CN217843508U - 液氢增压系统、车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液氢增压系统、车辆，液氢增压系统包括：液氢瓶；供氢管路，供氢管路的一端连通液氢瓶；主管路，主管路的一端连通供氢管路的另一端，主管路的靠近供氢管路的一端设有第二阀；换热器，换热器设在供氢管路上；增压支路，增压支路的一端连通供氢管路的另一端，增压支路的另一端依次穿过液氢瓶和换热器，并与主管路相连通，增压支路的靠近供氢管路的一端设有第三阀；压力检测件，压力检测件设在主管路上，压力检测件在检测到主管路内的压力降低至预设值时，关闭第二阀并打开第三阀。本实用新型的液氢增压系统解决了液氢瓶增压问题，也避免了供氢不足的问题，同时流量大，换热量大，增压速度快。

Description

液氢增压系统、车辆

技术领域

本实用新型涉及液氢供气系统技术领域，尤其是涉及一种液氢增压系统、车辆。

背景技术

氢燃料电池系统在重载车辆的动力系统领域有广泛的应用前景，车载储氢系统用于向燃料电池的电堆提供所需的氢气。传统车载储氢系统采用35MPa和70MPa高压储氢方式，高压储氢系统存在储氢密度较低、设备质量和体积较大的缺点，目前重载车辆装备的八瓶组的35MPa储氢系统仅能满足续航300～400km的短途运输，即使换装70MPa的Ⅳ型瓶组也依然无法满足1000km以上干线运输的需求。

液氢在常压下密度远大于常温下70MPa和35MPa的氢气密度，而且液氢储存压力低，使得液氢储存装置的体积和重量低于高压储氢装置，携带约80kg液氢储存装置的空间体积约为八瓶组的高压储氢系统的一半，空载重量也低于高压储氢系统，却能将车辆续航里程提升一倍以上。采用液氢的储氢系统能够大大增加车辆的续航力和行驶性能，在中远程的干线重载车辆上将有广泛的应用场景。

目前，车载储氢系统的液氢进行增压时，一种方式是引出液氢支路，通过空温汽化器将气化的氢气通入储氢瓶的气相空间进行增压，但空温汽化器占用空间较大，影响整体布局；另一种方式则是通过水浴汽化器分出一路氢气进入储氢瓶的气相空间进行增压。但是，上述两种方案会将供气管路中的氢气部分引入气瓶，就导致供氢管路中氢气减少，引起输入电堆的氢气出现间歇性供气不足的问题，同时也会导致增压速度缓慢。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种液氢增压系统，以解决现有技术中车载液氢自增压系统存在的占用空间大，增压速度缓慢以及采用换热器供气分流进行增压导致的供气不足问题。

本实用新型还旨在提出一种车辆，以应用上述液氢增压系统。

根据本实用新型实施例的液氢增压系统，包括：液氢瓶；供氢管路，所述供氢管路的一端连通所述液氢瓶；主管路，所述主管路的一端连通所述供氢管路的另一端，所述主管路的另一端用于向电推输送氢气，所述主管路的靠近所述供氢管路的一端设有第二阀；换热器，所述换热器设在所述供氢管路上；增压支路，所述增压支路的一端连通所述供氢管路的另一端，所述增压支路的另一端依次穿过所述液氢瓶和所述换热器，并与所述主管路相连通，所述增压支路的靠近所述供氢管路的一端设有第三阀；压力检测件，所述压力检测件设在所述主管路上，所述压力检测件在检测到所述主管路内的压力降低至预设值时，关闭所述第二阀并打开所述第三阀。

根据本实用新型实施例的液氢增压系统，通过设置与供氢管路连通的增压支路，当压力检测件检测到主管路内压力降低至预设值时，由于第二阀打开，第三阀关闭，换热器中的氢气只会进入增压支路，由于增压支路的至少部分穿设过液氢瓶，可以使温度较高的氢气与液氢瓶内温度较低的液氢进行热交换，从而加热液氢瓶内的液氢成气态的氢气，然后增压支路中的氢气会再次流经换热器，换热器对氢气进行二次加热，使得氢气达到对外供氢的温度、压力标准，从而解决了液氢瓶增压问题，也避免了供氢不足的问题，同时通过将液氢瓶内压力和主管路末端的压差作为驱动力增压，其流量大，换热量大，增压速度快。

