WO2024058684A1 - Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства - Google Patents

Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства Download PDF

Info

Publication number
WO2024058684A1
WO2024058684A1 PCT/RU2023/050218 RU2023050218W WO2024058684A1 WO 2024058684 A1 WO2024058684 A1 WO 2024058684A1 RU 2023050218 W RU2023050218 W RU 2023050218W WO 2024058684 A1 WO2024058684 A1 WO 2024058684A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
fuel cells
stainless steel
adapter
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/RU2023/050218
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Лев Николаевич БУТОВ
Павел Владимирович ПЫРКОВ
Анастасия Борисовна БОЧАРОВА
Андрей Сергеевич БОЛЬШАКОВ
Антон Дмитриевич ПОППЕЛЬ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2022124409A external-priority patent/RU2791475C1/ru
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго"
Publication of WO2024058684A1 publication Critical patent/WO2024058684A1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60SSERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S5/00Servicing, maintaining, repairing, or refitting of vehicles
    • B60S5/02Supplying fuel to vehicles; General disposition of plant in filling stations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00Details of vessels or of the filling or discharging of vessels

Definitions

  • the invention relates to systems for storing and supplying fuel to fuel cells as part of electrochemical generators designed to generate electricity and power traction batteries and traction electric motors of electric vehicles and other highly automated vehicles.
  • the fuel storage and supply system contains the following components and elements: two hydrogen cylinders connected to each other through an adapter, which in turn is connected through a valve to a tube fixed to the vehicle frame, while the tube fixed to the vehicle frame is connected to pressure reducing valve, which in turn is connected to the fuel cell unit.
  • a fuel cell battery and a moving device are also known (patent RU2359367, published 06/20/2009, IPC N01M8/04, N01M 8/00), containing a tank with hydrogen as a supply source fuel in which hydrogen gas is stored under high pressure (such as 70 MPa), a hydrogen supply passage as a fuel supply passage through which hydrogen gas from the hydrogen tank is supplied to the fuel cell, and a circulation flow passage through which the exhaust hydrogen gas released from the fuel cell into the hydrogen supply channel.
  • the fuel supply source may be a reformer for producing high-hydrogen reformer gas from the hydrocarbon system fuel and a high-pressure gas tank into which the reformer gas produced by the reformer is supplied at high pressure.
  • This analogue describes a system for supplying hydrogen to fuel cells, but does not contain a full-fledged technical solution that ensures the safe use of a system for fast refueling, storing and supplying gaseous fuel to fuel cells as part of electrochemical generators for electric vehicles and other highly automated vehicles.
  • the task posed in the development of this invention was to create a system for storing and supplying fuel (hydrogen) for fuel cells, providing the possibility of quick refueling and safe use as part of moving structural elements of electric vehicles and other highly automated vehicles.
  • the technical result achieved by implementing this invention is to increase the safety of using systems for storing and supplying hydrogen under high pressure as part of moving structural elements of vehicles with high system throughput.
  • the specified technical result is achieved by a system for storing and supplying fuel for fuel cells, containing at least two composite hydrogen cylinders interconnected by stainless steel tubes, which in turn are connected through an adapter to a high-pressure reducer and a filling unit containing a filling fitting and a pressure gauge, the high-pressure reducer, in turn, is connected to a low-pressure reducer using a nylon tube, while the stainless steel tube in the area between the adapter and the filling fitting has a U-shaped compensation bend, and in the area between the compensation bend and the adapter, the tube contains clamps for fastening to the frame of the vehicle, and the low-pressure reducer has an outlet for connection to the input of the fuel cells of the electrochemical generator.
