CN207947347U - 氢动力燃料电池车储氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢动力燃料电池车储氢系统，包括储氢容器、燃料电池堆、氢气输送管、氢气排出管、氢气循环管和气液分离器，储氢容器的内部设有储氢内胆，储氢内胆的外壁和储氢容器的内壁之间形成气体流道，储氢内胆的内部填充有储氢合金粉末且储氢内胆设有氢气流通口。本实用新型很大程度增加储氢密度，将燃料电池堆排出气体的余热进行再次利用，提升能源利用率。

Description

氢动力燃料电池车储氢系统

技术领域

本实用新型属于储氢系统技术领域，特别是涉及一种氢动力燃料电池车储氢系统。

背景技术

由于世界人口膨胀及其经济增长，日益严峻的能源危机和环境污染，使得发展清洁的可再生能源成为各个国家的重要议题。全球能源系统正不断地远离富碳燃烧，氢能源以其可再生性和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的能源载体。

氢作为最优燃料，目前成熟的储氢方式主要包括高压气态储氢、液态储氢和固态储氢等，高压气态储氢在储氢过程中，气态氢必须被压缩，这种压缩气体的保存需要厚壁容器，而且储氢密度较低；液态储氢的情况下，由于氢液化温度低到-253℃，液化所使用的能量消耗了30％以上的氢能；固态储氢相对于高压气态储氢和液态储氢而言，很大程度上增加了储氢密度和能量转换效率。

但固态储氢在实际应用中还存在明显缺陷：一方面，储氢合金在吸氢时会放出大量热量，使得储氢容器的温度组件升高，导致吸氢减缓甚至无法吸氢；另一方面，储氢合金在放氢时会吸收大量热量，使得储氢容器温度逐渐降低，进而放氢过程受到限制。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种氢动力燃料电池车储氢系统，很大程度增加储氢密度，将燃料电池堆排出气体的余热进行再次利用，提升能源利用率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种氢动力燃料电池车储氢系统，包括储氢容器、燃料电池堆、氢气输送管、氢气排出管、氢气循环管和气液分离器，所述储氢容器的内部设有储氢内胆，所述储氢内胆的外壁和所述储氢容器的内壁之间形成气体流道，所述储氢内胆的内部填充有储氢合金粉末且所述储氢内胆设有氢气流通口，所述氢气输送管的一端与所述氢气流通口连通，所述氢气输送管的另一端与所述燃料电池堆的氢气入口连通，所述氢气排出管的一端与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气排出管的另一端与所述气液分离器的进气口连通，所述气液分离器的出液口与排水管连接，所述气液分离器的出气口与所述氢气循环管连接，所述氢气循环管穿过储氢容器的储氢合金粉末后与氢气输送管连通；

所述储氢容器设有冷却气体进口、空气进口和气体出口，所述冷却气体进口和所述气体出口分别位于所述储氢容器相对的两端，所述空气进口和所述冷却气体进口位于所述储氢容器的同一端，所述空气进口和空气排出管的一端连通，所述空气排出管的另一端与所述燃料电池堆的空气出口连通；

所述氢气输送管按照氢气流动的方向依次设有供氢三通接头、输氢电磁阀、减压阀、压力感应器、电动调节阀、温度感应器和流量计，所述供氢三通接头与氢气供应管连通，氢气供应管上设有供氢电磁阀；

氢气循环管上且位于所述储氢容器和所述气液分离器之间设有循环泵；

空气排出管上设有加热器。

进一步地说，所述储氢容器的内壁和所述储氢内胆之间沿着所述储氢容器的长度方向均匀分布若干个弹性固定机构。

进一步地说，所述弹性固定机构包括固定环和压簧，所述固定环的外周面固定于所述储氢容器的内壁，所述固定环的内周面沿着所述固定环的周向均匀分布有若干个安装孔，所述安装孔内设有所述压簧，所述压簧的一端与所述安装孔的底面相抵触，所述压簧的另一端与所述储氢内胆相抵触。

