CN219800936U - 输送管路、氢气存储系统以及燃料电池动力系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统的输送管路，其包括：进气端口，氢气从氢气供应系统经由所述进气端口被引入所述输送管路中；储气端口，引入的氢气经由所述储气端口被引入与所述输送管路流体连接的氢气存储容器中；过滤装置，所述过滤装置配置为适于对氢气进行过滤；和阀装置，所述阀装置配置为适于打开或关闭所述进气端口与所述储气端口之间的流体连通，其中，所述过滤装置和所述阀装置集成在所述输送管路中。本申请还涉及一种相应的氢气存储系统以及一种相应的燃料电池动力系统。通过本申请降低了输送管路的泄露风险，提高了氢气充注的安全性以及充注效率。

Description

输送管路、氢气存储系统以及燃料电池动力系统

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，具体而言涉及一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统的输送管路。此外，本申请还涉及一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统以及一种相应的燃料电池动力系统。

背景技术

目前，随着对车辆排放要求的越来越严格。清洁能源、例如氢气作为动力来源越来越广泛地应用在车辆中。在传统的储氢系统的布局中，需要止回阀、用于过滤氢气的过滤装置和充注阀，它们分别通过管路彼此串联连接。

由于这种管路连接方式，在管路与止回阀、过滤装置以及充注阀连接处可能出现潜在的泄漏点。这导致在氢气充注过程可能出现危险，尤其燃烧甚至爆炸风险。

此外，这种连接方式由于节流作用而可能造成大的压力降。同时也会导致储氢罐中的温度升高。大的压力降以及升高的温度会造成仅仅较少(体积/质量)的氢气存储在氢气存储系统中。这在以氢燃料电池运行的车辆中减少了车辆的行驶里程，增加了氢气充注次数。

因而，针对现有技术中的诸多不足之处，仍存在改进需求。

实用新型内容

在该背景下，根据本申请提出一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统的输送管路、一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统以及一种相应的燃料电池动力系统。通过本申请的各个主题的至少一个实施例不仅能够克服现有技术中的不足，而且能够实现特别简单的结构设计以及成本有利的制造与装配。

根据本申请的第一方面，提供一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统的输送管路，所述输送管路包括进气端口，氢气从氢气供应系统经由所述进气端口被引入所述输送管路中；储气端口，引入的氢气经由所述储气端口被引入与所述输送管路流体连接的氢气存储容器中；过滤装置，所述过滤装置配置为适于对氢气进行过滤；和阀装置，所述阀装置配置为适于打开或关闭所述进气端口与所述储气端口之间的流体连通，其中，所述过滤装置和所述阀装置集成在所述输送管路中。

本申请的基本构思在于，通过将过滤装置和阀装置集成在输送管路中，明显减少由于输送管路连接点造成的潜在可能泄漏点。同时，减少了从送气端口至氢气存储容器之间的节流点，因而提高了氢气充注体积、或者说氢气充注效率。

本申请的技术方案的有利构型能够从以下可选的实施例中获得。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述输送管路还包括送气端口，存储于所述氢气存储容器中的氢气经由所述送气端口向氢气消耗系统输送。该实施例增加了输送管路的功能集成性。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述输送管路还包括接头，所述接头布置在所述进气端口上并且配置为适于与所述氢气供应系统连接。该实施例简化了输送管路的装配与维修。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述输送管路两件式地构造并且包括第一管路和与所述第一管路可拆卸地连接，其中，所述过滤装置集成在所述第一管路中，所述阀装置集成在所述第二管路中。该实施例易于加工并且便于装配。

