CN217881582U - 车载式液氢汽化机构及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种车载式液氢汽化机构及车辆，其中车载式液氢汽化机构包括壳体、导热管、输液元件和电加热元件；壳体具有内腔，且内腔中设有挡板，该挡板将内腔分为两个腔室。导热管贯穿壳体和挡板设置；输液元件与其中一个腔室连通，用于向该腔室输入高温的冷却液；电加热元件设置在另一个腔室中。车辆包括上述车载式液氢汽化机构。组装时，导热管的进液端与液氢的储存罐体连通、排气端与液氢系统中的缓冲罐连通；液氢通过导热管时，启动输液元件和/或电加热元件，能够通过导热管加热液氢，使其转化为氢气。本申请提供的车载式液氢汽化机构及车辆，能够利用整车的高压电源，以确保液氢转化为氢气的效率，确保车辆中液氢系统使用过程的稳定性。

Description

车载式液氢汽化机构及车辆

技术领域

本申请属于燃料电池技术领域，具体涉及一种车载式液氢汽化机构及车辆。

背景技术

燃料电池是一种具有绿色环保、加氢时间短、续驶里程长特性的车用电池，常常被应用于重型卡车上。其中，燃料电池中常用的燃料为液氢；在使用前氢体以液态的形式保存，而为了保证其处于液态，需将液氢保存在-253℃的储液罐中。

在燃料电池启动时，需要将液氢罐中的氢体自液态转化为气态，现有技术中，这一步骤通常需要借助燃料电池所配备的冷却液系统向氢体传递热量实现。而在车辆冷启动时，由于车内各元件的温度较低，因此冷却液系统所能提供的温度有限，并最终导致氢体自液态转化为气态的效率低下、燃料电池无法正常使用的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种车载式液氢汽化机构及车辆，旨在加强燃料电池使用时的稳定性，以解决由于液氢转化为氢气的效率低下所导致的燃料电池无法正常使用的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

提供一种车载式液氢汽化机构，包括：

壳体，具有内腔；所述内腔中设置有挡板，且所述挡板将所述内腔分为相互独立的两个腔室；

导热管，具有进液端和排气端；所述进液端用于与储存液氢的罐体连通，所述排气端用于与液氢系统中的缓冲罐连通；所述导热管的主体贯穿所述壳体和所述挡板设置，以使两个所述腔室内均具有部分所述导热管；

