一种基于液态储氢的燃料电池装置的制作方法

1.本技术涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种基于液态储氢的燃料电池装置。


背景技术：

2.氢燃料电池是一种新能源电池，可广泛应用于汽车，机械加工，无人机等各个行业。当前氢燃料电池汽车一般采用高压储氢形式，但是高压储氢产生的氢气泄露，存在较大的安全隐患。
3.现阶段，为了解决的高压储氢带来的安全隐患，产生了以下两种规避氢气大量集聚的方法：(1)、顶置氢气储存装置，通过将储氢放置在汽车车厢顶部，利用车辆迎风达到透气通风的目的，从而避免氢气的大量集聚(2)、关键位置设置氢气泄漏传感器，当检测区域的氢气浓度达到设定值时，发出声光报警，提示驾驶员氢气泄漏故障，当泄漏值超过限值时将直接切断氢气供应。
4.但是，以上方法仅仅是防范氢气的大量集聚，并不能避免高压氢气的泄露，依然存在较大的安全隐患。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种基于液态储氢的燃料电池装置，用以解决现有氢气储存装置无法避免高压氢气泄露，进而导致较大的安全隐患的技术问题。
6.本技术实施例提供了一种基于液态储氢的燃料电池装置，装置包括氢油油箱、第一板式换热器、第二板式换热器、第三板式换热器、第四板式换热器、油水分离器、气体缓冲器、储油油箱以及脱氢反应釜；其中，脱氢反应釜用于加热氢油，以生成混合氢气以及脱氢油；氢油油箱，与第一板式换热器相连，用于存储氢油并向第一板式换热器传输氢油；第一板式换热器，分别与第二板式换热器、脱氢反应釜以及第三板式换热器相连，用于对氢油加热以及对混合氢气降温；第二板式换热器，分别与脱氢反应釜以及第四板式换热器相连，用于对氢油二次加热以及对脱氢油降温；第三板式换热器，与油水分离器相连，用于对混合氢气二次降温；油水分离器与气体缓冲器相连，用于获得混合氢气中的氢气；第四板式换热器，与储油油箱相连，用于将脱氢油传输给储油油箱。
7.在本技术的一种实现方式中，氢油油箱包括油泵，氢油油箱通过油泵与第一板式换热器的第一端相连。
8.在本技术的一种实现方式中，第一板式换热器分别与第二板式换热器、脱氢反应釜以及第三板式换热器相连，具体包括：第一板式换热器的第一端与第二板式换热器的第一端相连，用于向第二板式换热器传输加热后的氢油；第一板式换热器的第二端与脱氢反应釜的h-out端相连，用于接收脱氢反应釜生成的混合氢气；第一板式换热器的第二端还与第三板式换热器的第一端相连相连，用于向第三板式换热器发送降温后的混合氢气。
9.在本技术的一种实现方式中，第二板式换热器的第一端与脱氢反应釜的in端相连，用于向脱氢反应釜传输二次加热后的氢油；第二板式换热器的第二端与脱氢反应釜的
out端相连，用于接收脱氢反应釜生成的脱氢油；第二板式换热器的第二端还与第四板式换热器的第一端相连，用于向第四板式换热器传输降温后的脱氢油。
10.在本技术的一种实现方式中，装置还包括第一水泵；油水分离器至少包括第一分离器以及第二分离器；第三板式换热器还与油水分离器相连，具体包括：第三板式换热器的第二端与第一水泵的一端相连，用于接收第一水泵传输的冷水，并利用冷水对混合氢气进行二次降温；第三板式换热器的第一端与第一分离器的in端相连，用于向第一分离器传输二次降温后的混合氢气；第二分离器的in端与第一分离器的out端相连，用于获取第一分离器提取的二次降温后的混合氢气中的氢气。
11.在本技术的一种实现方式中，气体缓冲器至少包括第一缓冲器以及第二缓冲器；油水分离器还与气体缓冲器相连，具体包括：第二分离器的out端与第一缓冲器的in端相连，用于向第一缓冲器传输经过第二分离器二次提取的氢气；第一缓冲器的out端与第二缓冲器的in端相连，用于向第一缓冲器传输第一缓冲器提纯的氢气；以及第二缓冲器的out端向外输出经过第二缓冲器二次提纯的氢气。
12.在本技术的一种实现方式中，装置还包括第二水泵；第四板式换热器的第二端与第二水泵的第一端相连，用于接收第二水泵传输的冷水，并利用冷水对脱氢油进行二次降温。
13.在本技术的一种实现方式中，装置安装在车辆的底部。
14.在本技术的一种实现方式中，脱氢反应釜加热氢油的温度范围为160℃-240℃。