根据本申请的输送管路的一个替代实施例，所述输送管路一件式地构造。该实施例进一步减少氢气泄漏点。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述输送管路包括至少一个传感器端口，所述传感器端口配置为适于与用于检测所述输送管路内部的状态数据的传感器连接。该实施例进一步提高了输送管路的功能集成性并且实现对输送管路中的氢气状态的实时监控与反馈。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述输送管路包括多个储气端口，所述多个储气端口分别与一个氢气存储容器流体连接。该实施例能够进一步提高充注效率。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述第二管路位于所述第一管路下游，所述进气端口构造在所述第一管路上，所述储气端口构造在所述第二管路上。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述第一管路与所述第二管路通过螺纹彼此连接，在所述第一管路与所述第二管路之间布置有密封件。该实施例便于连接且结构简单。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述阀装置构造为单向阀并且适于取决于压力地打开或关闭所述进气端口与所述储气端口之间的流体连通。该实施例结构简单且成本有利。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述阀装置包括复位弹簧和布置于复位弹簧的第一端的阀元件，在所述第一管路与第二管路连接的状态下，在未充注氢气的情况下，所述阀元件被复位弹簧预紧地抵靠在所述第一管路的端部上并且将所述第一管路与所述第二管路流体断开。该实施例结构紧凑、易于安装。

根据本申请的输送管路的一个可选实施例，所述传感器端口构造为用于压力传感器和/或温度传感器和/或湿度传感器。该实施例实现对输送管路中的不同氢气状态的检测，提高氢气充注的控制精度。

根据本申请的第二方面，提供一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统，所述氢气存储系统包括氢气存储容器和根据本申请的输送管路。

根据本申请的第三方面，提供一种燃料电池动力系统，所述燃料电池动力系统包括本申请的氢气存储系统。

本申请的更多的特征从权利要求、附图和附图的描述中变得显而易见的。在上述说明中提到的特征和特征组合以及在下文的附图描述中提到的和/或只在附图中示出的特征和特征组合不仅可以以相应指定的组合使用，而且可以在不脱离本申请的范围的情况下以其它组合使用。因此，下述内容也视作被本申请涵盖和公开：这些内容未在附图中明确示出并未被明确解释，而是源自由来自所解释的内容的分离的特征所组成的组合并由这些组合产生。下述内容和特征组合也被视作是被公开的：其不具有原始撰写的独立权利要求的所有特征。此外，下述内容和特征组合被视作尤其被上文内容所公开：其超出或偏离权利要求的引用关系中所限定的特征组合。

附图说明

由在下面对在附图中示意性示出的优选实施例的描述得到本申请的其它可选的细节和特征。在此，

图1示出了现有技术中的燃料电池动力系统的示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的输送管路的示意图；和

图3示出了根据本申请另一实施例的输送管路的示意图。

附图标记列表

1 输送管路

2 氢气供应系统

3 氢气存储系统

4 氢气消耗系统

5 氢气存储容器

6 控制器

7 阀组件

10 进气端口

11 第一管路

12 第二管路

20 储气端口

30 过滤装置

40 阀装置

41 复位弹簧

42 阀元件

50 送气端口

60 接头

70 传感器端口

80 密封件

90 密封件

111 流动通道

120 阶梯孔

410 第一端

411 第二端。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性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用于解释本申请，而不用于限定本申请的保护范围。

在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，且为了简要起见，省略了其它的部件，但这并不表明本申请的技术方案不能包括其它部件。应理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本申请的限制。

图1示出了现有技术中的燃料电池动力系统的示意图，其中，所述燃料电池动力系统包括氢气存储系统3以及与氢气存储系统3连接的氢气消耗系统4。氢气存储系统3与氢气供应系统2、例如加氢站连接并且接收来自氢气供应系统2的氢气并且将氢气存储于其中。氢气消耗系统4例如是燃料动力电池并且利用来自氢气存储系统3所供应的氢气产生动力(电能)。图1中的燃料电池动力系统例如可以应用于电动车辆中。

由图1示意性可见，在现有技术中，氢气存储系统3包括与氢气供应系统2可拆卸连接的接头60，该接头60构成氢气存储系统3的氢气充注口。此外，氢气存储系统3包括过滤装置30和位于过滤装置30下游的阀装置40，过滤装置30与接头60通过管路串联连接，并且阀装置40与过滤装置30通过另一管路串联连接。此外，氢气存储系统3还包括氢气存储容器5，其构造为储氢罐并且通过又一管路与阀装置40连接。来自氢气供应系统2的氢气经由接头60被引入管路中并且被过滤装置30过滤掉不希望的杂质，例如颗粒或者湿气等。然后，阀装置40取决于氢气充注条件、例如阀装置40前后(阀装置40的上游以及下游)之间的压力差与阀装置40的打开压力之间的关系地被打开，由此氢气朝着氢气存储容器5的方向被继续引导并最终存储于氢气存储容器5中。