一些实施例中，所述主管路上设有位于所述增压支路和所述压力检测件之间的缓冲罐和缓冲罐压力传感器，以及位于所述压力检测件和所述主管路的出气口之间的温度传感器。

一些实施例中，所述主管路上设有位于所述缓冲罐和所述缓冲罐压力传感器之间的第一安全阀和第一截止阀。

一些实施例中，所述主管路上设有位于所述缓冲罐压力传感器和所述压力检测件之间的供气稳压阀。

一些实施例中，所述主管路上设有位于所述温度传感器和所述出气口之间的电磁阀。

一些实施例中，所述增压支路的与所述主管路相连的一端设有第一止回阀。

一些实施例中，所述供氢管路上设有位于所述液氢瓶和所述换热器之间的第一阀组，所述第一阀组包括位于所述液氢瓶和所述换热器之间且依次设置的第二截止阀、第二止回阀、过流阀。

一些实施例中，所述供氢管路的另一端还连通有安全管路，所述安全管路上设有第二安全阀。

一些实施例中，所述增压支路位于所述液氢瓶内的部分为换热支路，所述换热支路靠近所述液氢瓶的封头内壁边缘设置并构造为盘形管，所述换热支路至少部分设置在所述液氢瓶的液相空间中。

根据本实用新型实施例的车辆，包括燃料电池，所述燃料电池包括上述的液氢增压系统。由此，该车辆的续航力和行驶性能得到提升。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型的实施例中液氢增压系统的示意图。

附图标记：

100、液氢增压系统；

10、液氢瓶；102、内胆；103、外壳；1031、空腔；

20、供氢管路；201、第一阀组；2011、第二截止阀；2012、第二止回阀；2013、过流阀；202、安全管路；2021、第二安全阀；

30、主管路；301、第二阀；302、缓冲罐；303、缓冲罐压力传感器；304、温度传感器；305、出气口；306、第一安全阀；307、第一截止阀；308、供气稳压阀；309、电磁阀；

40、增压支路；401、第三阀；402、第一止回阀；403、换热支路；

50、换热器；60、压力检测件。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1，描述根据本实用新型实施例的液氢增压系统100。

如图1所示，根据本实用新型实施例的液氢增压系统100，包括：液氢瓶10、供氢管路20、主管路30、增压支路40、换热器50和压力检测件60。

供氢管路20的一端连通液氢瓶10；主管路30的一端连通供氢管路20的另一端，主管路30的另一端用于向电推输送氢气，主管路30的靠近供氢管路20的一端设有第二阀301；换热器50设在供氢管路20上；增压支路40的一端连通供氢管路20的另一端，增压支路40的另一端依次穿过液氢瓶10和换热器50，并与主管路30相连通，增压支路40的靠近供氢管路20的一端设有第三阀401；压力检测件60设在主管路30上，压力检测件60在检测到主管路30内的压力降低至预设值时，关闭第二阀301并打开第三阀401。

可以理解为，供氢管路20和液氢瓶10连通，主管路30和供氢管路20通过第二阀301连通，液氢瓶10中的液氢经过供氢管路20时被换热器50加热汽化为氢气，加热后的氢气流至主管路30，对外提供氢气。当主管路30上的压力检测件60检测到氢气压力降低到预设值时，第二阀301会被关闭，第三阀401被打开，此时供氢管路20和增压支路40连通，供氢管路20内的氢气不再流入主管路30，而是流入增压支路40(图1中箭头指向即为氢气的流动方向)，增压支路40的氢气进入液氢瓶10内后，由于流入增压支路40中的氢气温度较高，当增压支路40内温度过高的氢气流经液氢瓶10时可与液氢瓶10中的液氢换热，使得液氢瓶10内的液氢受热气化，此过程为非传质式传热，可以使液氢瓶10内压力升高，然后增压支路40内的氢气流出液氢瓶10后与换热器50进行换热，然后流入主管路30中，将增压后的氢气对外供应，使得液氢瓶10内氢气的压力得以提升，从而解决主管路30上供氢压力不足的问题。当主管路30内压力恢复至预设值时，此时第三阀401关闭，增压支路40停止增压，主管路30正常供气。

需要说明的是，换热器50、压力检测件60、第二阀301和第三阀401的具体类型不受特别限制，例如，换热器50可以是指水浴式换热器，也可以是指其他类型的换热器，只要能实现换热功能即可；压力检测件60可以是压力传感器；第二阀301和第三阀401可以是电磁阀。

