CN113063090B - 一种储氢器及其氢燃料电动自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储氢器及其氢燃料电动自行车，属于能源设备领域。包括瓶体，所述瓶体内部设置有导流管，所述导流管安装在所述瓶体的中轴线上，并沿着所述导流管按照预定间距、预定夹角固定安装有多个筛网，将瓶体分割成第一容腔和第二容腔；所述第一容腔和第二容腔依次间隔排列，在所述第一容腔内存储有固态储氢材料。本发明通过将固态储氢材料平铺于所述第一容腔上，避免固态储氢材料的堆积，增加了氢气与固态储氢材料的接触面积，无论是充氢过程中，还是放氢过程中，都能更快、更多的实现充氢和放氢，充分发挥固态储氢材料储氢性能。

Description

一种储氢器及其氢燃料电动自行车
技术领域
本发明属于能源设备领域，尤其是一种储氢器及其氢燃料电动自行车。
背景技术
以储氢罐作为氢气的储存装置，已是相当的普遍，无论是氢能燃料电池系统或应用氢能燃料电池的其他产品，都是需要氢气的供应。目前氢气储存的技术主要可分为高压气体、液态氢与储氢合金三种，其中高压气体储氢方式的能量、重量、密度较高，但是体积较大，而且安全性较差。液态氢储氢方式的能量、重量、密度虽也较高，但是液化能量消耗大，同时须使用隔热储槽，一般适合用在大型储存槽；储氢合金储氢方式的能量、重量、密度能够满足基本的使用需求，但是安全性比较高。在一般应用领域中，以储氢合金储氢方式较为实用。
然而现有技术中储气瓶一般为独立的封闭腔体，内部填充固态储氢材料。在长时间放置和运输过程中，会导致固态储氢材料堆积与腔体的一侧，而不能均匀分布，一方面由于固态储氢材料在充氢和放氢过程中，需要放热和吸热，因此封闭腔体的不同部位所产生的压力变化和温度变化均会存在较大不同，影响储氢瓶的使用寿命；另一方面，由于固态储氢材料的堆积，导致位于能不充分发挥出储氢材料的储氢性能。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种储氢器及其氢燃料电动自行车，以解决背景技术所涉及的问题。
本发明提供一种储氢器，包括：
包括：瓶体，多个过滤装置，其一设置在所述瓶体出气口内侧，其二设置在组合阀连接口底部，设置于所述瓶体出气口外侧的组合阀，以及均匀分布在所述瓶体内的固态储氢材料；
所述组合阀为多功能集成阀。优选地或可选地，所述集成阀包括：
阀体，所述阀体上设置有至少一个第一接口、至少一个第二接口；
控制阀，用于控制所述第一接口与第二接口通路的开闭；
安全阀，与所述第一接口相连通，控制瓶体内部压力和/或温度在预定范围；
调压阀，设置在所述第一接口与第二接口通路上，控制所述阀体的输出气压。
优选地或可选地，所述集成阀包括：
阀体，所述阀体上设置有至少一个第一接口、至少一个第二接口、至少一个第三接口；
控制阀，用于控制所述第一接口与第二接口通路和/或所述第一接口与第三接口通路的开闭；
安全阀，与所述第一接口相连通，控制瓶体内部压力和/或温度在预定范围；
调压阀，设置在所述第一接口与第三接口通路上，控制所述阀体的输出气压。
优选地或可选地，所述第一接口与瓶体出气口的外侧相连接；
所述第二接口上设置有内嵌于或部分内嵌于所述阀体内部的单向阀；
所述阀体内设有保压阀。
优选地或可选地，所述第三接口上外接有密封接头；
所述密封接头包括：与第三接口相连接的第一接头，与电堆相连接的第二接头；
当第一接头与第二接头处于断开状态时，所述第一接头具有截流功能，形成断路；
当第二接头插接于第一接头时，形成通路，并通过管路向电堆提供氢气。