输液元件，与其中一个所述腔室连通，用于向所述腔室内输入高温液体，以加热对应腔室内的所述导热管和所述导热管内的液氢；以及

电加热元件，设置在另一个所述腔室内，用于加热对应腔室内的所述导热管及所述导热管内的液氢；

其中，所述电加热元件与整车的高压电源电连接；所述输液元件与电池的冷却液循环系统连通，以接收具有动能且处于高温状态的冷却液。

在一种可能的实现方式中，所述电加热元件具有贯穿所述壳体并伸出、用于与整车的高压电源电连接的充电部。

在一种可能的实现方式中，所述电加热元件具有圆柱状的散热部，且对应所述腔室内的所述导热管缠绕在所述散热部的外周壁上。

在一种可能的实现方式中，所述输液元件包括：

进液管，具有第一端和第二端；其中，所述第一端与对应的所述腔室连通，所述第二端用于与所述冷却液循环系统连通；以及

电磁阀，设置在所述进液管上，用于控制所述进液管的开启和关闭。

在一种可能的实现方式中，所述输液元件还包括：

温度传感器，设置在所述进液管上，处于所述电磁阀和所述第二端之间，与所述进液管连通，用于检测所述第二端与所述电磁阀之间部分管节内的冷却液的温度。

在一种可能的实现方式中，所述车载式液氢汽化机构还包括：

控制器，与所述温度传感器、所述电磁阀和所述电加热元件电连接，用于接收所述温度传感器得出的温度数值，并控制所述电磁阀和所述电加热元件的开启状态；

其中，所述控制器能够预设两组不同的数值并与所述温度数值进行对比，定义所述控制器预设的两组数值分别为低预设值和高预设值，且所述低预设值小于所述高预设值；

在所述温度数值小于所述低预设值时，所述控制器控制所述电磁阀开启，以限制冷却液通过所述进液管；所述控制器还控制所述电加热元件启动；

在所述温度数值大于所述低预设值且小于所述高预设值时，所述控制器控制所述电磁阀关闭，还控制所述电加热元件启动；

在所述温度数值大于所述高预设值时，所述控制器控制所述电磁阀关闭，还控制所述电加热元件停止作业。

在一种可能的实现方式中，所述输液元件设置在靠近所述排气端一侧的所述腔室内，且所述第一端远离所述排气端设置。

在一种可能的实现方式中，所述输液元件对应的所述腔室连接有出液管；所述出液管用于与所述冷却液循环系统连通，且所述出液管与所述腔室的连接位置远离所述第一端设置。

在一种可能的实现方式中，处于所述输液元件对应的所述腔室内的所述导热管呈螺旋状的管体结构。

本申请实施例中，导热管的进液端与液氢的储存罐体连通、排气端与液氢系统中的缓冲罐连通。在液氢自进液端进入导热管后，液氢先后经过电加热元件所处的腔室和输液元件所处的腔室，此时启动电加热元件和/或输液元件，能够通过导热管加热液氢，使得液态的氢体转化为氢气，并经过排气端输出，随后经过缓冲罐的缓冲，以及减压阀的减压，使得氢气压力稳定后进入燃料电池的氢气入口中，从而使得燃料电池得到有效供能。

上述加热过程中，包括电加热元件的加热和输液元件的加热，具体的：电加热元件的加热是直接加热导热管的外壁，令导热管内部液氢受热升温；另一方面，输液元件的加热是将冷却液循环系统中的高温冷却液输入对应腔室，令腔室温度升高，并且通过导热管的导热性能加热液氢。其中，电加热元件的加热是通过整车的高压电源供能的，相较于输液元件具有更佳的稳定性。

本实施例提供的车载式液氢汽化机构，与现有技术相比，能够利用整车的高压电源，以确保液氢转化为氢气的效率，确保车辆中燃料电池使用过程的稳定性。

本申请采用的技术方案还提供了一种车辆，包括前述任一项所提出的车载式液氢汽化机构。

本实施例提供的车辆的有益效果与前述车载式液氢汽化机构的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的车载式液氢汽化机构的立体结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图2上沿A-A线的剖视示意图；

图4为本申请实施例所采用的导热管和电加热元件的组合结构示意图(为了便于显示，导热管只显示了一部分)；

图5为本申请实施例所采用的输液元件的立体结构示意图；

图6为本申请实施例所采用的导热管和挡板之间的爆炸结构示意图；

附图标记说明：1、壳体；11、挡板；12、腔室；13、出液管；2、导热管；21、进液端；22、排气端；3、输液元件；31、进液管；311、第一端；312、第二端；32、电磁阀；33、温度传感器；4、电加热元件；41、充电部；42、散热部；5、控制器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

请一并参阅图1至图6，现对本申请提供的车载式液氢汽化机构进行说明。本申请所提出的车载式液氢汽化机构，包括壳体1、导热管2、输液元件3和电加热元件4。

壳体1采用隔温材料制成，具有内腔，且此内腔中固定设置有挡板11，该挡板11将内腔分为相互独立且均处于封闭状态的两个腔室12。

导热管2具有进液端21和排气端22；其中，进液端21用于与储存液氢的罐体连通，排气端22用于与液氢系统中的缓冲罐连通。并且，导热管2的主体贯穿壳体1和挡板11设置，以使两个腔室12内均具有部分导热管2。其中，导热管2贯穿挡板11的方式为：在挡板11上预设有穿孔，且此导热管2的主体穿过这一穿孔设置；同时，穿孔内壁与导热管2外壁之间具有密封构件，该堵塞构件为套设在导热管2上的环体结构，用来填充导热管2和穿孔之间的缝隙，从而防止两个腔室12之间液体相互流通。

