常压下车载铝水反应制氢系统的制作方法

本实用新型涉及汽车新能源，尤其涉及一种常压下车载铝水反应制氢系统，可在常压、使用安全的条件下进行铝水制氢。

背景技术：

当前汽车所依靠的主要是不可再生的化石能源。随之汽车数量的不断增多，化石能源储量日益减少，造成环境污染和全球温室效应日益加剧，迫使人类不得不寻找一种理想能源来代替化石能源。氢能是人类21世纪最具发展潜力的理想能源，具有能量密度高、清洁、可再生、方便利用等优点，是未来作为新能源最佳的选择。随着氢燃料电池在政府的能源、环保的战略下大力发展和日益成熟，燃料电池技术已广泛应用于汽车工业领域，与传统的内燃机相比，燃料电池具有更高的能源转换效率，而且由于其反应的产物是水，不产生任何的污染物和温室气体，实现了真正的零排放。

氢能虽然有众多优点，但如何安全储存运输是需要解决的关键难题。常规的储存方式需要高压低温的极端条件，对汽车的储氢罐及加氢站设计和建设都要求很高，同时还消耗大量能源。目前，在国内只有上海、佛山、云浮、武汉等几个城市建设有加氢站，受到建设安全和成本等多因素的影响，严重阻碍了加氢站的建设规模和推广，而目前商业化燃料电池汽车都携带有高压储氢罐，脱离不了加氢站工作，使燃料电池汽车更难普及。鉴于存在的问题，迫切需设计出一种新型的汽车动力方式，来克服现有汽车动力提供方式存在的缺陷，开发车载制氢是解决这些问题的有效途径。车载制氢系统的应用可脱离加氢站工作，对于氢能源车辆的普及和推广具有重大意义。

目前车载制氢主要有两种方式，一种是甲醇水制氢，一种是铝水反应制氢。其中甲醇制氢存在启动时间慢、气体分离复杂、产物有二氧化碳等问题，不符合当今能源发展方向；而铝水反应制氢存在分离简单、储氢比高、制氢纯度高、不产生对环境有害产物等优点，很符合当今能源发展的趋势。

铝水反应制氢的方式有很多，最常见有在中、低压条件下氢气发生装置制氢，但有压力的制氢方式都存在温度较高、压力较大、氢气发生装置内有效体积小、设备要求高等问题。当氢气发生装置压力有0.1mpa以上时，制氢设备的温度将高达110°c以上，氢气的反应器需做成椭圆型，大大减小制氢空间，从减小系统的制氢量，无法满足车载要求。

为此，参考中国专利201820759215.5，公开了一种车载氢气发生装置，其反应箱直接设有加热器，以加热反应箱内的水，以降低反应箱内工作压强的要求。然而，该车载氢气发生装置使得反应发生时，铝合金是预先浸泡在水中，再进行加热反应，此方法存在两点不足：（1）根据铝合金的特性，浸泡在水中的时间越长越难反应，甚至不反应；（2）需要加热反应箱，反应箱体积占比大，使加热器加热水的效率不高，从而出现了启动反应时间长、加热器选型功率要高的问题。再者，该车载氢气发生装置输出氢气的量不控，制氢速率慢，无法对车辆提供稳定压强。

故，急需一种可解决上述问题的常压下车载铝水反应制氢系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种常压下车载铝水反应制氢系统，在常压下进行铝水反应制氢，制氢效率高、使用安全，对反应箱形状、设备要求低，使得反应箱可设计成具有足够制氢空间的反应箱。

为了实现上有目的，本实用新型公开了一种常压下车载铝水反应制氢系统，包括反应箱、第一换热器、氢气泵、液体加热缓存罐、压力计、电控水阀和气液分离器，所述反应箱用于进行铝水反应产生氢气且设有输入水的进水口和输出氢气的出气口，通过氢气管依次连通所述出气口、第一换热器和气液分离器并输送氢气，所述氢气泵连接于所述氢气管上抽取输送氢气，所述水加热缓存罐的出水口接所述进水口，用于将水加热至第一预设温度并对所述反应箱供水，所述电控水阀安装于所述进水口上，所述压力计安装于所述反应箱内并检测所述反应箱内的压强，所述压力计在所述压强超出第一预设压强时打开所述氢气泵且关闭电控水阀，在所述压强小于等于常压时关闭所述氢气泵且打开所述电控水阀，所述第一预设压强大于常压。

