CN219318209U - 一种集成固态储氢系统及氢能观光车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成固态储氢系统，其包括箱体，在箱体内设有多个供固态储氢瓶稳固放入的卡位，在卡位与固态储氢瓶接触的位置设有电热膜或/和导热涂层或导热垫；箱体内设有多个快拆快连接头；固态储氢瓶均以快拆快连密封接头与箱体内设置的快拆快连接头对应连接，再以软管连接汇流管，汇流管上设有供氢快插接头以用于对动力装置的燃烧室供氢；其中，固态储氢瓶装填有65‑75％容积固态储氢材料，容积为5‑20L，箱体可放入6‑24个固态储氢瓶。本实用新型结构简单，适合大批量生产，成本低，固态储氢瓶体量小散热快，可通过快拆快联方式置换储氢瓶以实现供氢续航，解决大储氢罐充氢速度慢的问题，尤其适于用在氢能观光车上。

Description

一种集成固态储氢系统及氢能观光车

技术领域

本实用新型属于氢能车辆技术领域，特别提供一种集成固态储氢系统及氢能观光车。

背景技术

氢能作为清洁高效的二次能源一直备受人们关注，如能当做能源载体更好地利用于现代可再生能源系统中，将解决风能和太阳能的间歇性问题，同时氢能是产物只有水蒸气，是真正意义上的零污染。当前，已具有实用化的储氢方式主要为三种：高压气态储氢、低温液态储氢和基于储氢合金的固态金属储氢。相较于前两种储氢方式，固态金属储氢具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是未来氢能储运技术的重要发展方向。人们希望将氢能用到车辆上，以氢气为能源，通过化学反应实现化学能转换为电能，再由电能转换为机械能推动车辆前进，来实现氢能的利用，由此解决传统汽油车辆造成的环境污染问题，特别是在一些生态环保区，无污染排放的氢能观光车将具有很大的优势。将氢能应用于车辆上需要解决以下几个问题：(1)使用安全问题：必须保证固态金属储氢瓶在储运、装卸、维护、颠簸或碰撞等事件中不漏气。(2)使用性能问题：目前车载储氢罐正朝着反应快、大容量的目标设计，但容量越大越不利于散热以及顺利充放氢。这是因为储氢材料在吸/放氢过程中伴随着反应热，而反应热的积聚影响储氢材料的正常吸放氢过程。此外，容量大的罐体重量也大，不利于轻量化，充气耗时也更长。(3)控制较低的成本：现有固态储氢瓶设计结构较为复杂，难以控制成本。例如，CN213177651U公开了一种固态储氢罐，通过设有多个储氢床体元件、导气管、过滤片和阀门，储氢床体元件内设有交替叠置的储氢材料层和导热层，外部设有具导热能力的柔性包裹层，导气管和过滤片为铜基或不锈钢基多孔烧结体。该方案在一定程度上解决了罐体散热的问题，提高充放氢效率，延长固态储氢罐的使用寿命。但是其仍然存在制造工艺复杂、难以大规模生产、储氢罐体总质量较大，不适合应用在移动设备如车辆上等问题。(4)供氢的持续性：储氢材料无法内部克服自身供氢流量问题，导致能量供给的间歇性，这些都限制了氢能车辆的单次行驶里程。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种集成固态储氢系统，其结构简单，成本低，适合大规模生产，固态储氢瓶体量小散热快，可通过快拆快联的方式置换小固态储氢瓶以实现供氢续航，解决大储氢罐充氢速度慢等技术问题。本实用新型还包括设有所述集成固态储氢系统的氢能观光车。

(二)技术方案

第一方面，本实用新型提供一种集成固态储氢系统，其包括箱体，在该箱体内设有多个供固态储氢瓶稳固放入的卡位，在卡位与固态储氢瓶接触的位置设有电热膜或/和导热涂层或导热垫；

箱体内设有多个快拆快连接头；所述固态储氢瓶均以快拆快连密封接头与箱体内设置的快拆快连接头对应连接，各所述快拆快连接头以软管连接汇流管，所述汇流管上设有与汇流管连通的供氢快插接头；所述供氢快插接头用于对动力装置的燃烧室供氢；