输液元件3与其中一个腔室12连通，用于向腔室12内输入高温液体，以加热该腔室12内的导热管2和导热管2内的液氢。

电加热元件4设置在另一个腔室12内，用于加热该腔室12内的导热管2，以加热通过导热管2的液氢。

在本实施例中，通过输液元件3和/或电加热元件4即可实现液氢的加热，也就是说本机构具有三种不同的加热模式，即单独应用输液元件3、单独应用电加热元件4和同时应用输液元件3和电加热元件4。

其中，电加热元件4与整车的高压电源电连接；输液元件3与电池的冷却液循环系统连通，以接收具有动能且处于高温状态的冷却液。

本申请实施例中，导热管2的进液端21与液氢的储存罐体连通、排气端22与液氢系统中缓冲罐连通。在液氢自进液端21进入导热管2后，液氢先后经过电加热元件4和输液元件3分别所处的腔室12，此时启动电加热元件4和/或输液元件3，能够通过导热管2加热液氢，使得液态的氢体转化为氢气，并经过排气端22输出，随后经过缓冲罐的缓冲，以及减压阀的减压，使得氢气压力稳定后进入燃料电池的氢气入口中，从而使得燃料电池得到有效供能。

上述加热过程中，包括电加热元件4的加热和输液元件3的加热，具体的：电加热元件4的加热是直接加热导热管2的外壁，令导热管2内部液氢受热升温；另一方面，输液元件3的加热是将冷却液循环系统中的高温冷却液输入对应腔室12，令腔室12温度升高，并且通过导热管2的导热性能加热液氢。其中，电加热元件4的加热是通过整车的高压电源供能的，相较于输液元件3具有更佳的稳定性。

本实施例提供的车载式液氢汽化机构，与现有技术相比，能够利用整车的高压电源，以确保液氢转化为氢气的效率，确保车辆中燃料电池使用过程的稳定性。

在一些实施例中，上述特征电加热元件4可以采用如图1和图3所示结构。参见图1和图3，电加热元件4具有贯穿壳体1并伸出、用于与整车的高压电源电连接的充电部41，这样设置的目的在于，便于充电部41和外接电源的连通，提高使用时的效率。

在本实施例中，充电部41仅贯穿了电加热元件4所处的一侧腔室12，具体是电加热元件4所处腔室12远离另一腔室12的端面上开设有预留孔，且此预留孔适于供充电部41通过。

在一些实施例中，上述特征电加热元件4可以采用如图3和图4所示结构。参见图2，电加热元件4具有圆柱状的散热部42，且处于对应腔室12内的导热管2缠绕在散热部42的外周壁上，由此方式相接能够加大导热管2和散热部42的接触面积，从而加强散热部42向导热管2输送热量的稳定性。

在一些实施例中，上述特征输液元件3可以采用如图1和图5所示结构。参见图1和图5，输液元件3包括进液管31和电磁阀32。

进液管31采用具有管腔的管体结构，且该管体具有第一端311和第二端312；其中，第一端311与对应的腔室12连通，第二端312用于与冷却液循环系统连通。

电磁阀32设置在进液管31上，用于控制进液管31的开启和关闭。

由于冷却液循环系统中的冷却液是具有动能的，因此在电磁阀32关闭时，冷却液能够自进液管31进入腔室12中，实现腔室12内的增温。

在一些实施例中，上述特征输液元件3可以采用如图5所示结构。参见图2，输液元件3还包括温度传感器33，该温度传感器33设置在进液管31上，处于电磁阀32和第二端312之间，与进液管31连通，用于检测第二端312与电磁阀32之间部分管节内的冷却液的温度。

通过利用温度传感器33对进液管31内温度的检测，来判断冷却液是否能够应用到腔室12温度调整的过程中，具体的：

当检测到冷却液的温度未达到0℃时，现场的操作人员通过启动电加热元件4进行加热，同时通过开启电磁阀32来切断进液管31的液体输送，此时电加热元件4单独作用于液氢的加热过程；

