CN212657583U - 一体式调压装置和燃料电池装置、模块及其移动载具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种一体式调压装置和燃料电池装置、模块及其移动载具，移动载具包含有一个高压氢气瓶及一个氢燃料电池。一体式调压装置包括一个第一接口、一个第二接口、一个第一降压阀、一个第二降压阀、一个第一管路以及一个电磁阀。第一接口连接至高压氢气瓶，第一降压阀的入口通过第一管路连接至第一接口，第二降压阀的出口通过第二接口连接至氢燃料电池，电磁阀设置于第一降压阀出口及第二降压阀进口之间，用于开启及/或关闭第一降压阀和第二降压阀的导通。本实用新型的一体式调压装置通过电磁阀的设置，能够有效控制进入第二降压阀的氢气压力，稳定第二降压阀的出口压力，借此提高氢燃料电池的发电效能，降低氢燃料电池的损害。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种阀装置，特别涉及将氢气导入车载燃料电池的阀装置。
背景技术
燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的电动汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料通常为高纯度氢气。作为燃料的氢气与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生出电能来带动汽车电动机工作，汽车电动机再带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。相较于传统的燃油汽车，燃料电池汽车具有以下优点：
1、零排放或近似零排放。
2、减少了机油泄漏带来的水污染。
3、降低了温室气体的排放。
4、运行平稳、无噪声。
随着环境问题和能源问题的日益突出，新能源汽车成为了世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点，其中，燃料电池汽车以高效率和近零排放被普遍认为具有广阔的发展前景。美国、欧盟、日本和韩国都投入了大量资金和人力进行燃料电池车辆的研究，通用、福特、克莱斯勒、丰田、本田、奔驰等大公司都已经开发出燃料电池车型并已经在公路上运行，普遍状况良好。近年来，我国在燃料电池方面的投入也不断加大，北京奥运会、上海世博会期间都有燃料电池轿车和大客车进行了示范运行。燃料电池汽车将在新能源汽车中占据重要地位已经是不争的事实。
燃料电池汽车的燃料是高纯度氢气，所以在车上必须有压缩氢气瓶，瓶内的氢气通过减压后才能供给燃料电池进行发电。如果减压过程处理不当，不但消耗氢气，影响燃料电池的发电效率，更会对燃料电池造成损害。
现有技术中有部份专利涉及燃料电池的阀体装置，CN201310338206.0提供一种燃料电池车辆的整体阀门装置，包括：吸收块，其与燃料电池堆的燃料极出口端连接，用以储存水且排出含有杂质的氢气；氢气排气管线，其形成于吸收块上；水排出管线，其形成于吸收块上；以及阀门，其连接形成在吸收块的氢气排气管线及水排出管线成为整体，从而同时开闭氢气排气管线及水排出管线。
现有技术中CN201611092205.2提供了一种用于氢燃料电池客车的氢安全控制方法及系统，当整车控制器监控车辆本身没有出现严重报警信息、氢系统控制器监控储氢瓶状态正常和燃料电池监控燃料电池状态正常的情况下，解锁氢瓶口电磁阀的操作；否则，闭锁氢瓶口电磁阀的操作。CN201611092205.2在满足燃料电池车氢系统安全相关国标要求的同时，加强了燃料电池车辆系统的主动安全。
现有技术中CN201720515854.2提供一种适用于燃料电池电动汽车供氢系统的组合阀，包括阀体，阀体包括入口、出口以及卸荷口；入口处连接入口转接头，入口转接头连接上游管路；出口处连接出口转接头，出口转接头连接下游管路；卸荷口处连接卸荷口转接头，卸荷口转接头连接卸荷管路；入口转接头、出口转接头和卸荷口转接头均设有外螺纹，阀体上设有与外螺纹相匹配的内螺纹；阀体内集成有过滤系统、减压阀系统和安全系统；过滤系统包括入口过滤器和出口过滤器，减压阀系统包括一级减压阀和二级减压阀，安全系统包括安全阀和手动截止阀。CN201720515854.2将各组件过滤系统、减压阀系统、安全系统高度集成在一个阀体内，简化了系统，便于安装与维护，降低成本。
