本發(fā)明涉及氫能源車用制冷裝置,特別涉及一種高壓氫氣制冷裝置。
背景技術(shù):
如圖2、3所示,傳統(tǒng)氫燃料電池汽車采用蒸汽壓縮式制冷循環(huán)。制冷劑經(jīng)過壓縮機(5)壓縮,由狀態(tài)點1升壓升溫至狀態(tài)點2,然后流經(jīng)冷凝器(6)放熱,由狀態(tài)點2等壓降溫至狀態(tài)點4,經(jīng)節(jié)流閥(3)膨脹,由狀態(tài)點4降壓降溫至狀態(tài)點5,最終流入蒸發(fā)器(18)吸收車內(nèi)熱量,完成制冷。傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷循環(huán),不僅壓縮機需要消耗電機電功,影響車輛運行,而且冷凝器和蒸發(fā)器等設(shè)備龐大需占用大量空間。為此,本發(fā)明專利提出回收利用高壓氫氣罐中的壓力能,同時對車內(nèi)進行制冷。如圖3所示,高壓氫氣由狀態(tài)點4經(jīng)過膨脹機膨脹降壓降溫至狀態(tài)點5,流經(jīng)換熱器吸收車內(nèi)熱量,實現(xiàn)車內(nèi)制冷。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于,針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種高壓氫氣制冷裝置,提高氫燃料電池汽車的整車能量利用效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案為,一種氫燃料電池汽車高壓氫氣制冷裝置,包括:高壓氫氣罐(1)和制冷系統(tǒng)(2),所述制冷系統(tǒng)(2)包括一級或多級膨脹系統(tǒng),每級膨脹系統(tǒng)包括一個膨脹機(3)和一個換熱器(4)。高壓氫氣從高壓氫氣罐(1)流出,依次流入各級膨脹系統(tǒng);在各級膨脹機中,先經(jīng)過膨脹機(3)降溫降壓,對外輸出功,然后進入換熱器(4),當(dāng)車內(nèi)需要制冷時,為車內(nèi)提供冷量,當(dāng)車內(nèi)不需制冷時,與環(huán)境或燃料電池冷卻循環(huán)水進行熱交換。
所述膨脹機為軸流式膨脹機、徑流式膨脹機、徑軸流式膨脹機、渦旋式膨脹機、螺桿式膨脹機或活塞式膨脹機。膨脹機起到降低氫氣壓力和溫度的作用,不僅回收高壓氫氣的壓力能而且回收高壓氫氣的冷量,對外輸出功的同時實現(xiàn)車內(nèi)制冷。
所述的制冷方式,采用強制對流風(fēng)冷式換熱器或者水冷式換熱器。采用強制對流風(fēng)冷式換熱器,不需要增設(shè)管道,節(jié)省車內(nèi)空間;采用水冷式換熱器,可用于車內(nèi)降溫,也可作為車內(nèi)冰箱冷源,優(yōu)化車內(nèi)設(shè)施;如若車內(nèi)不需要制冷,冷量可由燃料電池冷卻水系統(tǒng)或空氣帶走。
所述膨脹系統(tǒng)可以為一級、兩級或三級??筛鶕?jù)客戶的不同需求及選擇不同設(shè)計型式,應(yīng)用范圍廣,能確保上述制冷系統(tǒng)的可靠實施,有效提高氫燃料電池車能量利用率。
所述膨脹機輸出功可以直接驅(qū)動汽車前進,還可以驅(qū)動空氣壓縮機工作,還可以進一步轉(zhuǎn)換為電能儲存在蓄電池中。
附圖說明
圖1為摘要附圖。
圖2為蒸汽壓縮制冷循環(huán)裝置流程圖。
圖3為蒸汽壓縮制冷循環(huán)狀態(tài)參數(shù)圖。
圖4為高壓氫氣制冷流程圖。
圖5為車用冰箱流程圖、圖6為氫燃料電池汽車供氣流程圖。
具體實施方案
以下實施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。