所述固态储氢瓶为装填有65-75％容积固态储氢材料的金属瓶，金属瓶容积为5-20L；所述固态储氢瓶的数量为6-24个。

优选地，所述固态储氢材料具体为AB₂型钛基储氢合金。

根据本实用新型的较佳实施例，所述固态储氢瓶的瓶口以螺纹密封连接瓶阀，所述瓶阀为可与快拆快连接头连接的快拆快连密封接头。

根据本实用新型的较佳实施例，所述汇流管设有与固态储氢瓶的数量相等的导气口，各所述快拆快连接头以软管连接所述导气口。

根据本实用新型的较佳实施例，所述汇流管上安装有压力计和至少一个安全球阀；所述压力计的量程为0-5Mpa，所述安全球阀的开启压力4Mpa。

根据本实用新型的较佳实施例，所述汇流管上还安装有一个备用接口，在该备用接口设有球阀。

根据本实用新型的较佳实施例，所述固态储氢瓶的瓶身为5-7mm厚304级不锈钢，瓶底为9-11mm厚304级不锈钢，顶部为11-12.5mm厚304级不锈钢椭圆封头；在椭圆封头顶部开内螺纹孔，通过内螺纹孔连接所述瓶阀。所述固态储氢瓶的耐压范围为7Mpa以上。

加工过程为：采用6mm厚304级不锈钢管做为瓶身，10mm厚304级不锈钢板焊接瓶底，顶部采用12mm厚304级不锈钢椭圆封头焊接，顶部中心开内螺纹孔，通过内螺纹连接内部导气管件和瓶阀，瓶阀优选采用直角针形阀，其通路一端连接固态储氢罐的内螺纹孔，另一端连接所述快拆快连接头的螺纹，螺纹规格为1/4NPT密封螺纹。

根据本实用新型的较佳实施例，在各所述瓶阀或导气口处设有微型流量计，用于感测固态储氢瓶的放氢量，在放氢量不足时提醒工作人员在固态储氢瓶更换站及时进行换瓶。所述微型流量计将各个固态储氢瓶的流量数据传送到电子表盘上，在某个瓶体放氢量过低时发出提醒，提醒方式如闪灯。

根据本实用新型的较佳实施例，各所述瓶阀为逆止阀，在瓶阀与所述箱体内的快拆快连接头松动或分离时，所述瓶阀自动锁闭以避免氢气泄漏。

根据本实用新型的较佳实施例，所述箱体具有可开启的侧门，箱体底部设有与固态储氢瓶的底端紧配合的卡槽，卡槽内壁和底壁均设有PI电热膜，卡槽的深度达到瓶身高度的1/6-1/10。固态储氢瓶中的固态储氢材料在放氢过程为吸热过程，在气温特别低的环境中使用时，环境温度低会影响放氢速率，设置该PI电热膜可加快放氢速率和供氢的稳定性和连续性。

第二方面，本实用新型提供一种氢能观光车，其具有前述任一实施例的集成固态储氢系统。

(三)有益效果

(1)本实用新型的集成固态储氢系统包括箱体和若干用于稳定放置固态储氢瓶的卡位，防止固态储氢瓶在储运、装卸、维护、晃动、颠簸或碰撞等问题，且单个的固态储氢瓶容积比较小，重量较轻，单个储气；量小，一旦车辆发生碰撞侧翻造成个别瓶体开启其氢气泄漏量不会太大，安全性较好。优选地，使固态储氢瓶的瓶阀设为逆止阀，在瓶阀与所述箱体内的快拆快连接头松动或分离时，所述瓶阀自动锁闭以避免氢气泄漏，进一步提高安全性。

(2)本实用新型采用若干容积5-20L的小固态储氢瓶取代大容积的瓶体，大小接近灭火器体积，易于控制热量(散热或吸热)，延长小固态储氢瓶的使用寿命，充气耗时短，可及时换瓶加氢方式补充氢，规避充氢速度慢问题；本实用新型用在景区观光车上，可配合在景区内观光车路线上设置若干换气站，途中通过换瓶补气的方式进行续航，小瓶体易于拆装，十分快速便捷，且该观光车对景区生态无任何污染排放。