进一步地说，所述固定环具有通孔，所述通孔贯穿固定环相对的两个表面且所述通孔沿着所述固定环的周向均匀间隔分布。

进一步地说，还包括控制器，所述输氢电磁阀、所述减压阀、所述压力传感器、所述电动调节阀、所述温度感应器、所述流量计、所述循环泵、所述加热器和所述供氢电磁阀分别与所述控制器电连接。

进一步地说，氢气输送管上且位于所述电动调节阀和所述温度感应器之间设有循环三通接管，所述氢气循环管与所述循环三通接管连通。

进一步地说，所述氢气输送管、所述氢气排出管、所述氢气循环管、所述氢气供应管和排水管皆为不锈钢管，所述不锈钢管为防氢脆不锈钢管。

进一步地说，所述控制器为单片机。

进一步地说，所述储氢金属粉末为钛系金属粉末、镁系金属粉末或钒系金属粉末。

本实用新型的有益效果至少具有以下几点：

本实用新型的储氢容器的内部设有储氢内胆，储氢内胆的内部填充有储氢合金粉末，很大程度上增加了储氢密度，储氢内胆的外壁和储氢容器的内壁之间形成气体流道，在充氢过程中，冷却气体通过气体流道对储氢合金粉末进行冷却换热，在放氢过程中，通过连通燃料电池堆的氢气循环管、空气排出管内的空气对储氢金属粉末提供热量，将燃料电池堆排出气体的余热进行再次利用，提升能源利用率；

本实用新型的氢气排出管的一端与燃料电池堆的氢气出口连通，氢气排出管的另一端与气液分离器的进气口连通，气液分离器的出液口与排水管连接，气液分离器的出气口与氢气循环管连接，氢气循环管穿过储氢容器的储氢合金粉末后与氢气输送管连通，使氢气不直接排放到空气中，通过氢气循环管将气液分离器中分离的氢气供储氢金属粉末吸热后重新送入氢气输送管供燃料电池堆利用，提高氢气的利用率同时避免能量浪费，更佳的是，通过气液分离器将燃料电池堆排除的氢气中的水进行分离，保证了燃料电池堆的安全性；

本实用新型的氢气输送管上设有减压阀、压力感应器、电动调节阀、温度感应器和流量计，空气排出管上设有加热器，压力感应器、温度感应器和流量计将信号传送给控制器，控制器控制减压阀、电动调节阀和加热器，有效控制燃料电池堆的氢气入口的温度、压力和流量，保证储氢容器释放氢气的持续性和燃料电池堆电化学反应的稳定性，提高燃料电池堆的发电率；

本实用新型的储氢容器的内壁和储氢内胆之间沿着储氢容器的长度方向均匀分布若干个弹性固定机构，使储氢内胆牢固的固定于储氢容器的内部，弹性固定机构的弹簧，在气体通过气体流道时，使储氢内胆产生一定程度的小幅度振动，使气体流道内的气体产生乱流，增高热量的转换效率；

本实用新型的氢气输送管、氢气排出管、氢气循环管、氢气供应管和排水管皆为不锈钢管，不锈钢管为防氢脆不锈钢管，防止不锈钢管发生老化脆裂，提高氢气输送管、氢气排出管、氢气循环管、氢气供应管和排水管的安全性和使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的储氢容器的剖视图；

