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CN113561824A - 一种加氢充电一体桩及余热回收系统 - Google Patents

一种加氢充电一体桩及余热回收系统 Download PDF

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CN113561824A CN202110908654.4A CN202110908654A CN113561824A CN 113561824 A CN113561824 A CN 113561824A CN 202110908654 A CN202110908654 A CN 202110908654A CN 113561824 A CN113561824 A CN 113561824A
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Abstract

本发明公开了一种加氢充电一体桩，包括液氢储罐、加氢装置和燃料电池组件，所述加氢室通过所述加氢装置连接有加氢管，且所述氢化学室通过液氢气化装置与所述燃料电池组件连通，所述燃料电池组件通过电学组件连接有充电模块，还包括用于与所述连接箍连接的连接端和与所述连接端另一端连接的热能回收装置，所述热能回收装置通过连接端接受所述封闭炉的热气；本发明通过利用溢散氢气进行直接燃烧从而产生足够的热量来位置主要的热量，并且再通过设置的热能回收装置可以减少热量的散失，从而可以有效的保证电化学反应始终处于较高的适宜温度下，以尽可能的提高电化学反应效率。

Description

一种加氢充电一体桩及余热回收系统
技术领域
本发明涉及加氢领域，具体为一种加氢充电一体桩及余热回收系统。
背景技术
随着新能源汽车的推广，越来越多的电动汽车得到了普及应用；其中，以蓄电池提供电力的电动汽车，以及以氢气作为燃料的氢燃料电池汽车等新能源汽车最为突出；由于和燃油汽车相比，新能源汽车在行驶的过程中不排放污染性气体，如以蓄电池为动力的电动汽车不排放任何气体，氢燃料电机在电化学反应的过程中只排放水蒸气，无其他的污染性尾气。
新能源汽车正是因为前述的优势，目前在全球得到了广泛的推广。而随着新能源汽车技术的进步以及政策支持，越来越多的用户开始接受新能源汽车，其应用范围在不断的扩大，因此新能源汽车的需求量在不断增加，而作为其配套设施的充电桩和加氢桩就变得必不可少，而且随着新能源汽车的不断推广，对于充电桩和加氢桩的需求不断扩大。
在现有技术中，充电桩和加氢桩往往是独立设置的，充电桩是基于国家电网建立的，而加氢桩则是通过转运车加注的。两者独立的设置方式使得应用极不方便，而且布设的成本也非常高。为了解决这一问题，加氢充电一体桩就应运而生。
在加氢充电一体桩的使用过程，一般会将储存的液氢进行一系列转化，再对燃料电池汽车加气以及电动汽车充电，在氢的转化过程中，特别是氢气的电化学反应过程中并不能完全转化为电能，残余的氢气需要回收利用。由于氢气的电化学反应需要一定范围的温度才能使得电化学反应更加高效，因此在现有技术中往往需要另外设置附加机构来保持燃料电池的温度以提高反应效率，然而附加机构的设置使得原本就高昂的布设成本再次升高，而且其能耗也较高，另外，对于加氢和氢化学反应过程中溢散的氢气以及热能没有进行充分的利用，这对于能源来说是一种浪费。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种加氢充电一体桩及余热回收系统，能有效的解决背景技术提出热能回收率低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种加氢充电一体桩，包括液氢储罐以及通过液氢输送泵分别与所述液氢储罐连接的加氢装置和燃料电池组件，所述液氢输送泵包括泵送室和具有两个输出端口的动力泵，且在所述泵送室通过内置有连通孔的隔板分为加氢室和氢化学室，且所述动力泵固定安装在所述隔板的连通孔内，所述动力泵的两个输出端口分别朝向所述加氢室和氢化学室；
