CN214093991U - 一种车载固态储供氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种车载固态储供氢系统，涉及氢能源储供技术领域，它包括储氢容器、充氢系统、供氢系统、冷却系统、加热系统；储氢容器内设置有具有吸氢能力的固态材料。充氢系统向储氢容器内部充入氢气，充氢过程中，氢气与储氢容器中的固态材料发生反应形成氢化物释放热量，此时使用冷却系统冷却储氢容器中固态材料以使反应持续，充氢结束后，需要供氢时，使用加热系统加热储氢容器，使得储氢容器中的固态材料释放氢气，并通过供氢系统供给汽车燃料电池系统。整个储供氢系统囊括了完整的储氢和供氢过程，能够专用于车载，并适用于以固态储氢方式的氢燃料电池汽车。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢能源储供技术领域，具体涉及一种车载固态储供氢系统。
背景技术
随着社会发展，人们越来越重视清洁能源和可再生能源的利用，氢气作为一种清洁能源载体，在氢燃料电池汽车中获得广泛应用，具有高效、清洁、零排放的优点。
目前的氢燃料电池汽车主要采用高压储氢瓶作为氢气储存装置，其工作压力高达35MPa以上，有很高的安全风险，同时由于氢气密度很低，高压储氢瓶的体积也比较大；另外，氢气除气态压缩储存外还可以采用低温液化的方式保持，但液化氢气能耗大，为了保持氢气的液态需将储氢瓶维持在零下254℃的低温，保温困难，自然气化损失大。
基于上述问题，部分能源企业鉴于一些固态材料在一定温度和压力条件下能够吸氢的能力，采用固态吸氢材料进行储氢，这相比压缩储氢具有储氢瓶工作压力低、体积小的特点；相较液态储氢来说，储氢瓶工作温度接近于常温。
但是，目前鲜有专用于车载固态储供氢的系统，这导致使用固态储氢方式的氢燃料电池汽车还是无法大量普及。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种专用于车载，适用于以固态储氢方式的氢燃料电池汽车的一种车载固态储供氢系统。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种车载固态储供氢系统，包括储氢容器、充氢系统、供氢系统、冷却系统、加热系统；储氢容器内设置有具有吸氢能力的固态材料，充氢系统、供氢系统均与储氢容器连通，冷却系统与储氢容器连通并形成冷却回路，加热系统与储氢容器连通并形成加热回路。
优选的，充氢系统包括与储氢容器连通的充氢管、设置在充氢管上的充氢安全阀以及设置在充氢管端部的氢气加注口。
优选的，供氢系统包括与储氢容器连通的供氢管、设置在供氢管上的第一电磁阀、减压阀、供氢安全阀。
优选的，储氢容器内部或外壁设置有换热件，换热件设置有入口和出口，其内部流通冷却或加热所需的换热介质。
优选的，冷却系统包括与换热件的入口连通的冷却管、与换热件的出口连通的冷却循环管，冷却回路的冷却方向为由冷却管至换热件至冷却循环管。
优选的，加热系统包括热交换器、连通热交换器和换热件入口的加热管、连通换热件出口和热交换器的加热循环管、设置在加热管上的单向阀、设置在加热管或加热循环管上的循环水泵；单向阀的连通方向为由热交换器至换热件的入口，设置在加热管上的循环水泵的抽水方向为由热交换器至换热件的入口，设置在加热循环管上的循环水泵的抽水方向为由换热件的出口至热交换器；加热回路为闭合回路，其方向为由热交换器至加热管至单向阀至换热件至加热循环管再至热交换器。
优选的，热交换器还连通有车载燃料电池的冷却系统并与其形成闭合回路。
优选的，储氢容器的瓶口处设置有第一压力传感器、第一温度传感器、瓶口阀。
优选的，减压阀后的供氢管上设置有第二压力传感器。
优选的，加热管上设置有第二温度传感器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：充氢系统向储氢容器内部充入氢气，充氢过程中，氢气与储氢容器中的固态材料发生反应形成氢化物释放热量，此时使用冷却系统冷却储氢容器中固态材料以使反应持续，充氢结束后，需要供氢时，使用加热系统加热储氢容器，使得储氢容器中的固态材料释放氢气，并通过供氢系统供给汽车燃料电池系统。整个储供氢系统囊括了完整的储氢和供氢过程，能够专用于车载，并适用于以固态储氢方式的氢燃料电池汽车。
附图说明
图1为一种车载固态储供氢系统的平面示意图。
图2为两个以上储氢容器结合组成的系统的平面示意图，其中，箭头方向为氢气或防冻水的流动方向。
