中国实用新型专利还公开了一种高压集成式瓶阀，该瓶阀包括阀体，阀体上设有用于连接气瓶的气瓶连接端和总进气口，阀体内设有用于将总进气口与气瓶连接端导通的气流通道，阀体内沿着气流通道的导流方向从总进气口至气瓶连接端依次途径气动阀、手动截止阀、过流保护阀。该高压集成式瓶阀集成了过流保护阀（即过流阀），可以减少氢气系统接口数量，但是各气瓶之间仍旧通过并联结构连接，并联结构存在较多的三通节点，需要较多的三通接头和连接相邻两个三通接头的管路，存在连接点、要连接的管路较多，氢气泄漏风险及配管工作量较大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池的氢气系统，用以解决现有技术中氢气系统的连接点、要连接的管路较多，造成的氢气泄漏风险及配管工作量较大的问题；本发明的目的还在于提供一种氢气系统的储氢模块，用以解决现有技术中由于气瓶通过并联结构连接，连接点、要连接的管路较多，造成的氢气泄漏风险及配管工作量较大的问题。
为实现上述目的，本发明的燃料电池的氢气系统的技术方案是：
燃料电池的氢气系统，包括储氢模块、与储氢模块连接的供氢模块和加氢模块，储氢模块包括两个以上氢气瓶和与氢气瓶对应的过流阀，所述氢气瓶包括瓶口阀，瓶口阀具有氢气进出口，所述过流阀集成在瓶口阀上，各瓶口阀上的氢气进出口设有至少两个，各氢气瓶通过瓶口阀上的两个氢气进出口串联布置。
本发明的有益效果是：本发明将过流阀集成在了瓶口阀内部，相对于将过流阀外接的方案能够减少过流阀与瓶口阀之间的管路及相应的连接点，并且瓶口阀上设置至少两个氢气进出口，各氢气瓶之间能够通过两个氢气进出口串联布置，即仅通过单根管道将两个氢气瓶的氢气进出口连通就能够将两个氢气瓶进行连接，相对于在瓶口阀外将各氢气瓶连接至供氢管路的方案，能够减少连接的管路以及相应的三通接头，从而使得管路连接点大大降低，减少氢气系统中氢气泄漏风险，提高了输送氢气的安全性，并且简化了管路的连接，易于氢气系统组装。
进一步的，所述瓶口阀内设置有电磁阀，电磁阀与过流阀串联连通且过流阀相对于电磁阀靠近氢气进出口设置。过流阀设置在更加靠近氢气进出口位置更能够反映氢气流通的具体状态，有大量氢气溢出时，动作更加灵敏，反应更快。
进一步的，所述瓶口阀上的两氢气进出口相对于电磁阀的出口对称布置。氢气进出口对称设置朝向不一样能够防止两个氢气进出口连接的管路互相影响，还能够使两个氢气进出口的管路长度相等，提高一致性，从而使氢气在管路内流通更加通畅。
进一步的，所述瓶口阀上的两氢气进出口位于氢气瓶径向的两侧。氢气进出口位于氢气瓶径向的两侧，在氢气瓶并排布置时，连接氢气进出口的管路不需要弯曲，便于安装。
进一步的，串联的氢气瓶中位于其中一端的氢气瓶上的氢气进出口与供氢模块连接，另一端氢气瓶上的氢气进出口与加氢模块连接，供氢模块与加氢模块位于氢气瓶两侧，便于安放，并且供氢模块与加氢模块之间也不再需要连接，供氢模块与加氢模块能够直接与氢气进出口连接，不再需要设置主供氢管路等其他部件。
为实现上述目的，本发明的氢气系统的储氢模块的技术方案是：
氢气系统的储氢模块，包括两个以上氢气瓶和与氢气瓶对应的过流阀，所述氢气瓶包括瓶口阀，瓶口阀具有氢气进出口，所述过流阀集成在瓶口阀上，各瓶口阀上的氢气进出口设有至少两个，各氢气瓶通过瓶口阀上的两个氢气进出口串联布置。
本发明的有益效果是：本发明将过流阀集成在了瓶口阀内部，相对于将过流阀外接的方案能够减少过流阀与瓶口阀之间的管路及相应的连接点，并且瓶口阀上设置至少两个氢气进出口，各氢气瓶之间能够通过两个氢气进出口串联布置，即仅通过单根管道将两个氢气瓶的氢气进出口连通就能够将两个氢气瓶进行连接，相对于在瓶口阀外将各氢气瓶连接至供氢管路的方案，能够减少连接的管路以及相应的三通接头，从而使得管路连接点大大降低，减少氢气系统中氢气泄漏风险，提高了输送氢气的安全性，并且简化了管路的连接，易于氢气系统组装。
进一步的，所述瓶口阀内设置有电磁阀，电磁阀与过流阀串联连通且过流阀相对于电磁阀靠近氢气进出口设置。过流阀设置在更加靠近氢气进出口位置更能够反映氢气流通的具体状态，有大量氢气溢出时，动作更加灵敏，反应更快。