  • Composite cylinders are connected via stainless steel tubes to the filling unit and high-pressure reducer, thereby forming a high-pressure line.
  • the use of stainless steel tubes is due to increased safety by reducing the possibility of mechanical damage to the integrity of the high pressure fuel supply line.
  • stainless steel tubes are highly susceptible to damage due to deformation that occurs in a vehicle that contains moving parts in its structure.
  • the high-pressure line is necessary to improve safety and ensure rapid filling of high-pressure gaseous fuel and is limited by composite cylinders on one side, a filling connection with a pressure gauge and a high-pressure reducer on the other.
  • the high pressure reducer allows the pressure to be reduced to 15 bar, which is required to increase safety without reducing the efficiency of gaseous fuel supply in the interval from the high pressure reducer to the low pressure reducer, thereby forming a low pressure line, which in turn allows it to be used as
  • the conductor of gaseous fuel in this section is nylon tubes, which have a high degree of safety due to flexibility and resistance to mechanical damage.
  • Figure 1 shows a general view of the fuel storage and supply system for fuel cells
  • Figure 2 shows the high pressure line of the fuel storage and supply system for fuel cells.
  • the fuel storage and supply system for fuel cells contains:
  • the invention is carried out as follows.
  • the process of supplying hydrogen to the block with fuel cells (2) through a high-pressure circuit is carried out from combined composite cylinders (1) through stainless steel tubes (3).
  • the hydrogen coming from the composite cylinders (1) is combined into a single flow at the junction of the tubes from the cylinders and then goes through a stainless steel tube (3).
  • the stainless steel tube (3) has clamps for attachment to the vehicle platform (7) and an expansion bend (5), followed by an adapter (10).
  • the adapter (10) is used for filling and connects to the filling fitting and also directs the flow of hydrogen through a stainless steel tube to the high pressure reducer (8), which in turn allows the pressure to be reduced from 350 bar to 15 bar.
  • a nylon tube (4) comes out of the high pressure reducer (8), through which hydrogen enters the low pressure reducer, allowing the pressure to be reduced from 15 bar to 2 bar, then the hydrogen enters the fuel cell unit (2), where it distribution among fuel cells.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам хранения и подачи топлива к топливным элементам в составе электрохимических генераторов, предназначенных для выработки электроэнергии и питания тяговых аккумуляторов, тяговых электродвигателей электромобилей и других высокоавтоматизированных транспортных средств. Система хранения и подачи топлива для топливных элементов содержит по меныпей мере два композитных водородных баллона, соединенные между собой трубками из нержавеющей стали, которые в свою очередь через переходник соединены с редуктором высокого давления и блоком заправки, содержащим заправочный штуцер и манометр. Редуктор высокого давления при помощи нейлоновой трубки соединен с редуктором низкого давления. Трубка из нержавеющей стали в участке между переходником и заправочным штуцером имеет компенсационный изгиб U-образной формы, а в участке между компенсационным изгибом и переходником трубка содержит зажимы для крепления к раме транспортного средства. Редуктор низкого давления имеет выход для соединения со входом топливных элементов электрохимического генератора. Достигается повышение безопасности применения систем хранения и подачи топлива под высоким давлением в составе подвижных элементов конструкции транспортных средств.

