CN216903029U - 一种燃料电池重卡液氢汽化辅助装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种燃料电池系统液氢汽化辅助装置，装置包括：燃料电池，包括至少一组燃料电池片，燃料电池片形成燃料电池电堆；储氢系统，与燃料电池连接，用于为燃料电池提供氢气；余热回收系统，包括多级余热回收管道与分水件，分水件通过多级余热回收管道一端与燃料电池连接，另一端与储氢系统连接，余热回收系统用于回收燃料电池系统的废热；控制部，用于根据燃料电池的需氢量控制余热回收系统通过回收的余热为储氢系统加热。本实用新型利用燃料电池产生的废热，对储氢系统进行加热，可提高储氢系统换热效率，及降低液氢汽化中的能耗。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池重卡液氢汽化辅助装置。
背景技术
传统的氢动力车用液氢储储存供应系统中，液氢由液氢储罐流出，经汽化器蒸发气化后，通过调压阀稳压，最终输送至燃料电池供应氢气。在该过程中，液氢经过汽化器不能保证全部液氢完全汽化，其中未汽化部分重新循环至液氢储罐，进行二次蒸发汽化后供氢。而燃料电池发动机随着应用场景不断的扩大。对燃料电池功率的需求也不断的增加，当燃料电池发动机应用在重卡上时需求功率一般在200kw以上；一般的储氢罐容量无法满足需求，因此整车需要匹配液氢用于满足氢耗。
一般的液氢汽化系统中的空温式换热气采用自然空气对流的方式进行换热。
但是上述装置会导致换热板表面结霜，降低其换热效率，此外在低温下其换热效率较低。
实用新型内容
本实用新型提供了一种燃料电池重卡液氢汽化辅助装置，可以解决上述装置会导致换热板表面结霜，降低其换热效率，此外在低温下其换热效率较低的技术问题。
本实用新型提供的技术方案如下所示：
一种燃料电池系统液氢汽化辅助控制装置，所述装置包括：
燃料电池，包括至少一组燃料电池片，所述燃料电池片形成燃料电池电堆；
储氢系统，与所述燃料电池连接，用于为所述燃料电池提供氢气；
余热回收系统，包括多级余热回收管道与分水件，所述分水件通过所述多级余热回收管道一端与所述燃料电池连接，另一端与所述储氢系统连接，所述余热回收系统用于回收燃料电池系统的废热；
控制部，用于根据所述燃料电池的需氢量控制所述余热回收系统通过回收的余热为所述储氢系统加热。
在一种可选的实施例中，所述装置还包括温度传感器，所述燃料电池电堆的进口和出口均设置有所述温度传感器。
在一种可选的实施例中，所述余热回收系统还包括空温式换热器，所述空温式换热器一端与所述储氢系统连接，另一端与所述燃料电池连接。
在一种可选的实施例中，所述装置还包括导流罩，所述余热回收系统中的空气通过导流罩对空温式换热器进行换热。
在一种可选的实施例中，所述储氢系统还包括气液分离器与液氢储罐，气液分离器设置于所述空温式换热器与燃料电池之间，气液分离器的出液口与液氢储罐的出口连通。
在一种可选的实施例中，所述储氢系统还包括氢气缓冲罐，氢气缓冲罐设置在空温式换热器与燃料电池之间。
在一种可选的实施例中，所述储氢系统还包括氢气增压泵，氢气增压泵设置于气液分离器与氢气缓冲罐之间。
在一种可选的实施例中，所述控制部为PLC控制器。
本实用新型实施例提供的装置至少具有以下有益效果：
本实用新型实施例提供的装置基于余热回收系统一端与燃料电池连接，另一端与储氢系统连接，可以回收燃料电池发动机以及燃料电池电堆产生的余热，通过余热回收系统对储氢系统进行加热，利用燃料电池产生的废热，对储氢系统进行加热，可提高储氢系统换热效率，及降低液氢汽化中的能耗。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了一种燃料电池系统液氢汽化辅助装置结构示意图。
其中，附图标记为：
1-燃料电池，101-温度传感器，102-空气流量计，2-储氢系统，21-气液分离器，22-液氢储罐，3-余热回收系统，31-余热回收管道，32-分水件-33控制阀，4-导流罩，5-空气过滤器，6-空压机，7-中间冷凝器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
请参见图1，本实用新型实施例提供了一种燃料电池1系统液氢汽化辅助控制装置，包括：燃料电池1，包括至少一组燃料电池片，燃料电池片形成燃料电池1电堆；储氢系统2，与燃料电池1连接，用于为燃料电池1提供氢气；余热回收系统3，包括多级余热回收管道31与分水件32，分水件32通过多级余热回收管道31一端与燃料电池1连接，另一端与储氢系统2连接，余热回收系统3用于回收燃料电池1系统的废热；控制部，用于根据燃料电池1的需氢量控制余热回收系统3通过回收的余热为储氢系统2加热。
本实用新型实施例提供的装置至少具有以下有益效果：