与现有技术相比，一方面，本实用新型在对反应箱供水之前先将水加热至预设温度，使得反应箱内的铝水制氢反应可在常压下进行，使得反应箱按照实际需要设置，无需考虑抗压抗高温需求，使得反应箱可设计成具有足够制氢空间的反应箱，制氢效率变高，增强车辆续航能力，且该在制氢系统制氢过程温度、压力均比较小，在安全方面存在巨大优势。另一方面，本实用新型通过水加热缓存罐对水进行加热并存储，不但可随时对反应箱供足够温度的热水，且使得水进入反应箱后即可进行反应，提高制氢效率，减小铝在水中浸泡的时间，防止反应中止。再一方面，本实用新型通过电控水阀控制反应箱内铝水反应的效率，并结合氢气泵控制氢气输出的速率，有助于氢气快速输出反应箱，加快压强降低恢复到常压的速度，使反应箱始终处于常压安全条件下制氢。

较佳地，所述反应箱的数目为两个以上，增加制氢效率，使得该制氢系统可满足车载的实时要求。

较佳地，所述反应箱呈方块型，可装载更多的铝合金，储氢比高。

较佳地，车载铝水反应制氢系统还包括冷却循环系统，所述冷却循环系统包括第二换热器、膨胀壶、离心泵和管带式风冷器，所述第二换热器连接于所述第一换热器和气液分离器之间的氢气管上，所述膨胀壶和管带式风冷器并联后接于所述第二换热器的冷却水管道两端之间，并将冷却水管道输出的冷却水分别进行膨胀冷却和风冷后输送回所述冷却水管道，所述离心泵安装于所述冷却水管道的入口或出口，并对所述冷却水提供循环动力，加快氢气冷却速度。

更佳地，所述常压下车载铝水反应制氢系统还包括温度传感器，所述温度传感器检测所述第二换热器的出气口处的流体温度，并在温度超出第二预设温度值时打开离心泵和管带式风冷器，进一步提高氢气冷却速度，且在氢气温度较低时不开启离心泵和管带式风冷器，节省能源。

较佳地，所述常压下车载铝水反应制氢系统还包括设于所述气液分离器和氢气泵之间的活性炭吸附装置，以吸附所述氢气中的水蒸汽和杂质，使得氢气纯度更高。

较佳地，所述常压下车载铝水反应制氢系统还包括水箱，所述水箱的出口接所述第一换热器的冷却水进口管道，所述第一换热器的冷却水出口管道接所述水加热缓存罐的入口，所述气液分离器的液体出口接所述水箱入口。通过第一换热器实现热交换的冷却水回收至水箱中，将交换的热量送回水箱，增加水箱内水的温度，使得水加热缓存罐更加节能。

较佳地，所述常压下车载铝水反应制氢系统还包括控制器，所述控制器一端接所述压力计，另一端接所述电控水阀和氢气泵，所述流量控制器获取所述压力计检测的压强，并比较所述压强与所述第一预设压强的大小，在所述压强超出第一预设压强时打开所述氢气泵且关闭电控水阀，在所述压强小于等于常压时关闭所述氢气泵且打开所述电控水阀。

较佳地，所述水加热缓存罐内包括加热机构和温度检测件，所述温度检测件检测所述水加热缓存罐内的水温，并在所述水温到达第一预设温度时打开所述电控水阀并关闭所述加热机构，在所述水温低于所述第一预设温度时关闭所述电控水阀并打开所述加热机构。

较佳地，所述常压下车载铝水反应制氢系统还包括与所述氢气管的出口相连的氢气缓存罐，所述氢气缓存罐存储氢气并具有向汽车动力系统输出氢气的氢气输出管道，所述氢气输出管道上设置有检测氢气流量的质量流量计和控制所述氢气输出管道开闭的电控气阀。氢气缓存罐、电控气阀、质量流量计的配合使得可对汽车提供稳定的氢气，满足该制氢系统现产现用的要求。

附图说明

图1是本实用新型所述常压下车载铝水反应制氢系统的结构示意图。

图2是本实用新型所述常压下车载铝水反应制氢系统的控制电路图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