现有技术中CN201821527199.3公开了一种新型燃料电池汽车用高压氢气集成瓶阀，主要解决了现有技术中的存在的高压氢气储气瓶阀采用易熔合金的联接装置，易熔合金长期耐温性能差、寿命短，造成高压氢气储气瓶阀的长期耐温性能差、使用寿命短，不利于高压氢气储气瓶阀的长期使用的技术问题。 CN201821527199.3采用燃料电池汽车用高压氢气集成瓶阀，包括瓶口阀本体，手动阀，安装在瓶口阀本体顶部；保护装置，安装在瓶口阀本体顶部，保护装置设有感温玻璃球；一先导式电磁瓶阀执行器；一电路引线机构，贯穿瓶口阀本体。较好的解决了上述技术问题，具有长期耐温性能好、使用寿命长的优点，可用于储氢装置、供氢系统。
即便上述现有技术提及了供应燃料电池的阀体装置，然而并没有充分解决现有技术中减压阀无法有效克服高压氢气减压过程的压力不稳定情况，这种压力不稳定情况不但使燃料电池的发电效率降低，更有可能造成燃料电池的毁坏。
实用新型内容
本实用新型提出的一体式调压装置目的在于克服高压氢气减压过程的压力不稳定情况，使车用燃料电池能够接收稳定的氢气供给，提高发电效率。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种一体式调压装置100，供设置于移动载具上，移动载具包含有一个高压氢气瓶200及一个氢燃料电池300。一体式调压装置100包括：一个第一接口111、一个第二接口112、一个第一降压阀 130、一个第二降压阀140、一个第一管路150以及一个电磁阀160。第一接口 111连接至高压氢气瓶200，第一降压阀130的入口131通过第一管路150连接至第一接口111，第二降压阀140的出口142通过第二接口112连接至氢燃料电池300，电磁阀160设置于第一降压阀130出口132及第二降压阀140进口141之间，用于开启及/或关闭第一降压阀130和第二降压阀140的导通。通过电磁阀160的开启及/或关闭控制，能够降低第二降压阀140的入口压力波动，使第二降压阀140降压后的出口压力稳定，便能够使氢燃料电池300接收稳定的氢气供给。
基于相同的技术构思，本实用新型进一步提供一种燃料电池装置，供设置于一个具有高压氢气瓶200的移动载具上。燃料电池装置包含有一个氢燃料电池 300和一个一体式调压装置100，一体式调压装置100具有前述的特征。
基于相同的技术构思，本实用新型再提供一种燃料电池模块，供设置于一个移动载具上。燃料电池模块包含有一个高压氢气瓶200、一个氢燃料电池300、以及一个一体式调压装置100。一体式调压装置100具有前述的特征。
基于相同的技术构思，本实用新型更提供一种燃料电池移动载具，包含有一个高压氢气瓶200、一个氢燃料电池300、以及一个一体式调压装置100。一体式调压装置100具有前述的特征。
附图说明
图1是本实用新型提出的一体式调压装置的结构布置图；
其中，附图中标记说明如下：
一体式调压装置 100 高压氢气瓶 200
氢燃料电池 300 第一接口 111
第二接口 112 第一降压阀 130
第二降压阀 140 第一管路 150
电磁阀 160 热熔阀 170
压力感知器 180 第三接口 113
止逆阀 190
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
第一实施例
如图1所示，本实用新型提出的一体式调压装置100，供设置于移动载具上。移动载具不限于陆上小汽车，也可以是摩拖车、大型载客载货车辆，甚至是船舶亦可。移动载具包含有一个高压氢气瓶200及一个氢燃料电池300。
第一接口111连接至高压氢气瓶200，第一降压阀130的入口131通过第一管路150连接至第一接口111，第二降压阀140的出口142通过第二接口112连接至氢燃料电池300。电磁阀160设置于第一降压阀130出口132及第二降压阀 140进口141之间，用于开启及/或关闭第一降压阀130和第二降压阀140的导通。
高压氢气瓶200装载有压缩氢气，压力大致为350～700kg/cm2。根据理想气体方程式PV＝nRT，高压气体减压至低压气体时，气体的体积会和压力成反比的膨胀。氢燃料电池300使用的氢气压力大约是0.6～1.2kg/cm2，因此350～ 700kg/cm2的高压氢气瓶200因此可以容纳相当大量的氢气供氢燃料电池300在常压使用。但也因如此，从高压氢气瓶200到氢料电池300之间需要有一个适当的降压过程，一体式调压装置100的作用也在此。一体式调压装置100包括一个第一接口111、一个第二接口112、一个第一降压阀130、一个第二降压阀140、一个第一管路150以及一个电磁阀160。
现有技术中，通常是通过一个降压阀把高压氢气瓶200的350～700kg/cm2高压氢气直接降压到氢料电池300的0.6～1.2kg/cm2氢气，但是效果并不好。本实用新型使用两个降压阀，第一降压阀130用来做大幅度降压，第二降压阀 140用来做小幅度降压。第一降压阀130把高压氢气瓶200的350～700kg/cm2高压氢气降压到10～15kg/cm2，然后第二降压阀140把10～15kg/cm2的氢气再降压到0.6～1.2kg/cm2。因此，第一降压阀130的入口压力为350～700kg/cm2，出口压力为10～15kg/cm2；第二降压阀140的入口压力为10～15kg/cm2，出口压力为0.6～1.2kg/cm2。