当检测到冷却液的温度在0℃至60℃之间时，启动电加热元件4，同时通过关闭电磁阀32来确保冷却液经过进液管31，此时电加热元件4和高温冷却液共同作用于液氢的加热过程；

当检测到冷却液的温度超过60℃时，关闭电加热元件4，同时通过关闭电磁阀32来确保冷却液经过进液管31，此时冷却液单独作用于液氢的加热过程，起到节约电能的作用。

在一些实施例中，上述特征温度传感器33、电磁阀32和电加热元件4之间可以采用如图1所示结构。参见图1，车载式液氢汽化机构还包括控制器5。

控制器5与温度传感器33、电磁阀32和电加热元件4电连接，用于接收温度传感器33得出的温度数值，并控制电磁阀32和电加热元件4的开启状态。

其中，控制器5能够预设两组不同的数值(在上述过程中，预设的两组数值分别为0和60)并与温度数值进行对比；在本实施例中，定义控制器5预设的两组数值分别为低预设值和高预设值，且低预设值小于高预设值(也就是说，在上述过程中，低预设值为0，高预设值为60)。

在温度数值小于低预设值时，控制器5控制电磁阀32开启，以限制冷却液通过进液管31；控制器5还控制电加热元件4启动，实现电加热元件4单独作用于液氢的加热过程；

在温度数值大于低预设值且小于高预设值时，控制器5控制电磁阀32关闭，还控制电加热元件4启动，实现电加热元件4和高温冷却液同时作用于液氢的加热过程；

在温度数值大于高预设值时，控制器5控制电磁阀32关闭，还控制电加热元件4停止作业，实现高温冷却液单独作用于液氢的加热过程。

通过采用上述技术方案，令三种不同模式的液氢加热方式根据冷却液温度的差异而自动转换，提高了本机构在使用时的稳定性。

在一些实施例中，上述特征输液元件3可以采用如图3所示结构。参见图3，输液元件3设置在靠近排气端22一侧的腔室12内；相应的，电加热元件4设置在靠近进液端21一侧的腔室12内。也就是说，由储存罐输出的液氢先经过电加热元件4并被电加热元件4加热，然后再经过与输液元件3连通的腔室12，这样设置的目的在于：在输液元件3和电加热元件4同时启用时，电加热元件4能够提供更加有效的加热，使得液氢输送的前段即可完成部分或整体转化，加强了液氢转化过程的稳定性。

并且，进液管31的第一端311远离排气端22设置，从而能够确保液氢的转化位置发生在远离排气端22的位置，延长氢体的转化时间，确保经过排气端22排出的氢体呈现气体状态，提高了本机构的稳定性。

在一些实施例中，上述特征壳体1可以采用如图3所示结构。参见图3，输液元件3对应的腔室12连接有出液管13，并且此出液管13用于与冷却液循环系统连通，从而能够使经过腔室12的高温冷却液再次进入冷却液循环系统，并随冷却液循环系统的循环再次作用于电池冷却。需要说明的是，这一过程还能够降低冷却液温度，从而加强了冷却液循环系统的稳定性。

出液管13与腔室12的连接位置远离第一端311设置，具体是在冷却液填满此腔室12后，才能够通过出液管13输出，确保了冷却液和导热管2之间热能传递过程的稳定性。

在一些实施例中，上述特征导热管2可以采用如图3所示结构。参见图2，处于输液元件3对应的腔室12内的导热管2呈螺旋状的管体结构。之所以将导热管2设置为螺旋状的管体结构，是因为这样的结构设计能够占用更多的腔室12空间，从而在高温的冷却液填满整个腔室12时，冷却液能够与更多的导热管2接触，从而能够提高冷却液和导热管2之间的温度转化效率。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种车辆，包括前述任一项所述提出的车载式液氢汽化机构。