氢气存储系统3通过包括至少一个阀的阀组件7以及管路与氢气消耗系统4串联连接。当氢气消耗系统4运行并且需要氢气来产生动力(电能)时，控制器6控制阀组件7打开。存储于氢气存储系统3中或者说氢气存储容器5中的氢气被输送至氢气消耗系统4。

然而在现有技术中，由于接头60与过滤装置30之间、过滤装置30与阀装置40之间通过多个管路连接，因而在相应的管路连接部位处可能出现不希望的泄漏风险，这不仅造成氢气充注效率降低，而且尤其可能导致燃烧甚至爆炸风险。此外，在现有技术中，在氢气充注过程中存在多个节流部位，这造成较大的压力降并且造成氢气存储容器5的温度上升，因而又导致氢气充注效率、或者说氢气充注体积降低。

为了克服现有技术中存在的至少一个问题，下面结合图1详细描述本申请的技术方案。

图2示出了根据本申请一个实施例的用于燃料电池动力系统的氢气存储系统3的输送管路1的示意图。由图2可见，输送管路1包括进气端口10、储气端口20、过滤装置30以及阀装置40。氢气从氢气供应系统2(也参见图1)经由进气端口10被引入输送管路1中，然后引入的氢气经由储气端口20被引入与输送管路1流体连接的氢气存储容器5中。与现有技术不同，如图可见，过滤装置30与阀装置40都集成在输送管路1中。

在该实施例中，输送管路1两件式地构造并且包括第一管路11和与第一管路11可拆卸地连接的第二管路12。过滤装置30集成在第一管路11中，并且阀装置40集成在第二管路12中。因而省去了阀装置40与过滤装置30之间的连接管路，取而代之地仅需要将集成有过滤装置30的第一管路11与集成有阀装置40的第二管路12彼此连接而形成输送管路1。此外，储气端口20布置在第二管路12上，这又省去了阀装置40与氢气存储容器5之间的管路，由此明显减少了管路连接部位并因而降低了氢气泄漏风险。此外，由于更少的连接部位以及更小的节流效应，因而提高了氢气充注效率。

在该实施例中，在进气端口10处构造有内螺纹，输送管路1或者说氢气存储系统3能够通过螺纹连接与氢气供应系统2的对应的接头连接。

替代地，输送管路1还包括接头60，接头60例如可拆卸地布置在进气端口10上并且构造为适于与氢气供应系统2连接。根据一个实施例，接头60可以与进气端口10螺纹连接并且在接头60与进气端口10之间设置密封件90。

在一个实施例中，输送管路1还包括送气端口50，存储于氢气存储容器5中的氢气可以经由送气端口50向氢气消耗系统4输送。这提高了输送管路1的功能集成性并且进一步降低泄漏风险。

在另一实施例中，输送管路1还包括一个传感器端口70，传感器端口70适于与用于检测输送管路1内部的状态数据的传感器连接。在该传感器端口70上例如可以连接压力传感器，压力传感器与控制器6通信连接并且检测输送管路1中的压力。控制器6根据输送管路1中的压力信号例如控制对氢气存储容器5的氢气充注。

当然，还可以考虑设置多个传感器端口70，这些传感器端口70用于与不同类型的传感器，例如湿度传感器温度传感器等连接。由此可以提供关于输送管路1中的状态的更多和更丰富的传感器信号。控制器6例如可以根据不同的传感器信号更精确地控制氢气供应。此外，还可以考虑将不同传感器功能集成在一个传感器中。

在一个可选的实施例中，输送管路1包括多个储气端口20，这些储气端口20分别与一个氢气存储容器5流体连接。由此，可以同时为多个氢气存储容器5充注氢气，这相应地提高了氢气充注效率。

如图2还可见，第二管路12位于第一管路11下游。在本申请中，“下游”是相对于氢气充注时的流动方向而言，即在图2中，氢气充注时的流动方向在附图平面中是从左向右(从氢气供应系统2向氢气存储容器5的方向)，因而第二管路12位于第一管路11右侧。