15.在本技术的一种实现方式中，脱氢反应釜还包含压力传感器以及安全阀；
16.压力传感器安装与脱氢反应釜的内部，用于检测脱氢反应釜内部的压力；
17.安全阀安装与脱氢反应釜的外侧，用于释放脱氢反应釜中的气体和/或液体，以保护脱氢反应釜的安全。
18.装置包括氢油油箱、第一板式换热器、第二板式换热器、第三板式换热器、第四板式换热器、油水分离器、气体缓冲器、储油油箱以及脱氢反应釜；其中，脱氢反应釜用于加热氢油，以生成混合氢气以及脱氢油；氢油油箱，与第一板式换热器相连，用于存储氢油并向第一板式换热器传输氢油；第一板式换热器，分别与第二板式换热器、脱氢反应釜以及第三板式换热器相连，用于对氢油加热以及对混合氢气降温；第二板式换热器，分别与脱氢反应釜以及第四板式换热器相连，用于对氢油二次加热以及对脱氢油降温；第三板式换热器，与油水分离器相连，用于对混合氢气二次降温；油水分离器与气体缓冲器相连，用于获得混合氢气中的氢气；第四板式换热器，与储油油箱相连，用于对脱氢油二次降温。
19.在本技术的一种实现方式中，氢油油箱包括油泵，氢油油箱通过油泵与第一板式换热器的第一端相连。
20.在本技术的一种实现方式中，第一板式换热器的第一端与第二板式换热器的第一端相连，用于向第二板式换热器传输加热后的氢油；第一板式换热器的第二端与脱氢反应釜的h-out端相连，用于接收脱氢反应釜生成的混合氢气；第一板式换热器的第二端还与第三板式换热器的第一端相连相连，用于向第三板式换热器发送降温后的混合氢气。
21.在本技术的一种实现方式中，第二板式换热器的第一端与脱氢反应釜的in端相连，用于向脱氢反应釜传输二次加热后的氢油；第二板式换热器的第二端与脱氢反应釜的out端相连，用于接收脱氢反应釜生成的脱氢油；第二板式换热器的第二端还与第四板式换
热器的第一端相连，用于向第四板式换热器传输降温后的脱氢油。
22.在本技术的一种实现方式中，装置还包括第一水泵；油水分离器至少包括第一分离器以及第二分离器；第三板式换热器的第二端与第一水泵的一端相连，用于接收第一水泵传输的冷水，并利用冷水对混合氢气进行二次降温；第三板式换热器的第一端与第一分离器的in端相连，用于向第一分离器传输二次降温后的混合氢气；第二分离器的in端与第一分离器的out端相连，用于获取第一分离器提取的二次降温后的混合氢气中的氢气。
23.在本技术的一种实现方式中，气体缓冲器至少包括第一缓冲器以及第二缓冲器；且气体缓冲器包含第一压力传感器。
24.在本技术的一种实现方式中，第二分离器的out端与第一缓冲器的in端相连，用于向第一缓冲器传输经过第二分离器二次提取的氢气；第一缓冲器的out端与第二缓冲器的in端相连，用于向第一缓冲器传输第一缓冲器提纯的氢气；以及第二缓冲器的out端向外输出经过第二缓冲器二次提纯的氢气。
25.在本技术的一种实现方式中，装置安装在车辆的底部。
26.在本技术的一种实现方式中，脱氢反应釜加热氢油的温度范围为160℃-240℃。
27.在本技术的一种实现方式中，脱氢反应釜还包含第二压力传感器以及安全阀；第二压力传感器安装与脱氢反应釜的内部，用于检测脱氢反应釜内部的压力；安全阀安装与脱氢反应釜的外侧，用于释放脱氢反应釜中的气体和/或液体，以保护脱氢反应釜的安全。
28.本技术实施例提供的一种基于液态储氢的燃料电池装置，通过将氢油油箱中的氢油传输到第一板式换热器中，实现了对氢油的第一次加热，这里需要说明的是，第一板式换热器还接收来自脱氢反应釜的高温混合氢气，通过热传递，实现了高温混合氢气对氢油的加热以及氢油对高温混合氢气的降温。第一板式换热器将加热后的氢油传输给第二板式换热器，以通过第二板式换热器对氢油进行二次加热，需要说明的是，第二板式换热器还接收来自脱氢反应釜的高温脱氢油，通过热传递，实现了高温脱氢油对氢油的二次加热以及氢油对高温脱氢油的降温。第二板式换热器将二次加热后的氢油传输到脱氢反应釜中，以使脱氢反应釜对二次加热后的氢油再次加热，以从氢油中获取混合氢气以及脱氢油。根据上述已知，脱氢反应釜分别与第一板式换热器以及第二板式换热器相连，以向第一板式换热器传输高温混合氢气，以及向第二板式换热器传输高温脱氢油。(1)在第一板式换热器将高温混合氢气降温后，第一板式换热器将降温后的混合氢气传输给第三板式换热器，由于第三板式换热器还与第一水泵相连，第一水泵将冷水传输到第三板式换热器中，以对混合氢气进行二次降温。