(3)本实用新型的集成固态储氢系统结构简单，可以批量生产制作，成本低。多个小固态储氢瓶可以分组交替连续供氢，在个别瓶体供氢流量不足的情况下可及时使用替补瓶体供氢，保证供氢的持续性。

且光车连续行驶里程较短，可无需长时间连续供氢，因此本实用新型的集成固态储氢系统尤其适合用在景区氢能观光车上，无任何污染排放，有效保护景区环境。

附图说明

图1为本实用新型的集成固态储氢系统的俯视图。

图2为本实用新型的集成固态储氢系统中的汇流管的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的一种止逆阀结构。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

实施例1

如图1所示，为本实用新型的集成固态储氢系统，其包括箱体1，在箱体1内设有多个供固态储氢瓶稳固2放入的卡位，在卡位与固态储氢瓶接触的位置设有电热膜，或/和导热涂层或导热垫，在需要加热的情况下可开启该加热膜。箱体1内设有多个快拆快连接头5，固态储氢瓶2均以快拆快连密封接头与箱体内设置的快拆快连接头5对应连接，各快拆快连接头5以软管连接汇流管3，汇流管3上设有与汇流管连通的供氢快插接头8，供氢快插接头8用于对动力装置的燃烧室供氢。固态储氢瓶1为装填有65-75％容积(优选70％)固态储氢材料的金属瓶，所述固态储氢材料具体为AB₂型钛基储氢合金，金属瓶容积为5-20L；箱体1内可安装6-24个固态储氢瓶1。

如图2所示，固态储氢瓶1的瓶口以螺纹密封连接瓶阀4，瓶阀4为可与快拆快连接头5连接的快拆快连密封接头，瓶阀4为直角针形阀。汇流管3设有与固态储氢瓶1的数量相等的导气口6，各快拆快连接头5分别以一根高压软管连接到汇流管3上的所述导气口6。汇流管3上安装有压力计7和至少一个安全球阀9，压力计7的量程为0-5Mpa，安全球阀9的开启压力4Mpa，通过安全球阀9可向大气排气，将汇流管3内部压力降低到常规压力，提高安全性。汇流管3上还安装有一个备用接口，在备用接口10设有球阀。

其中，固态储氢瓶1的瓶身为5-7mm厚304级不锈钢，瓶底为9-11mm厚304级不锈钢，顶部为11-12.5mm厚304级不锈钢椭圆封头；在椭圆封头顶部开内螺纹孔，通过内螺纹孔连接所述瓶阀4。所述固态储氢瓶的耐压范围为7Mpa以上。固态储氢瓶1的加工过程为：采用6mm厚304级不锈钢管做为瓶身，10mm厚304级不锈钢板焊接瓶底，顶部采用12mm厚304级不锈钢椭圆封头焊接，顶部中心开内螺纹孔，通过内螺纹连接内部导气管件和瓶阀4，瓶阀优选采用直角针形阀，其通路一端连接固态储氢罐的内螺纹孔，另一端连接所述快拆快连接头的螺纹，螺纹规格为1/4NPT密封螺纹。

优选地，在各瓶阀4或导气口6处设有微型流量计，用于感测固态储氢瓶1的放氢量，在放氢量不足时提醒工作人员在固态储氢瓶1更换站及时进行换瓶。微型流量计还通过缆线或数据采集模块将各个固态储氢瓶1的流量数据传送到电子表盘上，在某个瓶体放氢量过低时发出提醒，提醒方式如闪灯，以提醒观光车驾驶员及时更换已补气的固态储氢瓶。进一步地，瓶阀4为一种逆止阀，在观光车遇到颠簸的情况导致瓶阀4与箱体1内的快拆快连接头5松动或分离时，瓶阀4自动锁闭以避免氢气泄漏，提高安全性。

优选地，瓶阀4的结构如图3所示的止逆阀，当快拆快连接头5下压时可通气，当快拆快连接头5松脱时瓶阀4不能通气。瓶阀4设有第一镂空支板41，其上设有弹簧42和封闭按压件43，该弹簧42支撑封闭按压件43使其在自然状态下向上压在阀口顶板45上，使瓶阀4处于关闭。当采用快拆快连接头5中间的顶针52下压封闭按压件43时，封闭按压件43离开阀口顶板而使瓶阀4打开通气。其中快拆快连接头5设有第二镂空支板51，顶针位于该第二镂空支板51下方且向下伸出。瓶阀4外部设有反扣件44，可反扣在快拆快连接头5的突耳53上，使瓶阀4与快拆快连接头5实现快速连接。在封闭按压件43上边沿和阀口顶板45下边沿分别设有密封圈，两个密封圈错位并靠；快拆快连接头5的内壁也设有密封圈，密封圈能够与瓶阀4的外壁紧贴。