优选地或可选地，所述瓶体内部设置有导流管，所述导流管安装在所述瓶体的中轴线上，并沿着所述导流管按照预定间距、预定夹角固定安装有多个筛网，将瓶体分割成多个第一容腔和第二容腔；所述第一容腔和第二容腔依次间隔排列，在所述第一容腔内存储有固态储氢材料；
在所述导流管上设置有至少与所述第二容腔相连通的通气孔；
优选地或可选地，所述导流管为网或孔状金属管；
所述金属导管采用铝合金、钛合金或金属铜中一种材质制成。
优选地或可选地，所述筛网与导流管之间的夹角与所述储氢器安装放置的倾斜夹角相同；
保证所述筛网安装方向与水平面相平行。
优选地或可选地，所述储氢器外部圆周面上设置有识别标签，所述识别标签设置方向与所述储氢器出气口方向相反；
通过识别标签判断所述储氢器的安装放置方向。本发明还公开了一种氢燃料电动自行车，包括电机及与电机连接的电堆，电堆连接至上述的储氢器。
本发明涉及一种低压安全储氢器及氢燃料电动自行车，相较于现有技术，具有如下有益效果：
1、通过将固态储氢材料均匀分布在所述储氢瓶中，具体为平铺于所述第一容腔上，避免固态储氢材料的堆积，增加了氢气与固态储氢材料的接触面积，无论是充氢过程中，还是放氢过程中，都能更快、更多的实现充氢和放氢，充分发挥固态储氢材料储氢性能。
2、通过将多个功能阀进行组合设计成组合阀，所述组合阀的设计结构合理、集成度高、安全性能好、使用寿命长。进一步简化了氢燃料电动自行车的管路布置，减小管路之间相互交错缠绕的可能性，降低后期维护难度。
3、通过在出气口连接密封接头，在运输、更换储氢器时，所述第一接头处于断路状态，自动封闭组合阀的出气口，提高了组合阀的气密性，进一步减小氢气泄露量。
4、通过在所述第二容腔内放置多个弹性球体，当储氢器在使用过程中会发生颠簸，当能量传递至弹性球体后，弹性球体会出现明显的弹跳，轻微撞击位于第二容腔上下方的两组筛网和位于筛网上方的固态储氢材料上，进而实现对固态储氢材料的翻动，进一步提高固态储氢材料储氢性能。
5、通过将过筛网水平放置，固态储氢材料又可以平铺于筛网上，增大固态储氢材料的比表面积，能更快、更多的实现充氢和放氢，充分发挥固态储氢材料储氢性能。
6、用户可以通过识别标签的方向，进而判断所述储氢器的安装放置方向，保证储氢器安装放置方向符合要求，避免固态储氢材料出现堆积，充分发挥固态储氢材料储氢性能。
7、通过在储氢器表面设置身份识别标签，一方面用户通过扫描设备获取储氢器的相关信息；另一方面，用户可以通过身份识别标签的方向，进而判断所述储氢器的方向性，保证储氢器安装放置方向符合要求。
8、导流管还能够增加储氢材料的导热和换热效率，为氢气的吸放提供良好的换热条件，降低氢气吸放成本，具有换热效果好、人工成本低的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中集成阀的结构示意图。
图3是本发明中集成阀的连接示意图。
图4是本发明中一优选实施例的储氢瓶结构示意图。
图5是本发明中另一优选实施例的储氢瓶结构示意图一。
图6是本发明中另一优选实施例的储氢瓶结构示意图二。
图7是本发明种储氢瓶安装状态图。
附图标记为：
储氢器100、支撑架200；
集成阀110、第一接口111、第二接口112、安全阀113、调压阀114、第三接口115、手动控制阀116、阀体117；
第一接头120；
储氢瓶130、瓶体131、导流管132、过滤装置133、筛网134、第一容腔135、第二容腔136、弹性球体137、防滑槽138；
把手140、安装槽141、把手柄142、滑槽143、连杆144；
防护罩150；身份识别标签151。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