然后，二次降温的混合氢气传输给油水分离器，以通过油水分离器提取混合氢气中的氢气。(2)在第二板式换热器将高温脱氢油降温后，第二板式换热器将降温后的脱氢油传输给第四板式换热器。其中，第四板式换热器还与第二水泵相连，第二水泵将冷水传输到第四板式换热器中，以对脱氢油进行二次降温。然后，第四板式换热器将二次降温后的脱氢油传输给储油油箱。通过上述方法，实现了常温常压储存氢气，避免了高压储存氢气，导致的氢气泄露等安全隐患。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
30.图1为本技术实施例提供的一种基于液态储氢的燃料电池装置内部相连关系示意图。
具体实施方式
31.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
32.当前燃料电池汽车一般采用高压储氢形式，现阶段为35mpa和70mpa两种压力等级，为了让氢气瓶能够承受这样的压力等级，需要对氢气瓶从材料、制造工艺、制造过程的监督、检验以及使用过程中的定期检查和监督检验等等环节进行严密的监管，成本巨大造价高昂。此外，氢气分子因其体积小，在高压的作用下，有极强的渗透能力，甚至能穿透金属晶格使金属脱层，这种特性就是氢气对金属的“氢脆”现象，因此高压氢储用形式下，在管路接头处非常容易发生氢气泄漏，在国际和国内的相关标准中，都仅对高压储氢形式的氢气泄漏量和泄漏速率做出要求，默许了氢气泄漏这一安全隐患存在的事实。
33.行业内防范氢气泄漏危害的方法一是顶置氢气储存系统，与车厢内安装形式相比，顶置氢系统在氢气泄漏的情况下，氢气不会进入汽车车厢，只会在车顶的局部聚集，通过氢系统舱室的通风设计，可以很方便的防止泄漏氢气的大量聚集，并在车辆行驶时还能利用车辆迎风达到透气通风的目的，从而避免安全事故。但这种设计会使整车质量重心上移，增大车辆侧倾风险。方法之二则是在关键位置设置氢气泄漏传感器，当检测区域的氢气浓度达到设定值时，发出声光报警，提示驾驶员氢气泄漏故障，当泄漏值超过限值时将直接切断氢气供应，达到及时抢修以及防止危害扩散的目的。以上方法皆仅治标，无法治本。
34.本技术提出了一种基于液态储氢的燃料电池装置，即常温常压液态有机储氢形式，其优势在于车载油箱仅存储氢油，该氢油是氢气的液态有机化合物存储形态，该化合物不挥发不易燃，安全可靠，仅需常温常压存储，对油箱没有高压氢形式下的各种强度以及防泄漏性能要求，只需要一般的铁皮油箱就能安全储运，因此可以很方便地设置安装位置，我们一般将其安装在车辆底部，便于车辆重心下降，降低车辆侧倾风险。使用时，在催化剂的作用下脱出的氢气为略高于大气压的常压气态，没有高压氢形式下对氢分子渗透力的加持，很方便的可以做到零泄漏，是非常安全可靠的一种氢能源储用形式。
35.下面通过附图对本技术实施例提出的技术方案进行详细的说明。
36.图1为本技术实施例提供的一种基于液态储氢的燃料电池装置内部相连关系示意图。如图1所示，基于液态储氢的燃料电池装置包括：氢油油箱、第一板式换热器、第二板式换热器、第三板式换热器、第四板式换热器、油水分离器、气体缓冲器、储油油箱以及脱氢反应釜。
37.其中，氢油油箱，包含油泵，用于存储氢油，以及通过油泵向第一板式换热器传输氢油。
38.脱氢反应釜，分别与第一板式换热器、第二板式换热器以及第三板式换热器相连，用于加热氢油，以通过加热氢油，生成混合氢气和脱氢油。其中，加热的氢油来自第二板式换热器，生成的混合氢气传输给第一板式换热器，生成的脱氢油传输给第三板式换热器。
39.第一板式换热器，分别与氢油油箱、第二板式换热器、第三板式换热器以及脱氢反应釜相连，用于接收来自氢油油箱的氢油，以及接收脱氢反应釜中的混合氢气。需要说明的是，由于混合氢气为脱氢反应釜高温加热生成的，所以混合氢气为高温气体。因此，当第一板式换热器同时接收高温混合氢气和氢油时，会出现热传递现象，进而在第一板式换热器中能够通过高温混合氢气对氢油进行加热，同理能够通过氢油对高温混合氢气进行降温。此外，第一板式换热器还用于向第二板式换热器传输加热后的氢油，以及向第三板式换热器传输降温后的混合氢气。