其中，为了便于更换固态储氢瓶1，箱体1具有可开启的侧门，箱体1底部设有与固态储氢瓶的底端紧配合的卡槽(C型或圆形卡槽)，卡槽内壁和底壁均设有PI电热膜，卡槽的深度达到瓶身高度的1/6-1/10。固态储氢瓶1中的固态储氢材料在放氢过程为吸热过程，在冬天或环境气温低的环境中使用时，环境温度低会影响放氢速率，设置该PI电热膜可加快固态储氢瓶1的放氢速率和供氢的稳定性和连续性。此外，也可通过设置保温套，在冬天使用时，可通过保温套避免固态储氢瓶1内温度过低，影响放氢过程。反之，在夏天天气较热时，为了防止固态储氢瓶1内温度过高放气速度过快，则需要对固态储氢瓶1进行导热。

实施例2

本实施例为将实施例1中的集成固态储氢系统运用到景区观光车上。在景区观光车的运行路线上，若路线较远，则每隔预定距离设置氢能换气站，用于对固态储氢瓶1进行充气。驾驶员可根据表盘提示及时更换气流量不足的固态储氢瓶1，将其放回到氢能换气站进行补氢。

本实用新型的集成固态储氢系统尤其适合用在景区氢能观光车上，无任何污染排放，有效保护景区环境。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种集成固态储氢系统，其特征在于，其包括箱体，在该箱体内设有多个供固态储氢瓶稳固放入的卡位，在卡位与固态储氢瓶接触的位置设有电热膜或/和导热涂层或导热垫；

箱体内设有多个快拆快连接头；所述固态储氢瓶均以快拆快连密封接头与箱体内设置的快拆快连接头对应连接，各所述快拆快连接头以软管连接汇流管，所述汇流管上设有与汇流管连通的供氢快插接头；所述供氢快插接头用于对动力装置的燃烧室供氢；

所述固态储氢瓶为装填有65-75％容积固态储氢材料的金属瓶，金属瓶容积为5-20L；所述固态储氢瓶的数量为6-24个。

2.根据权利要求1所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，所述固态储氢瓶的瓶口以螺纹密封连接瓶阀，所述瓶阀为能够与快拆快连接头连接的快拆快连密封接头。

3.根据权利要求1所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，所述汇流管设有与固态储氢瓶的数量相等的导气口，各所述快拆快连接头以软管连接所述导气口。

4.根据权利要求1所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，所述汇流管上安装有压力计和至少一个安全球阀；所述压力计的量程为0-5Mpa，所述安全球阀的开启压力4Mpa。

5.根据权利要求1所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，所述汇流管上还安装有一个备用接口，在该备用接口设有球阀。

6.根据权利要求2所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，所述固态储氢瓶的瓶身为5-7mm厚304级不锈钢，瓶底为9-11mm厚304级不锈钢，顶部为11-12.5mm厚304级不锈钢椭圆封头；在椭圆封头顶部开内螺纹孔，通过内螺纹孔连接所述瓶阀；所述固态储氢瓶的耐压范围为7Mpa以上。

7.根据权利要求2所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，在各所述瓶阀或导气口处设有微型流量计。

8.根据权利要求2所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，各所述瓶阀为逆止阀，在瓶阀与所述箱体内的快拆快连接头松动或分离时，所述瓶阀自动锁闭以避免氢气泄漏。

9.根据权利要求1所述的一种集成固态储氢系统，其特征在于，所述箱体具有可开启的侧门，箱体底部设有与固态储氢瓶的底端紧配合的卡槽，卡槽内壁和底壁均设有PI电热膜，卡槽的深度达到瓶身高度的1/6-1/10。

10.一种氢能观光车，其特征在于，具有权利要求1-9任一项所述的集成固态储氢系统。

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