氢燃料电池汽车高压氢气制冷装置的制作方法

本发明涉及氢能源车用制冷装置，特别涉及一种高压氢气制冷装置。

背景技术：

如图2、3所示，传统氢燃料电池汽车采用蒸汽压缩式制冷循环。制冷剂经过压缩机(5)压缩，由状态点1升压升温至状态点2，然后流经冷凝器(6)放热，由状态点2等压降温至状态点4，经节流阀(3)膨胀，由状态点4降压降温至状态点5，最终流入蒸发器(18)吸收车内热量，完成制冷。传统蒸汽压缩式制冷循环，不仅压缩机需要消耗电机电功，影响车辆运行，而且冷凝器和蒸发器等设备庞大需占用大量空间。为此，本发明专利提出回收利用高压氢气罐中的压力能，同时对车内进行制冷。如图3所示，高压氢气由状态点4经过膨胀机膨胀降压降温至状态点5，流经换热器吸收车内热量，实现车内制冷。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种高压氢气制冷装置，提高氢燃料电池汽车的整车能量利用效率。

本发明的技术方案为，一种氢燃料电池汽车高压氢气制冷装置，包括：高压氢气罐(1)和制冷系统(2)，所述制冷系统(2)包括一级或多级膨胀系统，每级膨胀系统包括一个膨胀机(3)和一个换热器(4)。高压氢气从高压氢气罐(1)流出，依次流入各级膨胀系统；在各级膨胀机中，先经过膨胀机(3)降温降压，对外输出功，然后进入换热器(4)，当车内需要制冷时，为车内提供冷量，当车内不需制冷时，与环境或燃料电池冷却循环水进行热交换。

所述膨胀机为轴流式膨胀机、径流式膨胀机、径轴流式膨胀机、涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机或活塞式膨胀机。膨胀机起到降低氢气压力和温度的作用，不仅回收高压氢气的压力能而且回收高压氢气的冷量，对外输出功的同时实现车内制冷。

所述的制冷方式，采用强制对流风冷式换热器或者水冷式换热器。采用强制对流风冷式换热器，不需要增设管道，节省车内空间；采用水冷式换热器，可用于车内降温，也可作为车内冰箱冷源，优化车内设施；如若车内不需要制冷，冷量可由燃料电池冷却水系统或空气带走。

所述膨胀系统可以为一级、两级或三级。可根据客户的不同需求及选择不同设计型式，应用范围广，能确保上述制冷系统的可靠实施，有效提高氢燃料电池车能量利用率。

所述膨胀机输出功可以直接驱动汽车前进，还可以驱动空气压缩机工作，还可以进一步转换为电能储存在蓄电池中。

附图说明

图1为摘要附图。

图2为蒸汽压缩制冷循环装置流程图。

图3为蒸汽压缩制冷循环状态参数图。

图4为高压氢气制冷流程图。

图5为车用冰箱流程图、图6为氢燃料电池汽车供气流程图。

具体实施方案

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

实施案例1

如图4所示，一种氢燃料电池汽车高压氢气制冷装置，包括：高压氢气罐(1)、制冷系统(2)，所述制冷系统(2)包括膨胀机(3)和换热器(4)。此案例采用一级膨胀系统，在制冷模式下：高压氢气从高压氢气罐(1)流出，先经过活塞式膨胀机(3)降温降压，对外输出功，然后流入风冷式换热器(4)释放冷量，对车内进行降温。

实施案例2

如图5所示，一种氢燃料电池汽车高压氢气制冷装置，包括：高压氢气罐(1)、制冷系统(2)，所述制冷系统(2)包括螺杆式膨胀机(3)和水冷式换热器(4)，车内冰箱(7)。此案例采用三级膨胀系统，高压氢气从高压氢气罐(1)流出，依次流入各级膨胀系统；在各级膨胀系统中，氢气流入一级涡旋式膨胀机(3)降温降压，对外输出功，然后流入一级水冷式换热器(4)吸收热量；再流入二级涡旋式膨胀机(3)膨胀降压，对外做功，流入二级水冷式换热器(4)吸收热量；最后流入三级涡旋式膨胀机(3)膨胀降压，对外做功，流入三级水冷式换热器(4)吸收热量，最终完成氢气的降压。管道1中充满蓄冷材料，回收高压氢气的冷量，通过车内冰箱(7)释放冷量，优化车内设施。

实施案例3

如图6所示，氢燃料电池汽车供气系统，包括：高压氢气罐(1)、制冷系统(2)、膨胀机(3)、换热器(4)、冷凝器(8)、氢气加热器(9)、氢气加湿器(10)、水箱(11)、分水器(12)、空气加湿器(13)、燃料电池(14)、分水器(15)、空气加热器(16)、压缩机(17)。阳极供气管路：氢气由高压氢气罐(1)流出，依次流入各级膨胀系统，此案例采用二级膨胀系统；在各级膨胀系统中，氢气流入一级径流式膨胀机(3)膨胀降压，对外作功，流入一级风冷式换热器(4)释放冷量，对车内进行降温；再流入二级径流式膨胀机(3)膨胀降压，对外作功，再流入二级风冷式换热器(4)释放冷量，对车内进行降温；低压低温氢气流入热电阻氢气加热器(9)加热升温到70～80℃，流入膜氢气加湿器(10)加湿，流入燃料电池(15)阳极，完成电化学反应，对外输出电功，多余的氢气经过分水器(12)流回供气管路，水由分水器(12)排出车外；阴极供气管路：室外空气经过除杂过滤之后，经压缩机(17)压缩至0.4mpa左右，流入热电阻空气加热器(16)加热升温，再流入膜空气加湿器(13)加湿，最终流入燃料电池阴极，和氢气完成电化学反应，对外输出电功，多余的空气经过分水器(15)流过空气加热器，对入口空气进行初步加热，水经水泵流回循环水路。

如图6所示，氢燃料电池最佳工作温度在70～80℃，氢氧燃料电池是放热反应，为了维持最佳工作温度，需要对燃料电池进行冷却降温。冷却循环水管路：冷却水从水箱(11)流出，分成三条流路，一条流经氢气加湿器(10)，另一条流经空气加湿器(13)，对膜加湿器进行补水，还有一条流经燃料电池(14)吸收热量降低燃料电池的温度。

夏季，冷却水经冷凝器(8)，将燃料电池余热散发到空气中；冬季，冷却水经冷凝器(8)，将燃料电池余热散发到车内，对车内进行制热。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种氢燃料电池汽车高压氢气制冷装置，包括：高压氢气罐(1)和制冷系统(2)，所述制冷系统(2)包括一级或多级膨胀系统，每级膨胀系统包括一个膨胀机(3)和一个换热器(4)。高压氢气从高压氢气罐(1)流出，依次流入各级膨胀系统；在各级膨胀系统中，先经过膨胀机(3)降温降压，对外输出功，然后进入换热器(4)，当车内需要制冷时，为车内提供冷量，当车内不需制冷时，与环境或燃料电池冷却循环水进行热交换。本发明通过制冷系统(2)将高压氢气罐内的压力能回收利用，同时为驾驶舱提供冷量，提高能量利用率。

技术研发人员：那晓雨;康慧芳;韩恺;郑子阳
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2017.05.18
技术公布日：2017.08.22