根据本实用新型实施例的液氢增压系统100，通过设置与供氢管路20连通的增压支路40，当压力检测件60检测到主管路30内压力降低至预设值时，由于第二阀301打开，第三阀401关闭，换热器50中的氢气只会进入增压支路40，由于增压支路40的至少部分穿设过液氢瓶10，可以使温度较高的氢气与液氢瓶10内温度较低的液氢进行热交换，从而加热液氢瓶10内的液氢成气态的氢气，然后增压支路40中的氢气会再次流经换热器50，换热器50对氢气进行二次加热，使得氢气达到对外供氢的温度、压力标准，从而在不增加较大体积设备的情况下解决了液氢瓶10增压问题，也避免了供氢不足的问题，同时通过将液氢瓶10内压力和主管路30末端的压差作为驱动力增压，其流量大，换热量大，增压速度快。

一些实施例中，参考图1，主管路30上设有位于增压支路40和压力检测件60之间的缓冲罐302和缓冲罐压力传感器303，以及位于压力检测件60和主管路30的出气口305之间的温度传感器304。可以理解为，缓冲罐302用来缓冲主管路30中的氢气压力，配合缓冲罐压力传感器303使用，保证系统的运行更加平稳；温度传感器304则可以监测主管路30中氢气的温度。

一些实施例中，参考图1，主管路30上设有位于缓冲罐302和缓冲罐压力传感器303之间的第一安全阀306和第一截止阀307。可以理解为，第一安全阀306的设置，保证系统运行的安全性，第一截止阀307则可以起到切断和节流的作用，使得系统有序运行。

一些实施例中，参考图1，主管路30上设有位于缓冲罐压力传感器303和压力检测件60之间的供气稳压阀308。通过设置供气稳压阀308，对主管路30上氢气的压力进行调节，稳定氢气的压力。

一些实施例中，参考图1，主管路30上设有位于温度传感器304和出气口305之间的电磁阀309。通过设置电磁阀309，电磁阀309可根据需求自动开启或关闭，有利于系统的稳定有序运行。

一些实施例中，参考图1，增压支路40的与主管路30相连的一端设有第一止回阀402。也就是说，通过设置第一止回阀402，避免增压支路40上的氢气逆流。

一些实施例中，参考图1，供氢管路20上设有位于液氢瓶10和换热器50之间的第一阀组201，第一阀组201包括位于液氢瓶10和换热器50之间且依次设置的第二截止阀2011、第二止回阀2012、过流阀2013。可以理解为，第二截止阀2011和第二止回阀2012的配合使用，可以避免氢气倒流，也可以对氢气进行节流；过流阀2013则防止流经的氢气流量过大，起到保护供氢管路20的作用。

一些实施例中，参考图1，供氢管路20的另一端还连通有安全管路202，安全管路202上设有第二安全阀2021。可以理解为，通过设置第二安全阀2021，保证整体系统运行的安全性。

一些实施例中，增压支路40位于液氢瓶10内的部分为换热支路403，换热支路403靠近液氢瓶10的封头内壁边缘设置并构造为盘形管，换热支路403至少部分设置在液氢瓶10的液相空间中。也就是说，盘形管能增加与液氢瓶10内液氢的接触面，提高换热效率。

一些实施例中，参考图1，液氢瓶10包括内胆102和外壳103，内胆102用于储存氢气；外壳103内设有空腔1031，内胆102设在空腔1031内，空腔1031内设有包裹内胆102的保温层。可以理解为，液氢瓶10是一种双层容器，内胆102外有外壳103，外壳103和内胆102之间具有保温层，保温层由绝热材料制成，通过设置保温层，阻滞内胆102内的氢气和外部进行热流传递。需要说明的是，保温层的材料并不受特别限制，起到绝热的作用即可，例如可以由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组成。