下面結(jié)合附圖和實施例,對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。
實施案例1
如圖4所示,一種氫燃料電池汽車高壓氫氣制冷裝置,包括:高壓氫氣罐(1)、制冷系統(tǒng)(2),所述制冷系統(tǒng)(2)包括膨脹機(3)和換熱器(4)。此案例采用一級膨脹系統(tǒng),在制冷模式下:高壓氫氣從高壓氫氣罐(1)流出,先經(jīng)過活塞式膨脹機(3)降溫降壓,對外輸出功,然后流入風(fēng)冷式換熱器(4)釋放冷量,對車內(nèi)進行降溫。
實施案例2
如圖5所示,一種氫燃料電池汽車高壓氫氣制冷裝置,包括:高壓氫氣罐(1)、制冷系統(tǒng)(2),所述制冷系統(tǒng)(2)包括螺桿式膨脹機(3)和水冷式換熱器(4),車內(nèi)冰箱(7)。此案例采用三級膨脹系統(tǒng),高壓氫氣從高壓氫氣罐(1)流出,依次流入各級膨脹系統(tǒng);在各級膨脹系統(tǒng)中,氫氣流入一級渦旋式膨脹機(3)降溫降壓,對外輸出功,然后流入一級水冷式換熱器(4)吸收熱量;再流入二級渦旋式膨脹機(3)膨脹降壓,對外做功,流入二級水冷式換熱器(4)吸收熱量;最后流入三級渦旋式膨脹機(3)膨脹降壓,對外做功,流入三級水冷式換熱器(4)吸收熱量,最終完成氫氣的降壓。管道1中充滿蓄冷材料,回收高壓氫氣的冷量,通過車內(nèi)冰箱(7)釋放冷量,優(yōu)化車內(nèi)設(shè)施。
實施案例3
如圖6所示,氫燃料電池汽車供氣系統(tǒng),包括:高壓氫氣罐(1)、制冷系統(tǒng)(2)、膨脹機(3)、換熱器(4)、冷凝器(8)、氫氣加熱器(9)、氫氣加濕器(10)、水箱(11)、分水器(12)、空氣加濕器(13)、燃料電池(14)、分水器(15)、空氣加熱器(16)、壓縮機(17)。陽極供氣管路:氫氣由高壓氫氣罐(1)流出,依次流入各級膨脹系統(tǒng),此案例采用二級膨脹系統(tǒng);在各級膨脹系統(tǒng)中,氫氣流入一級徑流式膨脹機(3)膨脹降壓,對外作功,流入一級風(fēng)冷式換熱器(4)釋放冷量,對車內(nèi)進行降溫;再流入二級徑流式膨脹機(3)膨脹降壓,對外作功,再流入二級風(fēng)冷式換熱器(4)釋放冷量,對車內(nèi)進行降溫;低壓低溫氫氣流入熱電阻氫氣加熱器(9)加熱升溫到70~80℃,流入膜氫氣加濕器(10)加濕,流入燃料電池(15)陽極,完成電化學(xué)反應(yīng),對外輸出電功,多余的氫氣經(jīng)過分水器(12)流回供氣管路,水由分水器(12)排出車外;陰極供氣管路:室外空氣經(jīng)過除雜過濾之后,經(jīng)壓縮機(17)壓縮至0.4mpa左右,流入熱電阻空氣加熱器(16)加熱升溫,再流入膜空氣加濕器(13)加濕,最終流入燃料電池陰極,和氫氣完成電化學(xué)反應(yīng),對外輸出電功,多余的空氣經(jīng)過分水器(15)流過空氣加熱器,對入口空氣進行初步加熱,水經(jīng)水泵流回循環(huán)水路。
如圖6所示,氫燃料電池最佳工作溫度在70~80℃,氫氧燃料電池是放熱反應(yīng),為了維持最佳工作溫度,需要對燃料電池進行冷卻降溫。冷卻循環(huán)水管路:冷卻水從水箱(11)流出,分成三條流路,一條流經(jīng)氫氣加濕器(10),另一條流經(jīng)空氣加濕器(13),對膜加濕器進行補水,還有一條流經(jīng)燃料電池(14)吸收熱量降低燃料電池的溫度。
夏季,冷卻水經(jīng)冷凝器(8),將燃料電池余熱散發(fā)到空氣中;冬季,冷卻水經(jīng)冷凝器(8),將燃料電池余熱散發(fā)到車內(nèi),對車內(nèi)進行制熱。