进气端口10构造在第一管路11上，储气端口20构造在第二管路12上。因而在该实施例中，从进气端口10引入的氢气首先经过滤装置30被过滤然后到达发装置40。然而，这不是强制必须的，也可以考虑第二管路12布置在第一管路11上游。

为了确保第一管路11与第二管路12不受氢气的腐蚀，可以选择316L不锈钢作为第一管路11和第二管路12的材料。

在一个实施例中，第一管路11与第二管路12通过螺纹彼此连接。为了防止或者避免第一管路11与第二管路12之间的泄漏，附加地在第一管路11与第二管路12之间布置密封件80。密封件80示例性地构造为橡胶密封圈。

在第一管路11位于第二管路12上游的该实施例中，阀装置40布置在第二管路12中的阶梯孔120中。

在该实施例中，阀装置40包括复位弹簧41和布置于复位弹簧41的第一端410的阀元件42。如图2所示，复位弹簧41的与布置有阀元件42的第一端410相对置的第二端411可拆卸地固定在阶梯孔120下游端部。在将第一管路11螺纹连接到第二管路12中的过程中，阀装置40以其阀元件42抵靠在第一管路11的端部(在附图2中是第一管路11的右端部)上的方式被预紧。也就是说，在该连接过程中，复位弹簧41向右被压紧，从而阀元件42在第一管路11与第二管路12连接的状态下由于复位弹簧41的预紧力(压紧力)而抵靠在第一管路11的该端部上并且封闭第一管路11的流动通道111，从而在未充注氢气的情况下，第一管路11与第二管路12流体断开。在该实施例中，阀元件42朝着上游或者说朝着过滤装置30定向。

根据一个实施例，阀装置40构造为单向阀并且适于取决于压力地打开或关闭进气端口10与储气端口20之间的流体连通。在充注氢气时，具有压力的氢气流动经过过滤装置30，当流动通道111中的压力与阶梯孔120中的压力之间的压力差超过复位弹簧41的预紧力(压紧力)时，阀元件42向右移动并且打开流动通道111，从而氢气经过阶梯孔120继续朝储气端口20的方向流动并进行充注。

下面结合图1和图2描述图3中的输送管路1。

图3示出了根据本申请另一实施例的输送管路1的示意图。与图2中的输送管路1不同的是，图3中的输送管路1一件式地构造。由此，进一步减少了管路连接的部位并因而进一步降低了泄漏风险并提高氢气充注效率。

相应地，图3中的阀装置40的布置方式与图2中的阀装置40的布置方式不同。如图3所示，阀装置40布置在输送管路1中的阶梯孔120中。根据一个实施例，复位弹簧41的布置方向与图2中的复位弹簧41的布置方向相反，即，复位弹簧41的阀元件42朝着下游或者说背离过滤装置30定向。复位弹簧41的第一端410可拆卸地固定在阶梯孔120的上游端部，阀元件42布置在复位弹簧41的与第一端410相对置的第二端411并且在未充注氢气的情况下受复位弹簧41的预紧力(拉紧力)而将阶梯孔120的下游端部封闭，从而关闭进气端口10与储气端口20之间的流体连通。

过滤装置30在输送管路1中靠近进气端口10地布置并且位于阀装置40上游。

与图2中的输送管路1类似地，在一个实施例中，输送管路1可以包括接头60，接头60例如可拆卸地布置在进气端口10上并且构造为适于与氢气供应系统2连接。

根据一个实施例，接头60可以与进气端口10螺纹连接并且在接头60与进气端口10之间设置密封件90。

根据一个实施例，阀装置40构造为单向阀并且适于取决于压力地打开或关闭进气端口10与储气端口20之间的流体连通。在充注氢气时，具有压力的氢气流动经过过滤装置30，当阶梯孔120中的压力与阀元件42下游区域(右侧区域)中的压力之间的压力差超过复位弹簧41的预紧力(拉紧力)时，阀元件42向右移动并且打开阶梯孔120，从而氢气继续朝储气端口20的方向流动并进行充注。