图中标记：储氢容器1、换热件11、第一压力传感器12、第一温度传感器13、瓶口阀14、第三温度传感器15、第二电磁阀16、充氢系统2、充氢管21、充氢安全阀22、氢气加注口23、供氢系统3、供氢管31、第一电磁阀32、减压阀33、供氢安全阀34、第二压力传感器35、冷却系统4、冷却管41、冷却循环管42、快速接头43、加热系统5、热交换器51、加热管52、加热循环管53、单向阀54、循环水泵55、第二温度传感器56、第一膨胀水箱57、针型阀58。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参看图1，一种车载固态储供氢系统，包括储氢容器1、充氢系统2、供氢系统3、冷却系统4、加热系统5；储氢容器1内设置有具有吸氢能力的固态材料，为AB2、AB5、AB、BCC等各系储氢合金或金属；充氢系统2与储氢容器1连通，用于连接加氢站的加氢机，将氢气充入储氢容器1内；供氢系统3与储氢容器1连通，用于将储氢容器1内的氢气供给汽车的燃料电池系统；冷却系统4与储氢容器1连通并形成冷却回路，用于在充氢过程中，降低储氢容器1内产生的热量，加热系统5与储氢容器1连通并形成加热回路，用于在供氢前，加热储氢容器1，使得储氢容器1内的固态材料释放氢气。
进一步的，储氢容器1为储氢瓶，其顶部开设有瓶口，充氢系统2包括与储氢容器1的瓶口连通的充氢管21、设置在充氢管21上的充氢安全阀22以及设置在充氢管21端部的氢气加注口23。充氢管21用于连通储氢容器1与加氢站的加氢机，将氢气充入储氢容器1；充氢安全阀22起到安全泄压的作用，保护充氢管21和充氢系统2不会因超压损坏。充氢系统2的充氢压力小于5MPa。
进一步的，供氢系统3包括与储氢容器1的瓶口连通的供氢管31、设置在供氢管31上的第一电磁阀32、减压阀33、供氢安全阀34，第一电磁阀32靠近储氢容器1设置，供氢安全阀34远离储氢容器1设置，减压阀33位于第一电磁阀32与供氢安全阀34之间。供氢管31用于连通储氢容器1与汽车的燃料电池系统连通，将氢气供给汽车；第一电磁阀32用于在紧急状态下切断供氢管31流通；减压阀33用于将储氢容器1中存储的氢气减压到适合汽车的燃料电池系统的压力，以便于汽车的燃料电池系统接收；供氢安全阀34起到安全泄压的作用，保护供氢管31和供氢系统3不会因超压损坏。供氢系统3的供氢压力小于1MPa。
进一步的，储氢容器1内部或外壁设置有换热件11，换热件11设置有入口和出口，均位于储氢容器1的底部，换热件11为设置在储氢容器1内部的换热板或外套在储氢容器1外壁上的水套。若换热件11为换热板时，固态材料均匀固定在换热板的板面上，便于固态材料的加热或冷却。
进一步的，冷却系统4包括与换热件11的入口连通的冷却管41、与换热件11的出口连通的冷却循环管42；冷却管41和冷却循环管42中充满防冻水作为换热介质，冷却管41和冷却循环管42用于连通换热件11与加氢站的冷却系统4，将加氢站的冷却系统4的温度传至换热件11上，冷却储氢容器1内部的温度；冷却循环管42的端部设置有与加氢站的冷却系统4相适配的快速接头43，其与加氢站的冷却系统4连接时自动连通、脱离时自动关闭，不需要在冷却循环管42上设置额外的开关阀来控制冷却循环管42与加氢站的冷却系统4的连通或关闭；冷却回路的冷却方向为由冷却管41至换热件11至冷却循环管42，加氢站的冷却系统4的冷却温度通过冷却管41中的防冻水传输至换热件11，降低储氢容器1内部的温度后，防冻水温度升高，再通过冷却循环管42流入加氢站的冷却系统4中冷却，形成冷却循环。
进一步的，加热系统5包括热交换器51、连通热交换器51和换热件11入口的加热管52、连通换热件11出口和热交换器51的加热循环管53、设置在加热管52上的单向阀54、设置在加热管52或加热循环管53上的循环水泵55；加热管52和加热循环管53中充满防冻水作为换热介质；单向阀54的连通方向为由热交换器51至换热件11的入口，用于防止冷却管41中的防冻水逆流至加热管52中；设置在加热管52上的循环水泵55的抽水方向为由热交换器51至换热件11的入口，设置在加热循环管53上的循环水泵55的抽水方向为由换热件11的出口至热交换器51，在本实施例中，循环水泵55设置在热交换器51和储氢容器1之间的加热循环管53上，通过循环水泵55；加热回路为闭合回路，其方向为由热交换器51至加热管52至单向阀54至换热件11至加热循环管53再至热交换器51，热交换器51的热量通过加热管52中的防冻水传输至换热件11，增加储氢容器1内部的温度后，防冻水温度降低，再通过加热循环管53再流入热交换器51中加热，形成加热循环。