所述加氢室通过所述加氢装置连接有加氢管，且所述氢化学室通过液氢气化装置与所述燃料电池组件连通，所述燃料电池组件通过电学组件连接有充电模块。
进一步地，所述燃料电池组件上连接有用于回收溢散氢气的环形罩，且在所述环形罩上通过负压管连接有余氢防爆泵，所述余氢防爆泵连接有用于燃烧溢散氢气的封闭炉。
进一步地，所述封闭炉和所述燃料电池组件并列设置，在所述燃料电池组件内部设置有内热循环管，且在所述燃料电池组件外表面包裹有外热循环管，所述封闭炉内燃烧后的热气顺次经过内热循环管和外热循环管，并在所述外热循环管的出口端固定安装有连接箍。
进一步地，所述内热循环管和外热循环管均呈回形状均匀分布在所述燃料电池组件的内部或外表面，且在相邻所述内热循环管之间设置有用于控制温度的风冷管。
另外，本发明提供了一种基于前述加氢充电一体桩的余热回收系统，包括用于与所述连接箍连接的连接端和与所述连接端另一端连接的热能回收装置，所述热能回收装置通过连接端接受所述封闭炉的热气；
所述热能回收装置包括用于承载冷循环水的集热箱，且所述集热箱的内部设置有若干个传输竖管，且相邻两个所述传输竖管通过U形管连接，所述传输竖管的中间段通过伸缩传输组件组成，且所述伸缩传输组件的表面安装有等间距的混匀组件。
进一步地，所述伸缩传输组件包括导热管，且所述导热管的两端通过刚性弹簧管与所述传输竖管的端部连接，并且在所述刚性弹簧管的连接下所述导热管在受冲压力后上下浮动。
进一步地，所述导热管内壁的顶部均匀固定有用于承接压力的弧形挡片，且所述弧形挡片倾斜的安装在所述导热管内壁内部上。
进一步地，所述导热管的内壁固定有等间距的用于传导气态氢转化为液态时热能的导热条。
进一步地，所述混匀组件包括固定在所述导热管表面的定位杆，且所述定位杆的自由套设有转筒，并且所述转筒的表面固定有若干个用于混匀冷水的搅拌叶片。
进一步地，所述转筒的内部固定有用于承托所述定位杆的限位环，且所述限位环的内部固定有凸环，在所述定位杆表面对应凸环位置处开设有环槽，且所述凸环卡设在所述环槽内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过利用溢散氢气进行直接燃烧从而产生足够的热量来位置主要的热量，并且再通过设置的热能回收装置可以减少热量的散失，从而可以有效的保证电化学反应始终处于较高的适宜温度下，以尽可能的提高电化学反应效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的热能回收装置的内部结构示意图；
图3为本发明的伸缩传输组件与混匀组件连接的结构示意图；
图4为本发明的定位杆与转筒连接的剖面结构示意图；
图5为本发明的导热管的俯视结构示意图。
图中标号：
1、液氢储罐；2、液氢输送泵；3、加氢装置；5、液氢气化装置；6、燃料电池组件；7、电模块；8、余氢防爆泵；9、热能回收装置；10、封闭炉；
91、集热箱；92、传输竖管；93、U形管；94、伸缩传输组件；95、混匀组件；
941、刚性弹簧管；942、导热管；
951、定位杆；952、转筒；953、搅拌叶片；954、限位环；955、凸环；956、环槽；
9421、弧形挡片；9422、导热条。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，本发明提供了一种加氢充电一体桩，包括液氢储罐1以及通过液氢输送泵2分别与所述液氢储罐1连接的加氢装置3和燃料电池组件6，所述液氢输送泵2包括泵送室和具有两个输出端口的动力泵，且在所述泵送室通过内置有连通孔的隔板分为加氢室和氢化学室，且所述动力泵固定安装在所述隔板的连通孔内，所述动力泵的两个输出端口分别朝向所述加氢室和氢化学室。
在本发明中通过将液氢输送泵2分为加氢室和氢化学室两个分别独立但又具有联系的腔室，当从一个共同的液氢储罐1内取氢时，可以减少两者之间的相互影响，同时又具有联系。即两个腔室以独立的空间从液氢储罐1内取氢，由可以通过隔板上的连通孔联系起来，使其在独立取氢的时候又可以互通液氢对液氢量的相互补充，从而提高液氢输送的稳定性和可靠性。