进一步的，所述瓶口阀上的两氢气进出口相对于电磁阀的出口对称布置。氢气进出口对称设置朝向不一样能够防止两个氢气进出口连接的管路互相影响，还能够使两个氢气进出口的管路长度相等，提高一致性，从而使氢气在管路内流通更加通畅。
进一步的，所述瓶口阀上的两氢气进出口位于氢气瓶径向的两侧。氢气进出口位于氢气瓶径向的两侧，在氢气瓶并排布置时，连接氢气进出口的管路不需要弯曲，便于安装。
附图说明
图1为本发明的燃料电池的氢气系统的具体实施例的连接示意图；
图2为本发明的燃料电池的氢气系统的具体实施例中的瓶口阀结构示意图；
附图标记说明：1-储氢模块；2-供氢模块；3-加氢模块；11-氢气瓶；12-瓶口阀；121-电磁阀；122-手动截止阀；123-爆破片；124-易熔合金；125-温度传感器；126-过流阀；127-氢气进出口；128-氢气泄放口；21-过滤器；22-电磁阀；23-减压阀；24-压力表；25-安全阀；26-放空阀；31-单向阀；32-过滤器；33-压力表；34-加氢口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的燃料电池的氢气系统的具体实施例，本实施例中的燃料电池为车载燃料电池。由于燃料电池汽车中氢气储存方式为高压储存，而且氢气具有着火点低、爆炸极限范围广、不易密封等特点，因此燃料电池汽车氢气安全储存极为重要。如图1所示，本实施例中氢气系统包括储氢模块1、与储氢模块1连接的供氢模块2和加氢模块3，储氢模块1具有多个氢气瓶11，氢气瓶11包括瓶口阀12，氢气瓶11之间在瓶口阀12处串联连通再连接至供氢模块2和加氢模块3。
如图2所示，本实施例中瓶口阀12内共设置有两条连接外界的连通通道，分别为第一连通通道和第二连通通道。第一连通通道由氢气瓶11内部至外部依次串联有电磁阀121、手动截止阀122和过流阀126。其中电磁阀121用于控制氢气瓶11内氢气的流出及进入，而手动截止阀122是对电磁阀121的补充，便于在系统出现故障时能够手动切断氢气供应，防止氢气瓶11内氢气泄漏。过流阀126为一种能够防止流体大量泄漏的阀门，能够在氢气瓶11内氢气泄漏时及时关闭，防止氢气瓶11内氢气泄漏，而将过流阀126设置在瓶口阀12内能够减少储氢模块1内由瓶口阀12至过流阀126之间的管路以及对应的连接点，能够减少安装氢气系统的难度和工序，一方面也减少了泄漏氢气的风险。
过流阀126外侧安装有两个氢气进出口127，各氢气瓶11通过氢气进出口127串联布置，即位于中间的氢气瓶11中一个氢气进出口127与位于前端的氢气瓶11连通，另一个与位于后端的氢气瓶11连通，仅通过单根管道将两个氢气瓶11的氢气进出口127连通就能够将两个氢气瓶11进行连接，相对于在瓶口阀12外将各氢气瓶11连接至供氢管路的方案，也能够减少连接的管路以及相应的三通接头。
本实施例中瓶口阀12中的两个氢气进出口127相对于过流阀126的出口对称设置，这样连接两个氢气进出口127的管路沿同一轴线延伸，相互不会影响，便于安装，并且对流经此处的氢气阻碍较小，流通更加通顺、流畅。并且本实施例中两个氢气进出口127沿氢气瓶11的径向对称设置，这样并排设置的多个氢气瓶11之间能够直接采用直管进行连接，便于安装。
如图1所示，瓶口阀12内的第二连通通道的出口为氢气泄放口128，第二连通通道内并联设置有易熔合金124和爆破片123，当瓶口阀12处的温度超过易熔合金124的熔点后，易熔合金124会熔融流出，实现氢气瓶11内部与外界的导通，进而对氢气瓶11内的氢气进行泄放，保证安全；而爆破片123能够在一定压力下破裂以泄放瓶内的氢气，防止氢气瓶11爆炸。瓶口阀12内还设置有温度传感器125以显示瓶内气体温度。
储氢模块1中氢气瓶11依次连接之后位于两端的氢气瓶11仍各具有一个氢气进出口127，分别构成总入口端和总出口端。供氢模块2和总出口端连接，用于向燃料电池供氢，加氢模块3与总入口端连接，用于向储氢模块1的氢气瓶11中添加氢气。供氢模块2和加氢模块3连接在储氢模块的两端便于安放，并且供氢模块2与加氢模块3之间也不再需要连接。
