CN208348944U - 一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，包括液氢储罐、换热器、化合物储氢容器、反应器、废热回收装置、燃料电池电堆；所述液氢储罐的出口通过换热器同时与燃料电池电堆的进口及化合物储氢容器的进口相连通，化合物储氢容器的出口与反应器的进口相连通，反应器的出口与燃料电池电堆的进口相连通；所述反应器还与废热回收装置相连接。本实用新型具有能避免应用于燃料电池汽车的车载液氢在长期停放过程中向外界环境泄放蒸发氢气，并且能对蒸发氢气进行有效回收利用的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢燃料电池汽车中车载液氢储存技术领域，具体涉及一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***。
背景技术
随着氢燃料电池汽车的示范推广，包括德国、日本、美国在内的发达国家以及上海、北京、深圳、苏州等国内城市相继开展氢能应用示范，不仅涉及终端燃料电池电堆技术的国产化推进，还包括车载储氢技术的不断优化。目前，主流的车载储氢技术可分为高压气态储氢、液氢储存、金属氢化物储氢、化学氢化物储氢、吸附储氢等，从产业化进展上来看，高压气态储氢和液氢由于在工业和汽车领域有类似的工程基础，可以部分借鉴高压容器技术、LNG汽车和航天液氢技术等，因此较化合物储氢更具市场前景。
液氢储存与高压气态储氢相比，在单位体积内存储的氢气总量上更具优势，因此成为重型卡车、公交客车、铁路船舶等大型交通工具的首选，而高压气态储氢则较多的使用在家用小型轿车或工厂物流车辆上。
在存储过程总，高压气态储氢的氢气泄漏较小，在车辆上应用时基本无需考虑氢气泄漏带来的影响。而液氢由于需要储存在-253℃的低温环境下，虽然有真空绝热容器进行保冷，但如果车辆长期停放，仍然会由于漏热发生气化，当气化液氢达到容器耐受压力上限时，出于安全考虑就需要泄放部分蒸发氢气降压，通常情况下液氢的日蒸发率在3%左右，泄漏量不能忽略，能源浪费严重。因而亟需发明一种能避免应用于燃料电池汽车的车载液氢在长期停放过程中向外界环境泄放蒸发氢气，并且能对蒸发氢气进行有效回收利用的装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能避免应用于燃料电池汽车的车载液氢在长期停放过程中向外界环境泄放蒸发氢气，并且能对蒸发氢气进行有效回收利用的车载液氢无损储存***。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：所述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，包括液氢储罐、换热器、化合物储氢容器、反应器、废热回收装置、燃料电池电堆；
所述液氢储罐用于以真空绝热方式储存作为燃料电池汽车能量来源的低温液氢；所述化合物储氢容器用于储存液氢储罐释放的多余液氢蒸发气；所述反应器用于驱使储氢化合物释放氢气；所述废热回收装置用于回收燃料电池汽车在行驶过程中产生的热量并将回收的热量用作反应器释氢的热能来源；所述燃料电池电堆用于将氢气转化为驱动燃料电池汽车行驶所需的电能；
所述液氢储罐的出口通过换热器同时与燃料电池电堆的进口及化合物储氢容器的进口相连通，化合物储氢容器的出口与反应器的进口相连通，反应器的出口与燃料电池电堆的进口相连通；所述反应器还与废热回收装置相连接。
进一步地，前述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，其中：液氢储罐的出口通过第一气路与换热器的进口相连通，换热器的出口通过第二气路与燃料电池电堆的进口相连通，换热器的出口还通过第三气路与化合物储氢容器的进口相连通，化合物储氢容器的出口通过第四气路与反应器的进口相连通，反应器的出口通过第五气路与燃料电池电堆的进口相连通；在第一气路、第二气路、第三气路及第五气路上分别设置有氢气控制阀，所有氢气控制阀同时与气路控制***模块信号连接，所述气路控制***模块控制所有氢气控制阀的启闭。
进一步地，前述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，其中：还包括与气路控制***模块信号连接的压力检测模块，所述压力检测模块用于实时检测液氢储罐、换热器、化合物储氢容器、反应器、废热回收装置中的压力，并将所检测到的压力实时反馈给气路控制***模块。