进一步的，热交换器51还连通有车载燃料电池的冷却系统(图未示)并与其形成闭合回路，循环水泵55运行起来能够通过热交换器51获取车载燃料电池的冷却系统中的余热，用于储氢容器1的加热，不需要额外能源消耗。循环水泵55转速越快，储氢容器1的加热温度越高，循环水泵55转速越慢，储氢容器1的加热温度越低。热交换器51还用于隔离车载燃料电池的冷却系统和冷却系统4、加热系统5中的水系统，因为车载燃料电池的冷却系统的水系统用的是去离子水，而冷却系统4、加热系统5中的水系统用的是防冻液。
进一步的，储氢容器1的瓶口位于其顶部，此处设置有第一压力传感器12、第一温度传感器13、瓶口阀14。
进一步的，减压阀33后的供氢管31上设置有第二压力传感器35。
进一步的，热交换器51与单向阀54之间的加热管52上设置有第二温度传感器56，单向阀54位于储氢容器1与第二温度传感器56之间。
进一步的，本系统在寒冷的天气或地区使用时，第二温度传感器56与储氢容器1之间的加热管52或加热循环管53上还设置有加热器(图未示)，用于在车载燃料电池的冷却系统启动之前，为储氢容器1内部的固态材料提供热量；或用于辅助车载燃料电池的冷却系统，共同为储氢容器1内部的固态材料提供热量。
请参看图2，进一步的，第二温度传感器56与热交换器51之间的加热管52上连通有第一膨胀水箱57，第一膨胀水箱57与加热管52的连通处设置有针型阀58。
进一步的，热交换器51为板式换热器。
进一步的，两个以上储氢容器1结合组成的系统中，至少一个储氢容器1内部设置有第三温度传感器15，每个储氢容器1的瓶口处各设置一个瓶口阀14、换热件11入口处的管路上各设置有一个第二电磁阀16，第二电磁阀16用于对储氢容器1进行分组控制，能够减少储氢容器1在车载燃料电池(图未示)初始启动阶段对热量的需求；每个储氢容器1的换热件11的入口相互连通并均与冷却管41和加热管52连通、出口相互连通并与冷却循环管42和加热循环管53连通；每个储氢容器1的瓶口相互连通并均与充氢管21和供氢管31连通。热交换器51与车载燃料电池的冷却系统之间通过低温管(图未示)、散热管(图未示)、高温管(图未示)连通，低温管一端与热交换器51连通、另一端连通有散热器(图未示)，散热管的一端与散热器连通、另一端与车载燃料电池的冷却系统连通，高温管的一端与车载燃料电池的冷却系统连通、另一端与热交换器51连通，散热管上设置有过滤器(图未示)，高温管连通有第二膨胀水箱(图未示)，且两者连通处设置有第三电磁阀(图未示)，高温管上还设置有电子水泵(图未示)，其位于第三电磁阀与热交换器51之间。
进一步的，还包括控制器，其与第一压力传感器12、第一温度传感器13、瓶口阀14、第三温度传感器15、第二电磁阀16、充氢安全阀22、第一电磁阀32、减压阀33、供氢安全阀34、第二压力传感器35、单向阀54、循环水泵55、第二温度传感器56、针型阀58、第三电磁阀、电子水泵均电性连接。
当本系统工作于充氢模式时，控制器控制瓶口阀14、第二电磁阀16、单向阀54打开，并控制循环水泵55关闭，第一温度传感器13和第二温度传感器56检测的温度数据实时传输给控制器，控制器内预设有第一限定温度，控制器判断接收的温度数据超过第一限定温度后进行报警，并停止氢气充装，第一限定温度根据具体储氢容器1的设计温度确定。
当本系统工作于供氢模式时，控制器控制瓶口阀14、第二电磁阀16、单向阀54、针型阀58打开，并控制循环水泵55打开，第一温度传感器13、第三温度传感器15、第二温度传感器56检测到的温度数据实时传输给控制器，第二压力传感器35检测到的压力数据也实时传输给控制器，由于车载燃料电池工作压力需求，第二压力传感器35处检测到的出口压力数据不能过低，即储氢容器1内氢气压力不能过低，每种具有吸氢功能的固态材料成分有其对应温度下的平衡分解压，所以储氢容器1内氢气压力控制实际为具有吸氢功能的固态材料的温度控制，是由循环水泵55及第二温度传感器56来实现的，第二温度传感器56检测到的温度数据传输给控制器，控制器根据该温度数据动态调整循环水泵55的转速：控制器内预设有第二限定温度，当第二温度传感器56检测到的温度数据低于第二限定温度时，控制器降低循环水泵55的转速以保证从车载燃料电池的冷却系统获取的热水温度大于第二限定温度，第二限定温度根据具有吸氢功能的固态材料的平衡分解压以及车载燃料电池的需求压力确定；本系统启动初始阶段后会优先将车载燃料电池的尽量多的余热通过热交换器51和循环水泵55输送到储氢容器1中的固态材料内，以使固态材料释放的氢气能保持在要求的值以上，并且以压缩氢气的形式存储在储氢容器1中，通过减压阀33减压后输送至车载燃料电池。