参阅图1至7，一种储氢器，包括：集成阀110、第一接口111、第二接口112、安全阀113、调压阀114、第三接口115、手动控制阀116、阀体117、第一接头120、储氢瓶130、瓶体131、导流管132、过滤装置133、筛网134、第一容腔135、第二容腔136、弹性球体137、把手140、安装槽141、把手柄142、滑槽143、连杆144、防护罩150、身份识别标签151。
具体地，本发明所提供一种储氢器，包括：瓶体131，多个过滤装置133，设置于所述瓶体131出气口外侧的组合阀，以及均匀分布在所述瓶体131的固态储氢材料；所述过滤装置133可以设置在瓶体出气口内侧和组合阀连接口底部，主要用于隔离固态储氢材料，对比本领域技术人员而言，上述过滤装置的安装位置但并不局限上述两处。所述组合阀为多功能集成阀110。所述瓶体131与组合阀之间为一体式连接结构，而非管路连接或线路连接，直接由工厂根据设计要求进行一体式安装和生产，所述连接结构包括但不限于螺纹配合、卡固配合、焊接等固定连接方式，使得所述储氢器与组合阀形成一个封闭腔体。在所述封闭腔体内存放有固态储氢材料，所述固态储氢材料被加热后，经过组合阀向电堆提供氢气压力为15-50kpa，使得在未使用时，储氢器的内部压力较小（普遍意义上的低压储氢），不会对用户产生危害。
在进一步实施例中，参阅图2至3，所述集成阀110包括：阀体117、第一接口111、第二接口112、第三接口115、手动控制阀116、安全阀113和调压阀114；其中，第一接口111与所述瓶体131的出气口连通，向所述阀体117内传输氢气；第二接口112与所述第一接口111连通，单向接收氢气并传输至所述第一接口111；第三接口115与所述第一接口111连通，接收氢气并连接至一电堆300，并向所述电堆300提供15-50kpa的氢气，需要说明的是，在其它实施例中所述第一接口和第二接口可以合并为一个接口；手动控制阀116设置在第二接口112、第三接口115与所述第一接口111的连接点上，控制所述第一接口111与第二接口112通路、所述第一接口111与第三接口115通路的开闭；安全阀113与所述第一接口111相连通，保证瓶体131内部压力控制在1-3MPa的低压范围；调压阀114设置在所述第一接口111与第三接口115通路上，用于控制所述阀体117内的气压。通过将多个功能阀进行组合设计成集成阀110，所述集成阀110的设计结构合理、集成度高、安全性能好、使用寿命长。进一步简化了氢燃料电动自行车的管路布置，减小管路之间相互交错缠绕的可能性，降低后期维护难度。
在进一步实施例中，所述第一接口111为双向阀，其一端与储氢瓶200相连接；所述第二接口112为单向阀，当第二接口112接通外接气源后，只能由外接气源单向流通至储氢瓶200，而不能由储氢瓶200方向流动，保证了集成阀110的气密性；所述第三接口115为保压阀或单向阀，或在所述在第一接口与第三接口通路上设置保压阀，当所述储氢瓶200内的压力大于外部压力时，所述第三接口115才处于通路状态。
在进一步实施例中，所述第二接口和第三接口合二为一，在本实例中列举两种方案作为本实施例的具体解释。方案一，在所述阀体117上仅设置有第一接口111和第二接口112，其中，第二接口112设有双向阀，在充气过程中，调整所述双向阀，保证氢气由第二接口112向所述第一接口111的单向流通；在出气过程中，调整所述双向阀，保证氢气由第一接口111向所述第二接口112单向流通。方案二，在所述阀体117上仅设置有第一接口111和第二接口112，其中，第二接口112有两个通气管道，在两个通气管道上分别设有单向阀，一个单向阀保证供气至电堆，一个单向阀保证充气至瓶体内。通过对阀体内的通气管路进行设计，减少组合阀对外的连接接口，使阀体的集成度高、结构合理紧凑、重量轻，降低气体泄漏的风险。