图3是本实用新型的控制原理图；

附图中各部分标记如下：

储氢容器1、储氢内胆11、储氢合金粉末111、氢气流通口112、气体流道12、冷却气体进口13、空气进口14、气体出口15、燃料电池堆2、氢气输送管3、供氢三通接头31、输氢电磁阀32、减压阀33、压力感应器34、电动调节阀35、温度感应器36、流量计37、循环三通接管38、氢气排出管4、氢气循环管5、循环泵51、气液分离器6、排水管7、空气排出管8、加热器81、氢气供应管9、供氢电磁阀91、弹性固定机构10、固定环101、安装孔1011、通孔1012、压簧102和控制器100。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例：一种氢动力燃料电池车储氢系统，如图1-图3所示，本实用新型包括储氢容器1、燃料电池堆2、氢气输送管3、氢气排出管4、氢气循环管5和气液分离器6，所述储氢容器1的内部设有储氢内胆11，所述储氢内胆11的外壁和所述储氢容器1的内壁之间形成气体流道12，所述储氢内胆11的内部填充有储氢合金粉末111且所述储氢内胆11设有氢气流通口112，所述氢气输送管3的一端与所述氢气流通口112连通，所述氢气输送管3的另一端与所述燃料电池堆2的氢气入口连通，所述氢气排出管4的一端与所述燃料电池堆2的氢气出口连通，所述氢气排出管4的另一端与所述气液分离器6的进气口连通，所述气液分离器6的出液口与排水管7连接，所述气液分离器6的出气口与所述氢气循环管5连接，所述氢气循环管5穿过储氢容器1的储氢合金粉末后与氢气输送管3连通；

所述储氢容器1设有冷却气体进口13、空气进口14和气体出口15，所述冷却气体进口13和所述气体出口15分别位于所述储氢容器1相对的两端，所述空气进口14和所述冷却气体进口13位于所述储氢容器1的同一端，所述空气进口14和空气排出管8的一端连通，所述空气排出管8的另一端与所述燃料电池堆2的空气出口连通；

所述氢气输送管3按照氢气流动的方向依次设有供氢三通接头31、输氢电磁阀32、减压阀33、压力感应器34、电动调节阀35、温度感应器36和流量计37，所述供氢三通接头31与氢气供应管9连通，氢气供应管9上设有供氢电磁阀91；

氢气循环管5上且位于所述储氢容器1和所述气液分离器6之间设有循环泵51；

空气排出管8上设有加热器81。

所述储氢容器1的内壁和所述储氢内胆11之间沿着所述储氢容器1的长度方向均匀分布若干个弹性固定机构10。

所述弹性固定机构10包括固定环101和压簧102，所述固定环101的外周面固定于所述储氢容器1的内壁，所述固定环101的内周面沿着所述固定环101的周向均匀分布有若干个安装孔1011，所述安装孔1011内设有所述压簧102，所述压簧102的一端与所述安装孔1011的底面相抵触，所述压簧102的另一端与所述储氢内胆11相抵触。

所述固定环101具有通孔1012，所述通孔1012贯穿固定环101相对的两个表面且所述通孔1012沿着所述固定环101的周向均匀间隔分布。

还包括控制器100，所述输氢电磁阀32、所述减压阀33、所述压力传感器、所述电动调节阀35、所述温度感应器36、所述流量计37、所述循环泵51、所述加热器81和所述供氢电磁阀91分别与所述控制器100电连接。

氢气输送管3上且位于所述电动调节阀35和所述温度感应器36之间设有循环三通接管38，所述氢气循环管5与所述循环三通接管38连通。

所述氢气输送管3、所述氢气排出管4、所述氢气循环管5、所述氢气供应管9和排水管7皆为不锈钢管，所述不锈钢管为防氢脆不锈钢管。

所述控制器100为单片机。

所述储氢金属粉末为钛系金属粉末、镁系金属粉末或钒系金属粉末。

本实用新型的工作原理如下，在充氢过程中，输氢电磁阀关闭，供氢电磁阀打开对储氢容器进行充氢，冷却气体通过气体流道对储氢合金粉末进行冷却换热，在冷却气体通过气体流道时，通过弹性固定机构使储氢内胆产生一定程度的小幅度振动，使气体流道内的冷却产生乱流，增高热量的转换效率；