参考图1，本实用新型公开了一种常压下车载铝水反应制氢系统100，包括反应箱10、第一换热器20、气液分离器30、氢气泵40、水加热缓存罐50、压力计61和电控水阀71，所述反应箱10用于进行铝水反应产生氢气且设有输入水的进水口和输出氢气的出气口，通过氢气管依次连通所述出气口、第一换热器20和气液分离器30并输送氢气，所述氢气泵40连接于所述氢气管上抽取输送氢气，所述水加热缓存罐50的出水口通过水管连接所述进水口，用于将水加热至第一预设温度并对所述反应箱10供水，所述电控水阀71安装于所述进水口上并控制所述水管的通断，所述压力计61安装于所述反应箱10内并检测所述反应箱10内的压强，所述压力计61在所述压强超出第一预设压强时打开所述氢气泵40且关闭电控水阀71，在所述压强小于等于常压时关闭所述氢气泵40且打开所述电控水阀71，所述第一预设压强大于常压。本实施例中，第一预设温度为90摄氏度，所述第一预设压强稍微大于常压，例如大于常压0.06mpa。当然，第一预设温度可以为其他大于60度小于100度的数值，所述第一预设压强可以为其他稍微大于常压的数值。

本实施例中，所述反应箱10具有两个，当然反应箱的数目也可以为两个以上。

其中，所述反应箱10呈方块型，可装载更多的铝合金，储氢比高。

参考图1，常压下车载铝水反应制氢系统100还包括冷却循环系统，所述冷却循环系统包括第二换热器21、膨胀壶22、离心泵23和管带式风冷器24，所述第二换热器21连接于所述第一换热器20和气液分离器30之间的氢气管上，所述膨胀壶22和管带式风冷器24并联后接于所述第二换热器21的冷却水管道两端之间，并将冷却水管道输出的冷却水分别通过膨胀壶22进行膨胀冷却和管带式风冷器24风冷后输送回所述冷却水管道，所述离心泵23安装于所述冷却水管道的入口，并对所述冷却水提供循环动力。加快氢气冷却速度。当然，离心泵23也可以安装于冷却水管道的出口。其中，第二换热器21、膨胀壶22、离心泵23和管带式风冷器24通过三元乙丙橡胶管连接。

其中，所述常压下车载铝水反应制氢系统100还包括温度传感器62，所述温度传感器62检测所述第二换热器21的出气口处的流体温度，并在温度超出第二预设温度值时打开离心泵23和管带式风冷器24，进一步提高氢气冷却速度，且在氢气温度较低时不开启离心泵23和管带式风冷器24，节省能源。本实施例中，第二预设温度为30度，当然第二预设温度以30-35度为宜。

其中，所述常压下车载铝水反应制氢系统100还包括设于所述气液分离器30和氢气泵40之间的活性炭吸附装置31，以吸附所述氢气中的水蒸汽和杂质，使得氢气纯度更高。

其中，所述常压下车载铝水反应制氢系统100还包括水箱51，所述水箱50的出口接所述第一换热器20的冷却水进口管道，所述第一换热器20的冷却水出口管道接所述水加热缓存罐50的入口，所述气液分离器30的液体出口接所述水箱51入口。

参考考图2，所述常压下车载铝水反应制氢系统100还包括控制器80，所述所述控制器80通过采集系统压力计61的压力来控制电控水阀71和氢气阀40，所述控制器80获取所述压力计61检测的压强，并比较所述压强与所述第一预设压强的大小，在所述压强超出第一预设压强时打开所述氢气泵40且关闭电控水阀71以断开所述水管，在所述压强小于等于常压时关闭所述氢气泵40且打开所述电控水阀71以导通所述水管。

其中，所述控制器80一端接所述温度传感器62，另一端接所述离心泵23和管带式风冷器24的动力开关，所述控制器80获取所述温度传感器62检测的流体温度，并比较所述流体温度与所述第二预设温度的大小，在所述流体温度超出第二预设温度时打开所述离心泵23和管带式风冷器24仅加快氢气冷却速度。

其中，控制器80由比较单元和控制开关组成，比较单元比较各个检测值和预设值的大小以控制控制开关动作，控制开关设于各被控器件的控制信号输入端或供电回路上，以控制被控器件动作，由于使用比较单元和控制开关控制电动阀（包括电控气阀、电控水阀）、电动泵（包括抽气泵和抽水泵）等的动作为本领域常规手段，在此不予详述。