在进一步实施例中，所述密封接头具有截流功能，所述密封接头包括第一接头120和第二接头两部；其中，所述第一接头120与第三接口115相连接，第二接头通过管路与电堆300相连接，用于电堆300供气。当第一接头120与第二接头处于断开状态时，所述第一接头120具有截流功能，形成断路，避免氢气泄漏；当第二接头插接于第一接头120时，形成通路，并通过管路连接至电堆300，向电堆300提供氢气；通过在第三接口115的阀口连接密封接头，在运输、更换储氢瓶200时，所述第一接头120处于断路状态，自动封闭集成阀110的出气口，提高了集成阀110的气密性，进一步减小氢气泄露量，同时减少对皮管的拆卸和安装。
在进一步实施例中，所述集成阀110为一体成型结构，具有更好的密封性和结构稳定性。且所述集成阀110安装在所述储氢瓶130的出气口；集成阀110与储氢瓶130之间为一体式连接关系，而非管路连接或线路连接，直接由工厂根据设计要求进行一体式生产和安装，所述连接结构包括但不限于螺纹配合、卡固配合、焊接等固定连接方式，使得所述储氢瓶130与集成阀110形成一个封闭腔体。在所述封闭腔体内存放有固态储氢材料，所述固态储氢材料被加热后，经过集成阀110向电堆提供氢气压力为15-50kpa，使得在未使用时，储氢瓶130的内部压力较小（普遍意义上的低压储氢），不会对用户产生危害。
在进一步实施例中，所述瓶体131由内至外依次包括内胆、缠绕层和外壳；瓶体131由铝合金无缝材料及铝合金内胆碳纤维缠绕复合材料制成，容积为1000～5000ml，与常见的钢瓶相比，重量可减轻40%-70%，同时具有安全性高、易于携带的特点，且铝合金经氧化后具有独特的耐腐蚀特性。
在进一步实施例中，参阅图4，所述瓶体131内部设置有导流管132，所述导流管132安装在所述瓶体131的中轴线上，并沿着所述导流管132按照预定间距、预定夹角固定安装有多个筛网134，将瓶体131分割成第一容腔135和第二容腔136，所述筛网134的过滤孔小于固态储氢材料的粒径，也就是说，只允许氢气通过，而将固态储氢材料隔离开来；所述第一容腔135和第二容腔136依次间隔排列，所述第一容腔135的体积大于所述第二容腔136的体积；在所述第一容腔135内存储有固态储氢材料，且固态储氢材料所占体积为整个第一容腔135体积的60～90%；在所述第二容腔136内放置有多个弹性球体137，所述弹性球体137的直径小于所述第二容腔136的高度，且在导流管132上设置有至少与所述第二容腔136相连通的通气孔，优选地，所述导流管132为网状金属管，所述金属导管采用铝合金、钛合金或金属铜中一种材质制成。一方面，固态储氢材料释放氢气，氢气从高压处向低压处流动，依次第一容腔135、筛网134、第二容腔136、通气孔、导流管132和过滤装置133，通过第一接口111进入集成阀110。另一方面，所述导流管还能够增加储氢材料的导热和换热效率，为氢气的吸放提供良好的换热条件，降低氢气吸放成本，具有更好的换热效果、更低的人工成本。在本实施例中，通过将固态储氢材料平铺于所述第一容腔135上，避免固态储氢材料的堆积，增加了氢气与固态储氢材料的接触面积，无论是充氢过程中，还是放氢过程中，都能更快、更多的实现充氢和放氢，充分发挥固态储氢材料储氢性能。由于本发明中的储氢器更多的使用于氢燃料电动自行车上，在使用过程中不可避免的会发生颠簸，当能量传递至弹性球体137后，弹性球体137会出现明显的弹跳，轻微撞击位于第二容腔136上下方的两组筛网134和位于筛网134上方的固态储氢材料上，进而实现对固态储氢材料的翻动，进一步提高固态储氢材料储氢性能。