Description

Описание изобретения
Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства
[01] Изобретение относится к системам хранения и подачи топлива к топливным элементам в составе электрохимических генераторов, предназначенных для выработки электроэнергии и питания тяговых аккумуляторов и тяговых электродвигателей электромобилей и других высокоавтоматизированных транспортных средств.
[02] Из уровня техники известны патенты: «автомобиль с топливными элементами и система расположения трубок для подачи газа» (патент CN1914057A, опубликован 14.02.2007, МИК В60К1/04, В60К8/0, B60L11/18, F17C13/04, Н01М8/04) и «система топливных элементов для транспортного средства» (патент CN102481831B, опубликован 17.06.2015, МИК В60К1/04, В60К8/00, B60L11/18, B62D25/20, Н01М8/00, Н01М8/04, Н01М8/24), согласно которым, система хранения и подачи топлива содержит следующие узлы и элементы: два водородных баллона соединенные между собой через переходник, который в свою очередь через клапан соединен с трубкой, закрепленной на раме транспортного средства, при этом трубка, закрепленная на раме транспортного средства соединена с редукционным клапаном, который в свою очередь соединен с блоком топливных элементов. Данные системы описывают состав системы электрохимического снабжения, позволяющей приводить в движение транспортное средство, однако описанная конструкция предполагает наличие химического генератора водорода, то есть заправка баллонов осуществляется при помощи генератора в составе данных систем, а значит быстрая заправка баллонов водородом под высоким давлением конструкцией не предусмотрена.
[03] Так же известна батарея топливных элементов и подвижное устройство (патент RU2359367, опубликован 20.06.2009, МПК Н01М8/04, Н01М 8/00), содержащая бак с водородом в качестве источника подачи топлива, в котором хранится газообразный водород под высоким (таким как 70 МПа) давлением, канал для подачи водорода в качестве подающего топливного канала, по которому газообразный водород из бака с водородом поступает в топливный элемент, и канал для циркуляционного потока, по которому поступает отходящий газообразный водород, выпускаемый из топливного элемента в канал для подачи водорода. Вместо бака с водородом в качестве источника подачи топлива может использоваться реформинг- установка для выработки риформинг-газа с высоким содержанием водорода из топлива углеводородной системы и резервуар для газа высокого давления, в который под высоким давлением поступает риформинг-газ, вырабатываемый реформинг-установкой. Данный аналог описывает систему подачи водорода к топливным элементам, однако не содержит полноценного технического решения, обеспечивающего безопасное применение системы быстрой заправки, хранения и подачи газообразного топлива к топливным элементам в составе электрохимических генераторов электромобилей и других высокоавтоматизированных транспортных средств.
[04] Задачей, поставленной при разработке данного изобретения, являлось создание системы хранения и подачи топлива (водорода) для топливных элементов обеспечивающей возможность быстрой заправки и безопасного применения в составе подвижных элементов конструкции электромобилей и других высокоавтоматизированных транспортных средств.
[05] Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении безопасности применения систем хранения и подачи водорода под высоким давлением в составе подвижных элементов конструкции транспортных средств при высокой пропускной способности системы.
[06] Указанный технический результат достигается системой хранения и подачи топлива для топливных элементов, содержащей по меньшей мере два композитных водородных баллона соединенные между собой трубками из нержавеющей стали, которые в свою очередь через переходник соединены с редуктором высокого давления и блоком заправки, содержащим заправочный штуцер и манометр, редуктор высокого давления в свою очередь при помощи нейлоновой трубки соединен с редуктором низкого давления, при этом трубка из нержавеющей стали в участке между переходником и заправочным штуцером имеет компенсационный изгиб U-образной формы, а в участке между компенсационным изгибом и переходником трубка содержит зажимы для крепления к раме транспортного средства, причем редуктор низкого давления имеет выход для соединения со входом топливных элементов электрохимического генератора.
[07] Указанные технические признаки позволяют безопасно восполнять и хранить газообразное топливо под высоким давлением в составе транспортных средств, имеющих подвижную конструкцию, что повышает возможности увеличения дальности и времени использования транспортного средства без дополнительных заправок, а также подавать под требуемым давлением газообразное топливо в системы электрохимической генерации электроэнергии .
[08] Композитные водородные баллоны позволяют безопасно хранить большой запас топлива под высоким давлением, до 350 бар.
[09] Композитные баллоны соединены при помощи трубок из нержавеющей стали с блоком заправки и редуктором высокого давления, образуя при этом линию высокого давления. Применение трубок из нержавеющей стали обусловлено повышением безопасности, путем снижения возможности механического повреждения целостности линии подачи топлива под высоким давлением. Однако трубки из нержавеющей стали в большой степени подвержены нарушению целостности при деформации, возникающей в транспортном средстве, содержащем в своей конструкции подвижные части.