在放氢过程中，关闭供氢电磁阀，打开输氢电磁阀，通过连通燃料电池堆的氢气循环管、空气排出管内的空气对储氢金属粉末提供热量，将燃料电池堆排出气体的余热进行再次利用，空气通过气体流道对储氢合金粉末进行换热时，通过弹性固定机构使储氢内胆产生一定程度的小幅度振动，使气体流道内的空气产生乱流，增高热量的转换效率，氢气输送管上的压力感应器、温度感应器和流量计将信号传送给控制器，控制器控制减压阀、电动调节阀和加热器，有效控制燃料电池堆的氢气入口的温度、压力和流量，保证储氢容器释放氢气的持续性和燃料电池堆电化学反应的稳定性，提高燃料电池堆的发电率。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：包括储氢容器(1)、燃料电池堆(2)、氢气输送管(3)、氢气排出管(4)、氢气循环管(5)和气液分离器(6)，所述储氢容器的内部设有储氢内胆(11)，所述储氢内胆的外壁和所述储氢容器的内壁之间形成气体流道(12)，所述储氢内胆的内部填充有储氢合金粉末(111)且所述储氢内胆设有氢气流通口(112)，所述氢气输送管的一端与所述氢气流通口连通，所述氢气输送管的另一端与所述燃料电池堆的氢气入口连通，所述氢气排出管的一端与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气排出管的另一端与所述气液分离器的进气口连通，所述气液分离器的出液口与排水管(7)连接，所述气液分离器的出气口与所述氢气循环管连接，所述氢气循环管穿过储氢容器的储氢合金粉末后与氢气输送管连通；

所述储氢容器设有冷却气体进口(13)、空气进口(14)和气体出口(15)，所述冷却气体进口和所述气体出口分别位于所述储氢容器相对的两端，所述空气进口和所述冷却气体进口位于所述储氢容器的同一端，所述空气进口和空气排出管(8)的一端连通，所述空气排出管的另一端与所述燃料电池堆的空气出口连通；

所述氢气输送管按照氢气流动的方向依次设有供氢三通接头(31)、输氢电磁阀(32)、减压阀(33)、压力感应器(34)、电动调节阀(35)、温度感应器(36)和流量计(37)，所述供氢三通接头与氢气供应管(9)连通，氢气供应管上设有供氢电磁阀(91)；

氢气循环管上且位于所述储氢容器和所述气液分离器之间设有循环泵(51)；

空气排出管上设有加热器(81)。

2.根据权利要求1所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：所述储氢容器的内壁和所述储氢内胆之间沿着所述储氢容器的长度方向均匀分布若干个弹性固定机构(10)。

3.根据权利要求2所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：所述弹性固定机构包括固定环(101)和压簧(102)，所述固定环的外周面固定于所述储氢容器的内壁，所述固定环的内周面沿着所述固定环的周向均匀分布有若干个安装孔(1011)，所述安装孔内设有所述压簧，所述压簧的一端与所述安装孔的底面相抵触，所述压簧的另一端与所述储氢内胆相抵触。

4.根据权利要求3所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：所述固定环具有通孔(1012)，所述通孔贯穿固定环相对的两个表面且所述通孔沿着所述固定环的周向均匀间隔分布。

5.根据权利要求1所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：还包括控制器(100)，所述输氢电磁阀、所述减压阀、所述压力感应器、所述电动调节阀、所述温度感应器、所述流量计、所述循环泵、所述加热器和所述供氢电磁阀分别与所述控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：氢气输送管上且位于所述电动调节阀和所述温度感应器之间设有循环三通接管(38)，所述氢气循环管与所述循环三通接管连通。

7.根据权利要求1所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：所述氢气输送管、所述氢气排出管、所述氢气循环管、所述氢气供应管和排水管皆为不锈钢管，所述不锈钢管为防氢脆不锈钢管。

8.根据权利要求5所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：所述控制器为单片机。

9.根据权利要求1所述的氢动力燃料电池车储氢系统，其特征在于：所述储氢合金粉末为钛系金属粉末、镁系金属粉末或钒系金属粉末。