进一步地，前述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，其中：还包括与气路控制***模块信号连接的温度检测模块，所述温度检测模块用于实时检测液氢储罐、换热器、化合物储氢容器、反应器、废热回收装置中的压力，并将所检测到的温度实时反馈给气路控制***模块。
通过上述技术方案的实施，本实用新型的有益效果是：（1）行驶状态下首先消耗液氢，然后利用行驶过程的废热热能激活化合物储氢容器释氢，对氢气供给进行补充，不仅有效避免了液氢储存因漏热造成的氢气泄放现象的发生，而且对蒸发的氢气进行了充分的回收利用，避免了能源的浪费；停放状态下不向燃料电池电堆供给氢气，使其处在停止状态，有效延长燃料电池***的使用时间；（2）从化合物储氢的氢气回收体量上比，要高于用燃料电池转化的方法，并且能够提高燃料电池的使用寿命，避免不间断的转化工作对燃料电池使用时长的影响。
附图说明
图1为本实用新型所述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***的结构原理示意图。
图2为本实用新型所述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***的逻辑控制图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2所示，所述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，包括液氢储罐1、换热器2、化合物储氢容器3、反应器4、废热回收装置5、燃料电池电堆6；
所述液氢储罐1用于以真空绝热方式储存作为燃料电池汽车能量来源的-253℃低温液氢；所述化合物储氢容器3用于储存液氢储罐释放的多余液氢蒸发气；所述反应器用4于驱使储氢化合物释放氢气；所述废热回收装置5用于回收燃料电池汽车在行驶过程中因刹车、电机发热等过程产生的热量并将回收的热量用作反应器释氢的热能来源；所述燃料电池电堆6为驱动燃料电池汽车电机的发电模块，用于将氢气转化为驱动燃料电池汽车行驶所需的电能；所述换热器2工况可调，能根据化合物储氢容器3和燃料电池电堆6的工作温度决定氢气的升温范围；
所述液氢储罐1的出口通过设有第一氢气控制阀7的第一气路8与换热器2的进口相连通，换热器2的出口通过设有第二氢气控制阀9的第二气路10与燃料电池电堆62的进口相连通，换热器的出口还通过设有第三氢气控制阀11的第三气路12与化合物储氢容器3的进口相连通，化合物储氢容器3的出口通过第四气路13与反应器4的进口相连通，反应器4的出口通过设有第四氢气控制阀14的第五气路15与燃料电池电堆6的进口相连通；第一氢气控制阀7、第二氢气控制阀9、第三氢气控制阀11与第四氢气控制阀14均同时与气路控制***模块16信号连接，所述气路控制***模块16控制所有氢气控制阀的启闭，所述反应器4还与废热回收装置5相连接；
在本实施例中，所述的氢气控制阀为氢环境下的专用流量控制阀、减压阀、安全阀、截止阀等气路调节阀门，由气路控制***模块通过电磁元器件进行自动控制，用于调整汽车在不同运行工况下的氢气供给通路；
在本实施例中，化合物储氢容器3中的储氢介质为能与氢发生反应的金属或合金材料，或者为能与氢发生反应的液态有机物，或者为能吸附氢气的纳米材料；
在本实施例中，还包括与气路控制***模块16信号连接的压力检测模块17，所述压力检测模块17用于实时检测液氢储罐1、换热器2、化合物储氢容器3、反应器4、废热回收装置5中的压力，并将所检测到的压力实时反馈给气路控制***模块16，这样可以提高***的使用安全性与稳定性；在本实施例中，还包括与气路控制***模块16信号连接的温度检测模块18，所述温度检测模块18用于实时检测液氢储罐1、换热器2、化合物储氢容器3、反应器4、废热回收装置5中的压力，并将所检测到的温度实时反馈给气路控制***模块16，这样可以进一步提高***的使用安全性与稳定性；
本实用新型的工作原理如下：