[10] Для защиты от описанного выше нарушения целостности трубок из нержавеющей стали данное техническое решение содержит в своем составе компенсационный изгиб U-образной формы, позволяющий обеспечить подвижность между соединяемым при помощи трубок из нержавеющей стали частями.
[11] Линия высокого давления является необходимой для повышения безопасности и обеспечения быстрой заправки газообразным топливом под высоким давлением и ограничена композитными баллонами с одной стороны, заправочным штуцером с манометром и редуктором высокого давления с другой.
[12] Редуктор высокого давления позволяет понизить давление до 15 бар, что требуется для повышения безопасности без снижения эффективности подачи газообразного топлива в промежутке от редуктора высокого давления, до редуктора низкого давления образуя при этом линию низкого давления, что в свою очередь позволяет применить в качестве проводника газообразного топлива на данном отрезке нейлоновые трубки, обладающие высокой степенью безопасности за счет гибкости и стойкости к механическим повреждениям.
[13] Применение редуктора низкого давления обусловлено повышением точности контроля подачи газообразного топлива в топливные элементы электрохимического генератора, что также повышает безопасность применения данного технического решения в составе транспортных средств.
[14] Техническая сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид системы хранения и подачи топлива для топливных элементов, фиг.2 изображена линия высокого давления системы хранения и подачи топлива для топливных элементов.
[15] Система хранения и подачи топлива для топливных элементов содержит:
1. Композитные баллоны;
2. Блок топливных элементов;
3. Трубка из нержавеющей стали;
4. Нейлоновая трубка;
5. Компенсационный изгиб; 6. Блок заправки;
7. Зажимы для крепления к раме платформы;
8. Редуктор высокого давления;
9. Заправочный штуцер;
10. Переходник.
[16] В предпочтительном варианте исполнения изобретение осуществляется следующим образом.
[17] Водород, поданный извне через заправочный штуцер (9) в составе блока заправки (6) по трубке из нержавеющей стали (3), отправляется в композитные баллоны (1). Композитные баллоны (1) имеют соединение между собой через трубку из нержавеющей стали (3), что позволяет осуществить заправку водородом всех композитных баллонов (1) в составе системы хранения и подачи топлива для топливных элементов.
[18] Процесс подачи водорода в блок с топливными элементами (2) по контуру высокого давления осуществляется из объединенных композитных баллонов (1) посредством трубок из нержавеющей стали (3). Поступающий из композитных баллонов (1) водород объединяется в единый поток в узле соединения трубок из баллонов и далее идет по трубке из нержавеющей стали (3). Трубка из нержавеющей стали (3) имеет зажимы для крепления к платформе транспортного средства (7) и компенсационный изгиб (5), за которым следует переходник (10). Переходник (10) используется для заправки и соединяется с заправочным штуцером и также направляет поток водорода по трубке из нержавеющей стали на редуктор высокого давления (8), который в свою очередь позволяет снизить давления с 350 бар до 15 бар.
[19] Из редуктора высокого давления (8) выходит нейлоновая трубка (4), по которой водород попадает на редуктор низкого давления, позволяющий снизить давление с 15 бар до 2 бар, далее водород попадает в блок топливных элементов (2), где происходит его распределение по топливным элементам.
[20] Значительное снижение давления с 350 бар до 15 бар приводит к появлению достаточно высокой ошибки определения уровня давления, влияющей на безопасность использования топливных элементов, поэтому редуктор низкого давления необходим для:
1. Получения потока водорода под более низким давлением (благоприятным для функционирования топливных элементов).
2. Уменьшения вероятности ошибки при определении уровня давления водорода, попадающего в топливные элементы.
[21] Помимо этого, существует необходимость использования компенсационного изгиба (5) в контуре низкого давления и более гибкой трубки (4) на участке от редуктора высокого давления (8) до входа в редуктор низкого давления, поскольку из-за применения системы в составе транспортного средства есть вероятность движения конструкции, появления вибраций и температурных деформаций, приводящих к повреждениям целостности системы хранения и подачи топлива к топливным элементам.
[22] Также стоит учитывать возможность аварийных ситуаций, при которых может произойти искажение корпуса транспортного средства, а это может привести к нарушению положения трубок из нержавеющей стали. Таким образом, компенсационный изгиб (5) и нейлоновая трубка (4) предназначены для обеспечения подвижности частей системы друг относительно друга.
[23] Таким образом реализация описанной системы хранения и подачи топлива для топливных элементов позволит повысить безопасность использования систем электрохимической генерации электроэнергии в составе подвижных элементов конструкции транспортных средств.