为了维护一体式调压装置100和第一管路150的安全，一体式调压装置100 更包含一个热熔阀170，设置于第一管路150的第一接口111和第一降压阀130 之间，用于开启及/或关闭第一管路150内的高压氢气与外部的导通。虽然氢气在常温时仍算稳定，但由于氢气的活性大，高温时容易燃烧与爆炸。假如第一管路150的温度过高，氢气的危险性即大幅提高。热熔阀170具有一个设定温度，一般是在摄氏100度至120度之间。当第一管路150内的高压氢气温度超过设定温度时，热熔阀170开启，使第一管路150和外部导通，将第一管路150内的高温氢气排出至外部常温环境中，借此降低第一管路150的温度以维持安全。
一体式调压装置100更包含一个压力感知器180，设置于第一管路150的第一降压阀130之前，用来侦测第一降压阀130入口131前的压力状态与压力变化，同时也能侦测热熔阀170的开启/关闭状态。
电磁阀160在本实用新型中的作用非常重要，用于开启及/或关闭第一降压阀130和第二降压阀140的导通。因为第一降压阀130是作大幅度降压，把高压氢气瓶350～700kg/cm2的高压氢气降压到10～15kg/cm2，这么大的降压幅度，在第一降压阀130出口132的出口压力10～15kg/cm2，其波动幅度其实是很大的。从10kg/cm2，到15kg/cm2，有高达50％的波动幅度。这样的波动幅度对于第二降压阀140的降压效能影响很大。如果第二降压阀140的降压是根据入口压力10kg/cm2设定，当入口压力波动到15kg/cm2的时候，第二降压阀140的出口压力就会太高，造成氢燃料电池300的损坏。但是根据第二降压阀140的入口压力变化不断去调整第二降压阀140的设定却又是不切实际的作法。本实用新型通过电磁阀160的设置，快速而适时的开启与关闭，以改变第二降压阀140的入口压力。当入口压力过高时，暂时关闭电磁阀160，可以降低入口压力；待入口压力降至适当程度或经过一段预设时间后，再重新打开电磁阀160。普通气压电磁阀的开启/关闭切换速度大约在50Hz，亦即每秒可以切换50次，这样的切换速度已经足够让第二降压阀140的入口压力维持较佳的稳定性。
优选的，电磁阀160电连接至压力感知器180，根据压力感知器180侦测到的压力及压力波动而启动。因为压力感知器180是设置在第一降压阀130的入口压力，当入口压力发生波动时，第一降压阀130的出口压力自然相应发生波动，这就直接影响了第二降压阀140的入口压力。所以电磁阀160根据压力感知器180侦测到的压力及压力波动而启动，可以更早的进行压力控制，维持第二降压阀140的入口压力的较佳稳定性。
优选的，一体式调压装置100更包含一个第三接口113以及一个止逆阀190，第三接口113设置在高压氢气瓶200，用于连接外部的高压氢气供给装置以导入高压氢气至高压氢气瓶200内。止逆阀190设置于第三接口113和高压氢气瓶 200之间，防止已经灌入高压氢气瓶200内的高压氢气从第三接口113外泄而出。
优选的，一体式调压装置100更包含一个滤网195，可以设置在止逆阀190 与高压氢气瓶200之间，也可以设置在第三接口113与止逆阀190之间。用来防止第三接口113在导入高压氢气至高压氢气瓶200的过程时，有外部的杂物进入高压氢气瓶200。
第二实施例
本实用新型进一步提出第二实施例，是一种燃料电池装置，供设置于一个具有高压氢气瓶200的移动载具上。燃料电池装置包含有一个氢燃料电池300和一个一体式调压装置100。其中的一体式调压装置100具有前述第一实施例的特征。
第三实施例
本实用新型进一步提出第三实施例，是一种燃料电池模块，供设置于一个移动载具上。燃料电池模块包含有一个高压氢气瓶200、一个氢燃料电池300、以及一个一体式调压装置100。其中的一体式调压装置100具有前述第一实施例的特征。
第四实施例
本实用新型进一步提出第四实施例，是一种燃料电池移动载具，包含有一个高压氢气瓶200、一个氢燃料电池300、以及一个一体式调压装置100。其中的一体式调压装置100具有前述第一实施例的特征。本实施例中的移动载具不限于陆上小汽车，也可以是摩拖车、大型载客载货车辆，甚至是船舶亦可。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种一体式调压装置(100)，供设置于移动载具上，所述移动载具包含有一个高压氢气瓶(200)及一个氢燃料电池(300)，其特征在于：所述一体式调压装置(100)包括：