在进一步实施例中，由于所述储氢器一般倾斜安装在氢燃料电动自行车上，参阅图7，所述储氢器倾斜安装在支撑架上；由于储氢器倾斜放置，导致固态储氢材料会出现滑移，最终堆积于瓶体131靠近倾斜方向的一侧，降低了固态储氢材料的比表面积。参阅图5至图6，所述筛网134与导流管132之间的夹角与所述储氢器安装放置的倾斜夹角相同，保证所述筛网134安装方向与水平面相平行。通过将过筛网134水平放置，固态储氢材料又可以平铺于筛网134上，增大固态储氢材料的比表面积，能更快、更多的实现充氢和放氢，充分发挥固态储氢材料储氢性能。
在进一步实施例中，由于筛网134上具有方向性，因此所述储氢器的安装放置方向具有唯一性，因此所述储氢器外部圆周面上设置有识别标签，所述识别标签设置方向与所述储氢器的出气口方向相反，也就是说与所述储氢器的方向相反倾斜方向相反；用户可以通过识别标签的方向，进而判断所述储氢器的安装放置方向，保证储氢器安装放置方向符合要求，避免固态储氢材料出现堆积，充分发挥固态储氢材料储氢性能。当然所述识别标签可以为身份识别标签151、把手140或者是其他具有显著标识作用的配件；身份识别标签151例如RFID/二维码。
在进一步实施例中，所述储氢器还包括防护罩150，所述防护罩150安装在所述储氢瓶130的瓶口处，用于保护储氢器的出气口和组合阀；在所述防护罩150的一侧印刷有身份识别标签151，例如RFID/二维码，在所述防护罩150的另一侧密封接头穿过所述防护罩150，露出于防护罩150，形成低压出气口，方便与第二接头相连接，为电堆提供低压氢气；由于所述储氢器的安装放置方向具有唯一性，因此，在本发明中所述身份识别标签151的印刷方向与所述储氢器的标准安装放置方向相同。用户可以通过身份识别标签151的方向，进而判断所述储氢器的方向性，保证储氢器安装放置方向符合要求。
在使用上述身份识别标签151时，用户通过扫描设备获取所述储氢器相关联的RFID/二维码的标签ID，然后通过通讯单元传送至服务终端，获取储氢器的相关信息，包括但不限于如下信息：储氢器的编号、生产日期、储氢器的相关参数、最近多次的充氢时间和充氢量、储氢器内储氢量。需要说明是上述信息随着储氢器的加工、运输、使用进行实时更新。
在进一步实施例中，所述身份识别标签151固定安装在所述防护罩150内侧，其识别区域通过设置在防护罩150上的镂空区域，露出在防护罩150的外侧，用于识别设备的识别和信息更新。基于上述设计，用户只能在打开所述防护罩150的前提下，拆卸或安装所述身份识别标签151，当所述防护罩150安装在瓶体131上后，无法从防护罩150外侧对身份识别标签151进行安装和拆卸。因此，具有更好的稳定性，避免了人为因素或自然因素导致的身份识别标签151脱落。
在进一步实施例中，在所述瓶体131或防护罩150上安装有把手140，且所述把手140为可折叠式把手140，具体地，参阅图5至6，所述把手140包括：设置在所述瓶体131外壳内部或与所述外壳外联的安装槽141，一端与所述安装槽141的顶部铰接的把手柄142，在所述把手柄142的另一端设置有轴向的滑槽143，以及一端与所述安装槽141底部铰接、另一端卡设在所述滑槽143上的连杆144。用户在使用所述把手140时，只需要将把手柄142底部向外拉出，所述连杆144向下运动，从而使得所述把手柄142与安装槽141之间存在一个空间，形成把手140。反之，当无需使用把手140时，只需将所述把手柄142放置于所述安装槽141内，大大减小了储氢器的占用空间，在批量运输的过程中，提高储氢器的运输效率。需要说明的是，图7中示例性的将把手140安装在瓶体131外部，并不能理解为对所述把手140的安装位置的限制，对于本领域技术人员而言所述把手140可以安装在所述瓶体131、防护罩150或是其它方便固定的位置。