40.第二板式换热器，分别与第一板式换热器、第四板式换热器以及脱氢反应釜相连，用于接收来自第一板式换热器的氢油，以及接收来自脱氢反应釜中的脱氢油。需要说明的是，由于脱氢油为脱氢反应釜高温加热生成的，所以脱氢油为高温液体。因此，当第二板式换热器同时接收高温脱氢油和氢油时，会出现热传递现象，进而在第二板式换热器中能够通过高温脱氢油对氢油进行二次加热，同理能够通过氢油对高温脱氢油进行降温。此外，第二板式换热器还用于向脱氢反应釜传输二次加热后的氢油，以及向第四板式换热器传输降温后的脱氢油。
41.第三板式换热器，分别与第一板式换热器、第一分离器以及第一水泵相连，用于接收来自第一板式换热器的混合氢气，以及接收来自第一水泵的冷水。当第三板式换热器同时接收混合氢气和冷水时，由于热传递，第三板式换热器中的混合氢气会被冷水二次降温。然后，第三板式换热器还用于向第一分离器传输二次降温后的混合氢气。
42.第四板式换热器，分别与第二板式换热器、第二水泵以及储油油箱相连，用于接收来自第二板式换热器的脱氢油，以及接收来自第二水泵的冷水。当第四板式换热器同时接收到脱氢油以及冷水时，由于热传递，第四板式换热器中的脱氢油会被冷水二次降温。然后，第四板式换热器还用于向储油油箱传输二次降温后的脱氢油。其中，储油油箱用于存储脱氢油。
43.油水分离器，包括第一分离器以及第二分离器，用于从混合氢气中提取氢气。
44.其中，第一分离器，分别与第三板式换热器以及第二分离器相连，用于接收来自第三板式换热的二次降温后的混合氢气，以对混合氢气进行油水分离处理，以从混合氢气中提取氢气；还用于向第二分离器传输提取的氢气。
45.第二分离器，分别与第一分离以及第一缓冲器相连，用于接收来自第一分离器的提取氢气，并对从该提取氢气中二次提取氢气；还用于向第一缓冲器传输二次提取的氢气。
46.气体缓冲器，包括第一缓冲器以及第二缓冲器，用于从二次提取的氢气中提纯氢气。
47.其中，第一缓冲器，分别与第二分离器以及第二缓冲器相连，用于接收来自第二分离器的二次提取的氢气，以对该二次提取的氢气进行提纯；还用于向第二缓冲器传输提纯的氢气。
48.第二缓冲器，分别与第一缓冲器以及外部相连，用于接收来自第一缓冲器的提纯氢气，并对该提纯氢气进行二次提纯；还用于向外部传输二次提纯后的氢气。
49.具体地，氢油的流向为：氢油油箱通过油泵与第一板式换热器的第一端相连，以向第一板式换热器传输氢油；第一板式换热器的第一端还与第二板式换热器相连，以向第二板式换热器传输经过第一板式换热器加热后的氢油；第二板式换热器的第二端与脱氢反应
釜的in端相连，以向脱氢反应釜传输经过第二板式换热器二次加热后的氢油。
50.在脱氢反应釜获得二次加热的氢油后，会对该氢油进行再次加热，需要说明的是，该加热温度在160℃-240℃之间。然后，脱氢反应釜会通过加热氢油生成氢气和脱氢油。
51.氢气的流向为：脱氢反应釜的h-out端与第一板式换热器的第二端相连，以向第一板式换热器传输高温混合氢气；第一板式换热器的第二端还与第三板式换热器的第一端相连，以向第三板式换热器传输经过第一板式换热器降温后的混合氢气；第三板式换热器的第一端还分别与第一分离器的in端以及第一水泵的一端相连，以向第一分离器传输经过第三板式换热器中的二次降温后的混合氢气；第一分离器的out与第二分离器的in端相连，以向第二分离器传输经过第一分离器提纯的氢气；第二分离的out端与外部相连，以向外部传输经过第二分离器二次提纯的氢气。
52.脱氢油的流向为：脱氢反应釜的out端与第二板式换热器的第一端相连，以向第二板式换热器传输高温脱氢油；第二板式换热器的第二端与第四板式换热器的第一端相连，以向第四板式换热器传输经过第二板式换热器降温后的脱氢油；第四板式换热器的第二端分别与储油油箱以及第二水泵的第一端相连，向储油油箱传输经过第四板式换热器二次降温的脱氢油。
53.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
54.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
55.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。