本实用新型实施例提供的装置基于余热回收系统3一端与燃料电池1连接，另一端与储氢系统2连接，可以回收燃料电池1发动机以及燃料电池1电堆产生的余热，通过余热回收系统3对储氢系统2进行加热，利用燃料电池1产生的废热，对储氢系统2进行加热，可提高储氢系统2换热效率，及降低液氢汽化中的能耗。
以下将通过可选的实施例进一步解释和描述本实用新型实施例提供的装置。
本实用新型实施例提供的分水件可以为分水器，需要说明的是，燃料电池发动机空气尾排处的高温气体中含有一定的液态水，通过在管路中增加分水器，将液态水分离出，避免液态水覆盖到空温式换热器上导致换热器结冰问题。并且只要燃料电池发动机工作，即需要空温式换热器对液氢进行换热，即可采用燃料电池空气尾排的高温气体对空温式换热器进行升温，避免车辆在爬或停机时车辆速度较慢时，可以提高空温式换热器的换热效率。
在一种可选的实施例中，装置还包括温度传感器101，燃料电池1电堆的进口和出口均设置有温度传感器101。
空气经过空气过滤器5过滤后进入空压机6进行压缩，在经过中间冷凝器7冷凝后进入燃料电池电堆。通过在燃料电池1电堆的进口和出口均设置有温度传感器101可以获取氢气从液态氢气化为气态氢的温度，进而通过计算得到液态氢气化为气态氢的吸热量，以及可以获取燃料电池1电堆出口空气的温度，进而得到将该空气与液态氢换热后的换热放热量，继而可以根据放热量与吸热量对储氢系统2进行加热。
作为一种示例，燃料电池1电堆出口空气温度传感器101为T2，流量计采集空气流量位qair，空气热熔为
经过换热后的空气温度为T1，则放热量
Δt为单位时间内空气的热量)。其中空气热熔
可以通过查已知文献资料得到。
在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的装置还包括空气流量计102，空气流量计102设置在燃料电池1电堆的空气出口。
在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的装置还包括电流传感器，电流传感器与燃料电池1电堆连接，用于测量燃料电池1的拉载电流。进一步通过获取燃料电池1电堆运行时的拉载电流；获取燃料电池1电堆片数；根据拉载电流与电堆片数得到燃料电池1电堆需氢量。
可以理解的是，燃料电池1电堆片数不同，需氢量不同，并且燃料电池1的拉载电流也会影响需氢量，本实用新型实施例通过获取燃料电池1电堆运行时的拉载电流以及电堆片数，进而根据拉载电流与电堆片数得到燃料电池1电堆需氢量，如此可以精确获取燃料电池1电堆需氢量，进而根据需氢量对储氢系统2进行预热，提高燃料电池1电堆工作效率。
在一种可选的实施例中，根据如下公式得到燃料电池1电堆需氢量：
其中，
为燃料电池1电堆需氢量，N为燃料电池1电堆片数，I为燃料电池1电堆运行时的拉载电流。
在一种可选的实施例中，余热回收系统3还包括燃料电池1电堆余热回收部，燃料电池1发动机余热回收部，燃料电池1电堆余热回收部与燃料电池1发动机余热回收部通过余热回收管道31与储氢系统2连接。
需要说明的是，燃料电池1系统中发热部件较多，燃料电池1发动机、燃料电池1电堆等在工作时都会放出热量，通过针对不同的部件设置与其相应的余热回收部对其热量进行回收，提高废热回收效率。
在一种可选的实施例中，余热回收系统3还包括多个控制阀33，控制阀33位于余热回收管道31上，控制部根据燃料电池1的响应功率控制控制阀33的开启。
可以理解的是，燃料电池1需氢量不同，则其气化所需的吸热量不同，通过获取燃料电池1需氢量，并且根据需氢量计算得到液态氢气化所需的吸热量，进而通过控制余热回收管道31上的控制阀33释放特定量的热空气，进一步避免资源浪费。
在一种可选的实施例中，装置还包括控制部根据燃料电池1的响应功率控制至少一个余热回收管道31上的控制阀33的开启。
作为一种示例，当燃料电池1的响应功率较大时，可以控制较多的控制阀33开启，以提供充足的热量对液态氢进行加热。
在一种可选的实施例中，余热回收系统3还包括空温式换热器，空温式换热器一端与储氢系统2连接，另一端与燃料电池1连接。
通过空温式换热器对储氢系统2中的液氢进行加热，一方面帮助液氢气化，另一方面提供气化后液氢的温度。
在一种可选的实施例中，装置还包括导流罩4，余热回收系统3中的空气通过导流罩4对空温式换热器进行换热。
在一种可选的实施例中，储氢系统2还包括气液分离器21与液氢储罐22，气液分离器21设置于空温式换热器与燃料电池1之间，气液分离器21的出液口与液氢储罐22的出口连通。