所述加氢室通过所述加氢装置3连接有加氢管4，且所述氢化学室通过液氢气化装置5与所述燃料电池组件6连通，所述燃料电池组件6通过电学组件连接有充电模块7。具体的，从液氢储罐1排出的液体氢可以通过液氢输送泵2将其输送到加氢装置3内，用于对燃料电池汽车进行加氢，也可以通过液氢输送泵2将其输送到液氢气化装置5内，在通过燃料电池组件6将气体氢转化电能并储存到电模块7内用于对电动汽车进行充电。
所述燃料电池组件6上连接有用于回收溢散氢气的环形罩，且在所述环形罩上通过负压管连接有余氢防爆泵8，所述余氢防爆泵8连接有用于燃烧溢散氢气的封闭炉10。
将在燃料电池组件6未能转化的气体氢会通过余氢防爆泵8进入到封闭炉10进行余氢的燃烧，将氢气的化学能转化为热能，从而为燃料电池组件6的转化反应提供更适宜的环境。由于电化学反应需要一定的温度，因此通过封闭炉燃烧余氢可以提供充足的热量，从而使电化学反应能够更好、更充分的反应。
所述封闭炉10和所述燃料电池组件6并列设置，在所述燃料电池组件6内部设置有内热循环管，且在所述燃料电池组件6外表面包裹有外热循环管，所述封闭炉10内燃烧后的热气顺次经过内热循环管和外热循环管，并在所述外热循环管的出口端固定安装有连接箍。
由于是顺次设置，从而使得封闭炉10内出来的高温燃气数先进入内热循环管提供高热环境，再顺次转到外热循环管，从而建立温度梯度，以避免燃料电池组件6内部热量快速散失。另外，所述内热循环管和外热循环管均呈回形状均匀分布在所述燃料电池组件6的内部或外表面，且在相邻所述内热循环管之间设置有用于控制温度的风冷管。
本发明提供了一种基于前述加氢充电一体桩的余热回收系统，包括用于与所述连接箍连接的连接端和与所述连接端另一端连接的热能回收装置，所述热能回收装置通过连接端接受所述封闭炉10的热气；
所述热能回收装置9包括用于承载冷循环水的集热箱91，且所述集热箱91的内部设置有若干个传输竖管92，且相邻两个所述传输竖管92通过U形管93连接，所述传输竖管92的中间段通过伸缩传输组件94组成，且所述伸缩传输组件94的表面安装有等间距的混匀组件95。
在液氢气化装置5将液体氢转化为气体后，通过燃料电池组件6转化为电能用于电动汽车充电，在转化过程中会有残余气体氢，此时会经由余氢防爆泵8进入到传输竖管92内，由于集热箱91内部承载有冷水，进入到传输竖管92后气体氢会逐渐液化，因为传输竖管92通过U形管93的连接蛇形的排列在集热箱91内，不断传输路径供气体氢完全转化为液态，由于氢的液化会释放热量，释放的热量会将冷水加热，实现热回收效果。
所述伸缩传输组件94包括导热管942，且所述导热管942的两端通过刚性弹簧管941与所述传输竖管92的端部连接，并且在所述刚性弹簧管941的连接下所述导热管942在受冲压力后上下浮动。
所述导热管942内壁的顶部均匀固定有用于承接压力的弧形挡片9421，且所述弧形挡片9421倾斜的安装在所述导热管942内壁内部上。
所述导热管942的内壁固定有等间距的用于传导气态氢转化为液态时热能的导热条9422。
需要进一步说明的是，在气体氢进入到传输竖管92内时，液氢输送泵2会间断的进行输送，形成的压力差会冲击弧形挡片9421，进而使导热管942在刚性弹簧管941之间来回伸缩，产生的波动会使导热管942外壁周围的冷水来回流动，与此同时气态氢转为为液态氢释放的热量会通过上导热条9422传至热水内。
所述混匀组件95包括固定在所述导热管942表面的定位杆951，且所述定位杆951的自由套设有转筒952，并且所述转筒952的表面固定有若干个用于混匀冷水的搅拌叶片953。
所述转筒952的内部固定有用于承托所述定位杆951的限位环954，且所述限位环954的内部固定有凸环955，在所述定位杆951表面对应凸环955位置处开设有环槽956，且所述凸环955卡设在所述环槽956内。