下面结合附图，描述本实用新型液氢增压系统100的一个具体实施例。

如图1所示，液氢增压系统100，包括：液氢瓶10、供氢管路20、主管路30、增压支路40、换热器50和压力检测件60。

供氢管路20的一端连通液氢瓶10；主管路30的一端连通供氢管路20的另一端，主管路30的另一端用于向电推输送氢气，主管路30的靠近供氢管路20的一端设有第二阀301，第二阀301为电磁阀；增压支路40的一端连通供氢管路20的另一端，增压支路40的另一端依次穿过液氢瓶10和换热器50，并与主管路30相连通，增压支路40的靠近供氢管路20的一端设有第三阀401，第三阀401为电磁阀；换热支路403靠近液氢瓶10的封头内壁边缘设置并构造为盘形管，换热支路403部分设置在液氢瓶10的液相空间中，换热器50设在供氢管路20上，换热器50为水浴式汽化器，增压支路40穿设在换热器50上，换热器50用于将流经供氢管路20和增压支路40的氢气加热至常温；压力检测件60设在主管路30上，压力检测件60为压力传感器，压力检测件60在检测到主管路30内的压力降低至预设值时，关闭第二阀301并打开第三阀401。

主管路30上设有位于增压支路40和压力检测件60之间的缓冲罐302和缓冲罐压力传感器303，以及位于压力检测件60和主管路30的出气口305之间的温度传感器304。主管路30上设有位于缓冲罐302和缓冲罐压力传感器303之间的第一安全阀306和第一截止阀307。主管路30上设有位于缓冲罐压力传感器303和压力检测件60之间的供气稳压阀308。主管路30上设有位于温度传感器304和出气口305之间的电磁阀309。

增压支路40的与主管路30相连的一端设有第一止回阀402。供氢管路20上设有位于液氢瓶10和换热器50之间的第一阀组201，第一阀组201包括位于液氢瓶10和换热器50之间且依次设置的第二截止阀2011、第二止回阀2012、过流阀2013。供氢管路20的另一端还连通有安全管路202，安全管路202上设有第二安全阀2021。

液氢瓶10包括内胆102和外壳103，内胆102用于储存氢气，外壳103内设有空腔1031，内胆102设在空腔1031内，空腔1031内设有包裹内胆102的保温层。保温层由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组成。

根据本实用新型实施例的一种车辆，包括燃料电池，燃料电池包括上述液氢增压系统100。由此，该车辆的续航力和行驶性能得到提升。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“可选地”、“进一步地”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种液氢增压系统，其特征在于，包括：

液氢瓶；

供氢管路，所述供氢管路的一端连通所述液氢瓶；

主管路，所述主管路的一端连通所述供氢管路的另一端，所述主管路的另一端用于向电推输送氢气，所述主管路的靠近所述供氢管路的一端设有第二阀；

换热器，所述换热器设在所述供氢管路上；

增压支路，所述增压支路的一端连通所述供氢管路的另一端，所述增压支路的另一端依次穿过所述液氢瓶和所述换热器，并与所述主管路相连通，所述增压支路的靠近所述供氢管路的一端设有第三阀；

压力检测件，所述压力检测件设在所述主管路上，所述压力检测件在检测到所述主管路内的压力降低至预设值时，关闭所述第二阀并打开所述第三阀。

2.根据权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述主管路上设有位于所述增压支路和所述压力检测件之间的缓冲罐和缓冲罐压力传感器，以及位于所述压力检测件和所述主管路的出气口之间的温度传感器。

3.根据权利要求2所述的液氢增压系统，其特征在于，所述主管路上设有位于所述缓冲罐和所述缓冲罐压力传感器之间的第一安全阀和第一截止阀。

4.根据权利要求2所述的液氢增压系统，其特征在于，所述主管路上设有位于所述缓冲罐压力传感器和所述压力检测件之间的供气稳压阀。

5.根据权利要求2所述的液氢增压系统，其特征在于，所述主管路上设有位于所述温度传感器和所述出气口之间的电磁阀。

6.根据权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述增压支路的与所述主管路相连的一端设有第一止回阀。

7.根据权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述供氢管路上设有位于所述液氢瓶和所述换热器之间的第一阀组，所述第一阀组包括位于所述液氢瓶和所述换热器之间且依次设置的第二截止阀、第二止回阀、过流阀。

8.根据权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述供氢管路的另一端还连通有安全管路，所述安全管路上设有第二安全阀。

9.根据权利要求1所述的液氢增压系统，其特征在于，所述增压支路位于所述液氢瓶内的部分为换热支路，所述换热支路靠近所述液氢瓶的封头内壁边缘设置并构造为盘形管，所述换热支路至少部分设置在所述液氢瓶的液相空间中。

10.一种车辆，其特征在于，包括燃料电池，所述燃料电池包括权利要求1-9中任一项所述的液氢增压系统。

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