在汽车停放过程中，液氢储罐1出口处于常闭状态，当液氢储罐1内的压力未上升到储罐压力上限时，第一氢气控制阀7、换热器2、第三氢气控制阀11、第四氢气控制阀14及第二氢气控制阀9均处于关闭状态；当液氢储罐1内的压力由于低温液氢吸热蒸发上升到储罐压力上限时，开启第一氢气控制阀7、第三氢气控制阀11以及换热器2，此时液氢储罐1中的部分氢气蒸发气会依次经第一气路8进入换热器2，被换热器2加热后经第三气路12排入化合物储氢容器3进行二次储存，而液氢储罐1中的部分氢气蒸发气排出后会再次回到常闭状态；
在汽车行驶过程中，液氢储罐1出口处在常开状态，此时关闭第三氢气控制阀11及第四氢气控制阀14，同时开启第二氢气控制阀9、换热器2及第一氢气控制阀7，此时液氢储罐1中的液态氢气会经第一气路8进行换热器2，被换热器2加热成气态氢气后再经第二气路10进入燃料电池电堆6，燃料电池电堆6再将气态氢气转化为驱动燃料电池汽车行驶所需的电能；
在汽车行驶过程中，废热回收装置5会回收燃料电池汽车在行驶过程中因刹车、电机发热等过程产生的热量并将回收的热量用作反应器4释氢的热能来源，当反应器4达到驱使储氢化合物释氢的温度时，开启第四氢气控制阀14，同时关闭第一氢气控制阀7与第二氢气控制阀9，此时化合物储氢容器3中的储氢化合物进入反应器4进行反应而释放出氢气，释放出的氢气再经第五气路15进入燃料电池电堆6，燃料电池电堆6再将气态氢气转化为驱动燃料电池汽车行驶所需的电能；当化合物储氢容器3中的储氢余量为零时，关闭第四氢气控制阀14，再同时开启第一氢气控制阀7与第二氢气控制阀9，此时液氢储罐1中的液态氢气再经第一气路8进行换热器2，被换热器2加热成气态氢气后再经第二气路10进入燃料电池电堆6，燃料电池电堆6再将气态氢气转化为驱动燃料电池汽车行驶所需的电能。
本实用新型的优点是：（1）行驶状态下首先消耗液氢，然后利用行驶过程的废热热能激活化合物储氢容器释氢，对氢气供给进行补充，不仅有效避免了液氢储存因漏热造成的氢气泄放现象的发生，而且对蒸发的氢气进行了充分的回收利用，避免了能源的浪费；停放状态下不向燃料电池电堆供给氢气，使其处在停止状态，有效延长燃料电池***的使用时间；（2）从化合物储氢的氢气回收体量上比，要高于用燃料电池转化的方法，并且能够提高燃料电池的使用寿命，避免不间断的转化工作对燃料电池使用时长的影响。
Claims (4)
1.一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，其特征在于：包括液氢储罐、换热器、化合物储氢容器、反应器、废热回收装置、燃料电池电堆；
所述液氢储罐用于以真空绝热方式储存作为燃料电池汽车能量来源的低温液氢；所述化合物储氢容器用于储存液氢储罐释放的多余液氢蒸发气；所述反应器用于驱使储氢化合物释放氢气；所述废热回收装置用于回收燃料电池汽车在行驶过程中产生的热量并将回收的热量用作反应器释氢的热能来源；所述燃料电池电堆用于将氢气转化为驱动燃料电池汽车行驶所需的电能；
所述液氢储罐的出口通过换热器同时与燃料电池电堆的进口及化合物储氢容器的进口相连通，化合物储氢容器的出口与反应器的进口相连通，反应器的出口与燃料电池电堆的进口相连通；所述反应器还与废热回收装置相连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，其特征在于：液氢储罐的出口通过第一气路与换热器的进口相连通，换热器的出口通过第二气路与燃料电池电堆的进口相连通，换热器的出口还通过第三气路与化合物储氢容器的进口相连通，化合物储氢容器的出口通过第四气路与反应器的进口相连通，反应器的出口通过第五气路与燃料电池电堆的进口相连通；在第一气路、第二气路、第三气路及第五气路上分别设置有氢气控制阀，所有氢气控制阀同时与气路控制***模块信号连接，所述气路控制***模块控制所有氢气控制阀的启闭。
3.根据权利要求2所述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，其特征在于：还包括与气路控制***模块信号连接的压力检测模块，所述压力检测模块用于实时检测液氢储罐、换热器、化合物储氢容器、反应器、废热回收装置中的压力，并将所检测到的压力实时反馈给气路控制***模块。
4.根据权利要求2所述的一种应用于燃料电池汽车的车载液氢无损储存***，其特征在于：还包括与气路控制***模块信号连接的温度检测模块，所述温度检测模块用于实时检测液氢储罐、换热器、化合物储氢容器、反应器、废热回收装置中的压力，并将所检测到的温度实时反馈给气路控制***模块。
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