具体的，在水流的作用下，搅拌叶片953会带动转筒952转动，转动的同时凸环955卡设在环槽956内转动，搅拌叶片953随转筒952摆动过程中也会起到混合冷、热水的效果，进而保证导热管942周围的水不断更新，进而提高热吸收的效率，有效的增强热转化效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种加氢充电一体桩，其特征在于，包括液氢储罐(1)以及通过液氢输送泵(2)分别与所述液氢储罐(1)连接的加氢装置(3)和燃料电池组件(6)，所述液氢输送泵(2)包括泵送室和具有两个输出端口的动力泵，且在所述泵送室通过内置有连通孔的隔板分为加氢室和氢化学室，且所述动力泵固定安装在所述隔板的连通孔内，所述动力泵的两个输出端口分别朝向所述加氢室和氢化学室；
所述加氢室通过所述加氢装置(3)连接有加氢管(4)，且所述氢化学室通过液氢气化装置(5)与所述燃料电池组件(6)连通，所述燃料电池组件(6)通过电学组件连接有充电模块(7)。
2.根据权利要求1所述的一种加氢充电一体桩，其特征在于，所述燃料电池组件(6)上连接有用于回收溢散氢气的环形罩，且在所述环形罩上通过负压管连接有余氢防爆泵(8)，所述余氢防爆泵(8)连接有用于燃烧溢散氢气的封闭炉(10)。
3.根据权利要求2所述的一种加氢充电一体桩，其特征在于，所述封闭炉(10)和所述燃料电池组件(6)并列设置，在所述燃料电池组件(6)内部设置有内热循环管，且在所述燃料电池组件(6)外表面包裹有外热循环管，所述封闭炉(10)内燃烧后的热气顺次经过内热循环管和外热循环管，并在所述外热循环管的出口端固定安装有连接箍。
4.根据权利要求3所述的一种加氢充电一体桩，其特征在于，所述内热循环管和外热循环管均呈回形状均匀分布在所述燃料电池组件(6)的内部或外表面，且在相邻所述内热循环管之间设置有用于控制温度的风冷管。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述加氢充电一体桩的余热回收系统，其特征在于，包括用于与所述连接箍连接的连接端和与所述连接端另一端连接的热能回收装置，所述热能回收装置通过连接端接受所述封闭炉(10)的热气；
所述热能回收装置(9)包括用于承载冷循环水的集热箱(91)，且所述集热箱(91)的内部设置有若干个传输竖管(92)，且相邻两个所述传输竖管(92)通过U形管(93)连接，所述传输竖管(92)的中间段通过伸缩传输组件(94)组成，且所述伸缩传输组件(94)的表面安装有等间距的混匀组件(95)。
6.根据权利要求5所述的一种余热回收系统，其特征在于，所述伸缩传输组件(94)包括导热管(942)，且所述导热管(942)的两端通过刚性弹簧管(941)与所述传输竖管(92)的端部连接，并且在所述刚性弹簧管(941)的连接下所述导热管(942)在受冲压力后上下浮动。
7.根据权利要求6所述的一种余热回收系统，其特征在于，所述导热管(942)内壁的顶部均匀固定有用于承接压力的弧形挡片(9421)，且所述弧形挡片(9421)倾斜的安装在所述导热管(942)内壁内部上。
8.根据权利要求7所述的一种余热回收系统，其特征在于，所述导热管(942)的内壁固定有等间距的用于传导气态氢转化为液态时热能的导热条(9422)。
9.根据权利要求6所述的一种余热回收系统，其特征在于，所述混匀组件(95)包括固定在所述导热管(942)表面的定位杆(951)，且所述定位杆(951)的自由套设有转筒(952)，并且所述转筒(952)的表面固定有若干个用于混匀冷水的搅拌叶片(953)。
10.根据权利要求9所述的一种余热回收系统，其特征在于，所述转筒(952)的内部固定有用于承托所述定位杆(951)的限位环(954)，且所述限位环(954)的内部固定有凸环(955)，在所述定位杆(951)表面对应凸环(955)位置处开设有环槽(956)，且所述凸环(955)卡设在所述环槽(956)内。
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