在一种可选的实施例中，储氢系统2还包括气液分离器21与液氢储罐22，气液分离器21设置于空温式换热器与燃料电池1之间，气液分离器21的出液口与液氢储罐22的出口连通。液氢经过多级汽化器后，因气液平衡的原因并不会完全汽化，气液分离器21可将未汽化的液氢与气氢分离，分离的液氢与出口处液氢汇合后进行二次汽化，可以有效提升液氢汽化效率。同时，未汽化的液氢不直接返回液氢储罐22，可降低液氢储罐22的热量损失，保证储存温度的稳定，降低能耗。
在一种可选的实施例中，储氢系统2还包括氢气缓冲罐23，氢气缓冲罐23设置在空温式换热器与燃料电池1之间。
氢气缓冲罐23设置在液氢汽化器与燃料电池1入口之间，其作用包括：具备大容积缓冲作用，为燃料电池1提供流量更为稳定的氢气供应。其依据为燃料电池1氢气需求量大小和氢气缓冲罐23的实时储氢压力，二者达到稳态平衡。
氢气缓冲罐23的配置，可消除因自然蒸发成造成的氢气损耗。液氢储罐22设计量按照1000L计算，储氢量为71.904kg，昼夜蒸发率约为2.7％，即1.94kg，商用车百公里氢耗按照8kg/100km计算，续航里程可增加24.25km。
通过分析判断燃料电池1需氢量、氢气缓冲罐23的压力、燃料电池1的散热量、动力电池的散热量等特征参数，优化整车换热方案，达到整车级别余热利用总成。
在一种可选的实施例中，车载储氢系统2还包括氢气增压泵24，氢气增压泵24设置于气液分离器21与氢气缓冲罐23之间。
在一种可选的实施例中，装置还包括温度传感器101，温度传感器101与燃料电池1电堆的进口和出口连接。在一种可选的实施例中，控制部为PLC控制器。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (8)
1.一种燃料电池系统液氢汽化辅助装置，其特征在于，所述装置包括：
燃料电池，包括至少一组燃料电池片，所述燃料电池片形成燃料电池电堆；
储氢系统，与所述燃料电池连接，用于为所述燃料电池提供氢气；
余热回收系统，包括多级余热回收管道与分水件，所述分水件通过所述多级余热回收管道一端与所述燃料电池连接，另一端与所述储氢系统连接，所述余热回收系统用于回收燃料电池系统的废热；
控制部，用于根据所述燃料电池的需氢量控制所述余热回收系统通过回收的余热为所述储氢系统加热。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度传感器，所述燃料电池电堆的进口和出口均设置有所述温度传感器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述余热回收系统还包括空温式换热器，所述空温式换热器一端与所述储氢系统连接，另一端与所述燃料电池连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括导流罩，所述余热回收系统中的空气通过导流罩对空温式换热器进行换热。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述储氢系统还包括气液分离器与液氢储罐，气液分离器设置于所述空温式换热器与燃料电池之间，气液分离器的出液口与液氢储罐的出口连通。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储氢系统还包括氢气缓冲罐，氢气缓冲罐设置在空温式换热器与燃料电池之间。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储氢系统还包括氢气增压泵，氢气增压泵设置于气液分离器与氢气缓冲罐之间。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制部为PLC控制器。
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| CN202220618291.0U CN216903029U (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种燃料电池重卡液氢汽化辅助装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114551946A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-05-27 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种燃料电池重卡液氢汽化辅助装置及控制方法 |
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- 2022-03-21 CN CN202220618291.0U patent/CN216903029U/zh active Active
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