当然，控制器80还在流体温度低于第三预设温度时关闭离心泵23和管带式风冷器24，第三预设温度低于第二预设温度，第三预设温度以20-25度为宜。

较佳地，所述水加热缓存罐50内包括加热机构501和温度检测件502，所述温度检测件502检测所述水加热缓存罐50内的水温，并在所述水温到达第一预设温度时打开所述电控水阀71并关闭所述加热机构501，在所述水温低于所述第一预设温度时关闭所述电控水阀71并打开所述加热机构501。其中，控制器80分别接加热机构501和温度检测件502，获得所述温度检测件502检测到的水温，并在所述水温到达第一预设温度时打开所述电控水阀71并关闭所述加热机构501，在所述水温低于所述第一预设温度时关闭所述电控水阀71并打开所述加热机构501。

参考图1，所述常压下车载铝水反应制氢系统100还包括与所述氢气管的出口相连的氢气缓存罐90，所述氢气缓存罐90存储氢气并具有向汽车动力系统200输出氢气的氢气输出管道，所述氢气输出管道上设置有检测氢气流量的质量流量计63和控制所述氢气输出管道开闭的电控气阀72，所述质量流量计63依据检测到氢气流量的大小控制电控气阀72开合的大小。具体地，参考图2，控制器80接质量流量计63和电控气阀72，并在氢气流量大于预设范围时缩小电控气阀72的开合程度，在氢气流量小于预设范围时增加电控气阀72的开合程度。

参考图1，所述反应箱10上还开设有泄气出口和设于所述泄气出口的泄气阀73，所述压力计71在所述压强大于第二预设压强时开启所述泄气阀73。具体地，参考图2，控制器80接泄气阀73，并在所述压强大于第二预设压强时开启所述泄气阀73。第二预设压强大于第一预设压强。

其中，水箱51的水管入口和出口均设有隔膜泵510，氢气管的需要位置上设置有电控气阀75。气液分离器30的液体出口连接的水管上设有电控水阀74，气液分离器30内设有检测气液分离水池液面的水位检测器32，水位检测器32在水位超出上限水位时控制电控水阀74和与之相连的隔膜泵510打开，在水位到达下限水位时控制电控水阀74和与之相连的隔膜泵510关闭。反应箱10的进水口还安装有水流量计64，所述控制器80获取水流量计64检测获得的水流量，并依据需要控制电控水阀71的开闭使得水流量达到预设值。

参考图1和图2，描述本实用新型工作过程，开始工作时，控制器80开启水箱51到水加热缓存罐50之间的隔膜泵510，从而加水到水加热缓存罐50，控制器80控制水加热缓存罐50的加热机构501工作，温度检测件502检测水加热缓存罐50中的水温，在水温到达90摄氏度（第一预设温度）时，控制器80控制加热机构501停止工作或工作在保温模式下，并控制电控水阀71打开向反应箱10加水，水遇到反应箱10内的铝合金和助剂发生铝水反应产生氢气，压力计61检测反应箱10内的压力，在压力到达第一预设压强时，控制器80控制电控水阀71关闭以断开与水箱10进水口相连的水管，停止对反应箱10内加水，控制氢气泵40打开以加快抽取反应箱10内产生的氢气。其中，反应箱10出气口处安装的电控气阀75可以一直处于开启状态，也可以随着氢气泵40同步开启和关闭。当压力恢复到常压0.1013mpa后，控制器80控制电控水阀71打开以继续向反应箱10内加水，控制氢气泵40关闭。

反应箱10输出的氢气先经过第一换热器20进行第一次降温后进入第二换热器21进行第二次降温，温度传感器62检测第二换热器21出口的氢气温度，控制器80比较第二换热器21出口处的氢气温度是否大于30摄氏度（第二预设温度），控制器80控制开启离心泵23和管带式风冷器24以加快降温。当然，控制器80还可以在氢气温度小于25摄氏度（第三预设温度）时，关闭离心泵23和管带式风冷器24。

经过第二换热器21降温后的氢气沿氢气管道输送至气液分离器30，气液分离器30过滤氢气中的水汽，并将过滤后的氢气输送至活性炭吸附装置31进行干燥和过滤，生成干净的氢气，干净的氢气输送至氢气缓存罐90进行存储。

当汽车动力系统200工作时，制氢系统100的控制器80控制氢气输出管道上的电控气阀74打开至预设大小，质量流量计63检测氢气流量的大小并输送至控制器80，控制器80在氢气流量大于预设值时缩小电控气阀74的开启大小，在氢气流量小于预设值时扩大电控气阀74的开启大小。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。