本文中应用了具体的实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种车载固态储供氢系统，其特征在于，包括储氢容器、充氢系统、供氢系统、冷却系统、加热系统；储氢容器内设置有具有吸氢能力的固态材料，充氢系统、供氢系统均与储氢容器连通，冷却系统与储氢容器连通并形成冷却回路，加热系统与储氢容器连通并形成加热回路。
2.如权利要求1所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述充氢系统包括与储氢容器连通的充氢管、设置在充氢管上的充氢安全阀以及设置在充氢管端部的氢气加注口。
3.如权利要求1所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述供氢系统包括与储氢容器连通的供氢管、设置在供氢管上的第一电磁阀、减压阀、供氢安全阀。
4.如权利要求1所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述储氢容器内部或外壁设置有换热件，换热件设置有入口和出口，其内部流通冷却或加热所需的换热介质。
5.如权利要求4所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述冷却系统包括与换热件的入口连通的冷却管、与换热件的出口连通的冷却循环管，冷却回路的冷却方向为由冷却管至换热件至冷却循环管。
6.如权利要求4所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述加热系统包括热交换器、连通热交换器和换热件入口的加热管、连通换热件出口和热交换器的加热循环管、设置在加热管上的单向阀、设置在加热管或加热循环管上的循环水泵；单向阀的连通方向为由热交换器至换热件的入口，设置在加热管上的循环水泵的抽水方向为由热交换器至换热件的入口，设置在加热循环管上的循环水泵的抽水方向为由换热件的出口至热交换器；加热回路为闭合回路，其方向为由热交换器至加热管至单向阀至换热件至加热循环管再至热交换器。
7.如权利要求6所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述热交换器还连通有车载燃料电池的冷却系统并与其形成闭合回路。
8.如权利要求1所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述储氢容器的瓶口处设置有第一压力传感器、第一温度传感器、瓶口阀。
9.如权利要求3所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述减压阀后的供氢管上设置有第二压力传感器。
10.如权利要求6或7所述的一种车载固态储供氢系统，其特征在于，所述加热管上设置有第二温度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: No.3, 11th floor, building 6, no.599, shijicheng South Road, Chengdu hi tech Zone, China (Sichuan) pilot Free Trade Zone, Chengdu, Sichuan 610041 Patentee after: Houpu clean energy (Group) Co.,Ltd. Address before: No.3, 11th floor, building 6, no.599, shijicheng South Road, Chengdu hi tech Zone, China (Sichuan) pilot Free Trade Zone, Chengdu, Sichuan 610041 Patentee before: Houpu clean energy Co.,Ltd. |
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