再次与图2的实施例类似地，输送管路1由316L不锈钢制成并且可以包括一个或多个传感器端口70，传感器端口70适于与用于检测输送管路1内部的状态数据的传感器连接。在该传感器端口70上例如可以连接压力传感器和/或湿度传感器和/或温度传感器，这些传感器与控制器6通信连接并且检测输送管路1中的相应状态信号。控制器6根据输送管路1中的状态信号例如控制对氢气存储容器5的氢气充注。

输送管路1还包括送气端口50，存储于氢气存储容器5中的氢气可以经由送气端口50向氢气消耗系统4输送。这提高了输送管路1的功能集成性并且进一步降低泄漏风险。

此外，本申请还保护一种包括这种氢气存储系统的燃料电池动力系统。

本申请的该输送管路和氢气存储系统不仅限于应用于燃料电池动力系统中，而是可以更广泛地应用于其他需要氢气存储的领域和系统中。

在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“布置”、“连接”、“联接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，或可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本申请中的含义。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统的输送管路，其特征在于，所述输送管路(1)包括：

进气端口(10)，氢气从氢气供应系统(2)经由所述进气端口(10)被引入所述输送管路(1)中；

储气端口(20)，引入的氢气经由所述储气端口(20)被引入与所述输送管路(1)流体连接的氢气存储容器(5)中；

过滤装置(30)，所述过滤装置(30)配置为适于对氢气进行过滤；和

阀装置(40)，所述阀装置(40)配置为适于打开或关闭所述进气端口(10)与所述储气端口(20)之间的流体连通，

其中，所述过滤装置(30)和所述阀装置(40)集成在所述输送管路(1)中。

2.根据权利要求1所述的输送管路，其特征在于，所述输送管路(1)还包括：

送气端口(50)，存储于所述氢气存储容器(5)中的氢气经由所述送气端口(50)向氢气消耗系统(4)输送；和/或

接头(60)，所述接头(60)布置在所述进气端口(10)上并且配置为适于与所述氢气供应系统(2)连接。

3.根据权利要求1或2所述的输送管路，其特征在于，

所述输送管路(1)两件式地构造并且包括第一管路(11)和与所述第一管路(11)可拆卸地连接的第二管路(12)，其中，所述过滤装置(30)集成在所述第一管路(11)中，所述阀装置(40)集成在所述第二管路(12)中；或者

所述输送管路(1)一件式地构造。

4.根据权利要求1所述的输送管路，其特征在于，

所述输送管路(1)包括至少一个传感器端口(70)，所述传感器端口(70)配置为适于与用于检测所述输送管路(1)内部的状态数据的传感器连接；和/或

所述输送管路(1)包括多个储气端口(20)，所述多个储气端口(20)分别与一个所述氢气存储容器(5)流体连接。

5.根据权利要求3所述的输送管路，其特征在于，

所述第二管路(12)位于所述第一管路(11)下游，所述进气端口(10)构造在所述第一管路(11)上，所述储气端口(20)构造在所述第二管路(12)上；和/或

所述第一管路(11)与所述第二管路(12)通过螺纹彼此连接，在所述第一管路(11)与所述第二管路(12)之间布置有密封件(80)。

6.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的输送管路，其特征在于，所述阀装置(40)构造为单向阀并且适于取决于压力地打开或关闭所述进气端口(10)与所述储气端口(20)之间的流体连通。

7.根据权利要求3所述的输送管路，其特征在于，所述阀装置(40)包括复位弹簧(41)和布置于复位弹簧(41)第一端(410)的阀元件(42)，在所述第一管路(11)与第二管路(12)连接的状态下，在未充注氢气的情况下，所述阀元件(42)被复位弹簧(41)预紧地抵靠在所述第一管路(11)的端部上并且将所述第一管路(11)与所述第二管路(12)流体断开。

8.根据权利要求4所述的输送管路，其特征在于，所述传感器端口(70)构造为用于压力传感器和/或温度传感器和/或湿度传感器。

9.一种用于燃料电池动力系统的氢气存储系统，其特征在于，所述氢气存储系统(3)包括：

氢气存储容器(5)；和

根据权利要求1至8中任一项所述的输送管路(1)。

10.一种燃料电池动力系统，其特征在于，所述燃料电池动力系统包括根据权利要求9所述的氢气存储系统(3)。