Claims

Формула изобретения
1. Система хранения и подачи водорода для топливных элементов транспортного средства, содержащая композитные баллоны, соединенные между собой и с топливным элементом при помощи канала для подачи водорода, отличающаяся тем, что композитные баллоны соединены между собой трубками из нержавеющей стали, которые в свою очередь соединены с редуктором высокого давления и блоком заправки, содержащим заправочный штуцер и манометр, редуктор высокого давления в свою очередь при помощи нейлоновой трубки соединен с редуктором низкого давления, причем редуктор низкого давления имеет выход для соединения со входом топливных элементов электрохимического генератора.
2. Система хранения и подачи топлива по и. 1, отличающаяся тем, что трубка из нержавеющей стали в участке между переходником и заправочным штуцером имеет компенсационный изгиб U-образной формы.
3. Система хранения и подачи топлива по и. 1 или 2, отличающаяся тем, что в участке между компенсационным изгибом и композитными баллонами трубка из нержавеющей стали содержит зажимы для крепления к раме транспортного средства.
7
PCT/RU2023/050218 2022-09-15 2023-09-13 Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства WO2024058684A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022124409 2022-09-15
RU2022124409A RU2791475C1 (ru) 2022-09-15 Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024058684A1 true WO2024058684A1 (ru) 2024-03-21

Family

ID=90275579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2023/050218 WO2024058684A1 (ru) 2022-09-15 2023-09-13 Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024058684A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060033322A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-16 Uwe Suess Modular fuel storage system for a vehicle
US20120021301A1 (en) * 2009-05-28 2012-01-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and vehicle
RU2764327C1 (ru) * 2021-06-02 2022-01-17 Александр Алексеевич Выволокин Способ производства энергии для питания электродвигателей и система для производства энергии

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060033322A1 (en) * 2004-08-10 2006-02-16 Uwe Suess Modular fuel storage system for a vehicle
US20120021301A1 (en) * 2009-05-28 2012-01-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and vehicle
RU2764327C1 (ru) * 2021-06-02 2022-01-17 Александр Алексеевич Выволокин Способ производства энергии для питания электродвигателей и система для производства энергии

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9343754B2 (en) High pressure gas supply system and fuel cell system
JP4424935B2 (ja) 移動式水素ステーションおよびその運転方法
KR101047412B1 (ko) 연료전지용 수소 공급 장치 및 그 제어 방법
CN110958956A (zh) 用于储存压缩流体的装置
US20090032135A1 (en) Fuel Supply method and fuel supply device
CN116917657A (zh) 具有压力容器结构组的压力容器系统
CN111853540B (zh) 用于压力容器系统的维保设备和维保方法
US6591926B2 (en) System and method for recovering energy of a hydrogen gas fuel supply for use in a vehicle
JP2013538934A (ja) 塩素酸ナトリウムを製造するための塩化ナトリウム電解槽を含む、水素及び塩素酸ナトリウムの製造供給システム
CN212510500U (zh) 一种燃料电池汽车用并联连接的车载供氢系统
JP5668645B2 (ja) 燃料電池システム
JP2023539765A (ja) 圧力容器、圧力容器システム、および燃料レールを備えた自動車
WO2024058684A1 (ru) Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства
RU2791475C1 (ru) Система хранения и подачи топлива для топливных элементов транспортного средства
CN114361524A (zh) 一种大功率燃料电池与车载氢气集成系统及方法
US20130056291A1 (en) Fuel cell system for vehicle and fuel cell vehicle
US9142846B2 (en) Fuel cell system and fuel cell activation method
US20100209796A1 (en) Fuel cell system and method for controlling reactant gas supply amount
CN109945067A (zh) 一种加氢站氢能源快速充装的控制方法及系统
CN114787551B (zh) 具有用于保护引导燃料的连接元件的硬壳的机动车
DE102016222935B4 (de) Brennstoffzellenvorrichtung, Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung
CN113258098A (zh) 用于检测燃料电池系统中的低水平燃料喷射器泄漏的过程和系统
JP2007317469A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池制御装置
MXPA05010626A (es) Generador portatil de celda energetica.
CN215215733U (zh) 一种氢燃料电池汽车快速加注系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23865949

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1