本实施例中供氢模块2由储氢模块1至燃料电池之间依次设置的过滤器21、电磁阀22、减压阀23、压力表24、安全阀25和放空阀26构成，负责为燃料电池提供合适气压的氢气，过滤器21首先过滤氢气中可能掺杂的固体颗粒，之后经过电磁阀22，电磁阀22用于控制供氢模块2的通断。电磁阀22后设置的减压阀23负责将氢气瓶11内的高压氢气减压至适合燃料电池的压力，之后氢气再依次通过压力表24、安全阀25和放空阀26。本实施例中加氢模块3内依次设置单向阀31、过滤器32、压力表33和加氢口34，负责向储氢模块1的氢气瓶11内添加氢气。
本发明将过流阀集成在了瓶口阀内部，相对于将过流阀外接的方案能够减少过流阀与瓶口阀之间的管路及相应的连接点，并且瓶口阀上设置至少两个氢气进出口，各氢气瓶之间能够通过两个氢气进出口串联布置，即仅通过单根管道将两个氢气瓶的氢气进出口连通就能够将两个氢气瓶进行连接，相对于在瓶口阀外将各氢气瓶连接至供氢管路的方案，能够减少连接的管路以及相应的三通接头，从而使得管路连接点大大降低，减少氢气系统中氢气泄漏风险，提高了输送氢气的安全性，并且简化了管路的连接，易于氢气系统组装。
本实施例中瓶口阀内的氢气进出口为两个，在其他实施例中，也可以设置三个或是三个以上，多余的为备用的接口，不用时可以进行封堵防止泄漏。
本实施例中过流阀设置在了手动截止阀和氢气进出口之间，在其他实施例中，过流阀也可以设置在电磁阀靠近氢气瓶内部的一侧，或是电磁阀与手动截止阀之间。
本实施例中，氢气瓶上的两个氢气进出口沿氢气瓶径向方向对称设置，在其他实施例中，两个氢气进出口也可以一上一下沿氢气瓶径向方向相背设置，或是两个氢气进出口朝向之间具有一定夹角，亦或是不再沿氢气瓶径向方向设置。此时供氢模块中氢气流通的阻力较大。
本实施例中供氢模块和加氢模块分别连接在供氢模块两端，在其他实施例中，也可以将供氢模块与加氢模块连通后再一同连接在供氢模块一端，此时供氢模块、加氢模块和储氢模块之间仍需要多个三通接口和管路，安装较为麻烦。
本发明的氢气系统的储氢模块的实施例，本实施例中的储氢模块与上述燃料电池的氢气系统的具体实施例中的储氢模块结构相同，不再赘述。

Claims (9)

1.燃料电池的氢气系统，包括储氢模块、与储氢模块连接的供氢模块和加氢模块，储氢模块包括两个以上氢气瓶和与氢气瓶对应的过流阀，所述氢气瓶包括瓶口阀，瓶口阀具有氢气进出口，其特征在于：所述过流阀集成在瓶口阀上，各瓶口阀上的氢气进出口设有至少两个，各氢气瓶通过瓶口阀上的两个氢气进出口串联布置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的氢气系统，其特征在于：所述瓶口阀内设置有电磁阀，电磁阀与过流阀串联连通且过流阀相对于电磁阀靠近氢气进出口设置。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池的氢气系统，其特征在于：所述瓶口阀上的两氢气进出口相对于电磁阀的出口对称布置。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池的氢气系统，其特征在于：所述瓶口阀上的两氢气进出口位于氢气瓶径向的两侧。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池的氢气系统，其特征在于：串联的氢气瓶中位于其中一端的氢气瓶上的氢气进出口与供氢模块连接，另一端氢气瓶上的氢气进出口与加氢模块连接。
6.氢气系统的储氢模块，包括两个以上氢气瓶和与氢气瓶对应的过流阀，所述氢气瓶包括瓶口阀，瓶口阀具有氢气进出口，其特征在于：所述过流阀集成在瓶口阀上，各瓶口阀上的氢气进出口设有至少两个，各氢气瓶通过瓶口阀上的两个氢气进出口串联布置。
7.根据权利要求6所述的氢气系统的储氢模块，其特征在于：所述瓶口阀内设置有电磁阀，电磁阀与过流阀串联连通且过流阀相对于电磁阀靠近氢气进出口设置。
8.根据权利要求6或7所述的氢气系统的储氢模块，其特征在于：所述瓶口阀上的两氢气进出口相对于电磁阀的出口对称布置。
9.根据权利要求6或7所述的氢气系统的储氢模块，其特征在于：所述瓶口阀上的两氢气进出口位于氢气瓶径向的两侧。
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