本实施例提供的车辆的有益效果与前述车载式液氢汽化机构的有益效果相同，在此不再赘述。

以上内容仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.车载式液氢汽化机构，其特征在于，包括：

壳体(1)，具有内腔；所述内腔中设置有挡板(11)，且所述挡板(11)将所述内腔分为相互独立的两个腔室(12)；

导热管(2)，具有进液端(21)和排气端(22)；所述进液端(21)用于与储存液氢的罐体连通，所述排气端(22)用于与液氢系统中的缓冲罐连通；所述导热管(2)的主体贯穿所述壳体(1)和所述挡板(11)设置，以使两个所述腔室(12)内均具有部分所述导热管(2)；

输液元件(3)，与其中一个所述腔室(12)连通，用于向所述腔室(12)内输入高温液体，以加热对应腔室内的所述导热管(2)和所述导热管(2)内的液氢；以及

电加热元件(4)，设置在另一个所述腔室(12)内，用于加热对应腔室内的所述导热管(2)及所述导热管(2)内的液氢；

其中，所述电加热元件(4)与整车的高压电源电连接；所述输液元件(3)与电池的冷却液循环系统连通，以接收具有动能且处于高温状态的冷却液。

2.如权利要求1所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，所述电加热元件(4)具有贯穿所述壳体(1)并伸出、用于与整车的高压电源电连接的充电部(41)。

3.如权利要求1所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，所述电加热元件(4)具有圆柱状的散热部(42)，且对应所述腔室(12)内的所述导热管(2)缠绕在所述散热部(42)的外周壁上。

4.如权利要求1所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，所述输液元件(3)包括：

进液管(31)，具有第一端(311)和第二端(312)；其中，所述第一端(311)与对应的所述腔室(12)连通，所述第二端(312)用于与所述冷却液循环系统连通；以及

电磁阀(32)，设置在所述进液管(31)上，用于控制所述进液管(31)的开启和关闭。

5.如权利要求4所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，所述输液元件(3)还包括：

温度传感器(33)，设置在所述进液管(31)上，处于所述电磁阀(32)和所述第二端(312)之间，与所述进液管(31)连通，用于检测所述第二端(312)与所述电磁阀(32)之间部分管节内的冷却液的温度。

6.如权利要求5所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，所述车载式液氢汽化机构还包括：

控制器(5)，与所述温度传感器(33)、所述电磁阀(32)和所述电加热元件(4)电连接，用于接收所述温度传感器(33)得出的温度数值，并控制所述电磁阀(32)和所述电加热元件(4)的开启状态；

其中，所述控制器(5)能够预设两组不同的数值并与所述温度数值进行对比，定义所述控制器(5)预设的两组数值分别为低预设值和高预设值，且所述低预设值小于所述高预设值；

在所述温度数值小于所述低预设值时，所述控制器(5)控制所述电磁阀(32)开启，以限制冷却液通过所述进液管(31)；所述控制器(5)还控制所述电加热元件(4)启动；

在所述温度数值大于所述低预设值且小于所述高预设值时，所述控制器(5)控制所述电磁阀(32)关闭，还控制所述电加热元件(4)启动；

在所述温度数值大于所述高预设值时，所述控制器(5)控制所述电磁阀(32)关闭，还控制所述电加热元件(4)停止作业。

7.如权利要求4所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，所述输液元件(3)设置在靠近所述排气端(22)一侧的所述腔室(12)内，且所述第一端(311)远离所述排气端(22)设置。

8.如权利要求7所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，所述输液元件(3)对应的所述腔室(12)连接有出液管(13)；所述出液管(13)用于与所述冷却液循环系统连通，且所述出液管(13)与所述腔室(12)的连接位置远离所述第一端(311)设置。

9.如权利要求1所述的车载式液氢汽化机构，其特征在于，处于所述输液元件(3)对应的所述腔室(12)内的所述导热管(2)呈螺旋状的管体结构。

10.车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的车载式液氢汽化机构。

Images