在进一步实施例中，为防止储氢器倾倒，瓶体131的底部端面上开设有至少一条防滑槽138，防滑槽138的开设方向沿瓶体131的径向或与瓶体131的径向呈一预设角度，例如斜向设置，或多个预设角度下的防滑槽138，以产生不同方向上的摩擦力，从而更进一步地加强防滑效果。
具有上述储氢器后，可将其应用至氢燃料电动自行车上，该氢燃料电动自行车包括电机及与电机连接的电堆，电堆进一步连接至储氢器，以接收排出的氢气，从而利用氢气压生成电能。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种储氢器，其特征在于，包括：瓶体，至少一个过滤装置，设置于所述瓶体出气口外侧的组合阀，以及均匀分布在所述瓶体内的固态储氢材料；所述组合阀为多功能集成阀；
在所述瓶体内部并沿着所述瓶体的中轴线按照预定间距、预定夹角固定安装有多个筛网，所述筛网与所述瓶体的中轴线之间的夹角与所述储氢器安装放置的倾斜夹角相同，将瓶体分割成第一容腔和第二容腔，所述第一容腔和第二容腔依次间隔排列；在所述第一容腔内存储有固态储氢材料；在所述第二容腔内放置有多个弹性球体。
2.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述集成阀包括：
阀体，所述阀体上设置有至少一个第一接口、至少一个第二接口；
控制阀，用于控制所述第一接口与第二接口通路的开闭；
安全阀，与所述第一接口相连通，控制瓶体内部压力和/或温度在预定范围；
调压阀，设置在所述第一接口与第二接口通路上，控制所述阀体的输出气压。
3.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述集成阀包括：
阀体，所述阀体上设置有至少一个第一接口、至少一个第二接口、至少一个第三接口；
控制阀，用于控制所述第一接口与第二接口通路和/或所述第一接口与第三接口通路的开闭；
安全阀，与所述第一接口相连通，控制瓶体内部压力和/或温度在预定范围；
调压阀，设置在所述第一接口与第三接口通路上，控制所述阀体的输出气压。
4.根据权利要求2所述的储氢器，其特征在于，所述第一接口与瓶体出气口的外侧相连接；
所述第二接口上设置有内嵌于或部分内嵌于所述阀体内部的单向阀；
在所述阀体内第一接口、第二接口或第一接口与第二接口的通路上设有保压阀。
5.根据权利要求3所述的储氢器，其特征在于，所述第三接口上外接有密封接头；
所述密封接头包括：与第三接口相连接的第一接头，与电堆相连接的第二接头；
当第一接头与第二接头处于断开状态时，所述第一接头具有截流功能，形成断路；
当第二接头插接于第一接头时，形成通路，并通过管路向电堆提供氢气。
6.根据权利要求1所述的储氢器，其特征在于，所述瓶体内部设置有导流管，所述导流管安装在所述瓶体的中轴线上；
在所述导流管上设置有至少与所述第二容腔相连通的通气孔。
7.根据权利要求6所述的储氢器，其特征在于，所述导流管为网或孔状金属管；
所述金属导管采用铝合金、钛合金或金属铜中一种材质制成。
8.根据权利要求6所述的储氢器，其特征在于，所述筛网与导流管之间的夹角与所述储氢器安装放置的倾斜夹角相同；
保证所述筛网安装方向与水平面相平行。
9.根据权利要求8所述的储氢器，其特征在于，所述储氢器外部圆周面上设置有识别标签，所述识别标签设置方向与所述储氢器出气口方向相反；
通过识别标签判断所述储氢器的安装放置方向。
10.一种氢燃料电动自行车，其特征在于，包括电机及与所述电机连接的电堆，所述电堆与权利要求1至9任一项所述的储氢器相连接。
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