一个第一接口(111)、一个第二接口(112)、一个第一降压阀(130)、一个第二降压阀(140)、一个第一管路(150)以及一个电磁阀(160)；
所述第一接口(111)连接至所述高压氢气瓶(200)，所述第一降压阀(130)的入口(131)通过所述第一管路(150)连接至所述第一接口(111)，所述第二降压阀(140)的出口(142)通过所述第二接口(112)连接至所述氢燃料电池(300)，所述电磁阀(160)设置于所述第一降压阀(130)出口(132)及所述第二降压阀(140)进口(141)之间，用于开启及/或关闭所述第一降压阀(130)和所述第二降压阀(140)的导通。
2.根据权利要求1所述的一体式调压装置(100)，其特征在于：更包含一个热熔阀(170)，设置于所述第一管路(150)，所述热熔阀(170)具有一个设定温度，当所述第一管路(150)内的温度超过所述设定温度时，所述热熔阀(170)开启，将所述第一管路(150)内的高压氢气排出至外部。
3.根据权利要求2所述的一体式调压装置(100)，其特征在于：更包含一个压力感知器(180)，设置于所述第一管路(150)。
4.根据权利要求3所述的一体式调压装置(100)，其特征在于：所述电磁阀(160)电连接至所述压力感知器(180)，根据所述压力感知器(180)侦测到的压力变化，开启及/或关闭所述第一降压阀(130)和所述第二降压阀(140)的导通。
5.根据权利要求4所述的一体式调压装置(100)，其特征在于：所述第一降压阀(130)的入口压力为350～700kg/cm2，出口压力为10～15kg/cm2。
6.根据权利要求5所述的一体式调压装置(100)，其特征在于：所述第二降压阀(140)的出口压力为0.6～1.2kg/cm2。
7.根据权利要求6所述的一体式调压装置(100)，其特征在于：更包含一个第三接口(113)以及一个止逆阀(190)，所述第三接口(113)设置在所述高压氢气瓶(200)，用于连接外部的高压氢气供给装置以导入高压氢气至所述高压氢气瓶(200)内；所述止逆阀(190)设置于所述第三接口(113)和所述高压氢气瓶(200)之间，防止所述高压氢气瓶(200)内的高压氢气从所述第三接口(113)外泄。
8.一种燃料电池装置，供设置于一个具有高压氢气瓶(200)的移动载具上，其特征在于：所述燃料电池装置包含有一个氢燃料电池(300)和一个一体式调压装置(100)，所述一体式调压装置(100)具有权利要求1至7其中任一项的特征。
9.一种燃料电池模块，供设置于一个移动载具上，所述燃料电池模块包含有一个高压氢气瓶(200)、以及一个氢燃料电池(300)，其特征在于：所述燃料电池模块更包含一个一体式调压装置(100)，具有权利要求1至7其中任一项的特征。
10.一种燃料电池移动载具，包含有一个高压氢气瓶(200)、以及一个氢燃料电池(300)，其特征在于：更包含一个一体式调压装置(100)，具有权利要求1至7其中任一项的特征。
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| CN202020312700.5U Expired - Fee Related CN212657583U (zh) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | 一体式调压装置和燃料电池装置、模块及其移动载具 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113236971A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-10 | 威海盛泰智能仪器仪表有限公司 | 通过监视介质压力的变化实现液化石油气安全管理的方法 |
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2020
- 2020-03-13 CN CN202020312700.5U patent/CN212657583U/zh not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN113236971A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-10 | 威海盛泰智能仪器仪表有限公司 | 通过监视介质压力的变化实现液化石油气安全管理的方法 |
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