一种燃料系统的制作方法

1.本技术涉及燃料技术领域，更具体地说，涉及一种燃料系统。


背景技术：

2.氢燃料、甲醇燃料等燃料逐渐应用在房车、轮船、不通电力的岛屿、牧场等场景中。但是，目前，在对上述这些燃料的利用中，这些燃料仅作为电力来源进行使用，燃料的利用率比较低。
3.综上所述，如何提高燃料的利用率，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的是提供一种燃料系统，用于提高燃料的利用率。
5.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
6.一种燃料系统，包括储存有燃料的燃料储存装置，与所述燃料储存装置相连并用于将所述燃料转换为电能的燃料电池系统，与所述燃料电池系统相连的第一热量利用单元，与所述燃料电池系统相连的第二热量利用单元，其中：
7.当所述燃料电池系统内部温度未达到设定温度时，所述燃料电池系统中的冷却液通过所述第一热量利用单元回流至所述燃料电池系统，以实现对所述燃料电池系统内部的升温；
8.当所述燃料电池系统内部温度达到所述设定温度后且外部有热量需求时，所述第二热量利用单元对经过自身的冷却液的热量进行回收。
9.优选的，所述第一热量利用单元包括第一电动水泵及第一电控三通阀，所述第一电动水泵的一端与所述燃料电池系统相连，所述第一电动水泵的另一端与所述第一电控三通阀的第一端相连，所述第一电控三通阀的第二端与所述燃料电池系统相连，所述第一电控三通阀的第三端与所述第二热量利用单元相连。
10.优选的，所述燃料系统还包括散热单元，所述散热单元包括第二电控三通阀及散热器，所述第二电控三通阀的第一端与所述第一电控三通阀的第三端相连，所述第二电控三通阀的第二端与所述散热器的一端相连，所述第二电控三通阀的第三端与所述第二热量利用单元相连，所述散热器的另一端与所述燃料电池系统相连；
11.当外部无热量需求时通过所述散热器对所述冷却液进行散热。
12.优选的，所述第二热量利用单元包括第一热交换器、高温水箱及第二电动水泵，所述第一热交换器的第一端与所述第二电控三通阀的第三端相连，所述第一热交换器的第二端与所述燃料电池系统相连，所述第一热交换器的第三端与所述高温水箱相连，所述第二电动水泵的一端与所述高温水箱相连，所述第二电动水泵的另一端与所述第一热交换器的第四端相连。
13.优选的，所述第二热量利用单元还包括用于对所述燃料电池系统的尾排进行热量回收的第二热交换器，所述第二热交换器与所述燃料电池系统、所述第一热交换器及所述
第二电动水泵相连。
14.优选的，所述燃料系统还包括与所述第二热交换器相连的气水分离器、与所述气水分离器相连的常温水箱；
15.所述气水分离器，用于对所述燃料电池系统尾排中经过所述第二热交换器换热后的气体和液体进行分离；
16.所述常温水箱，用于对所述气水分离器分离后的液体进行收集。
17.优选的，所述燃料系统还包括与所述高温水箱及所述常温水箱相连的第三电动水泵；
18.所述第三电动水泵，用于当所述高温水箱的液位低于第一设定位置且所述常温水箱的液位高于所述第二设定位置时，从所述常温水箱向所述高温水箱补水，当所述高温水箱的液位达到第三设定位置或所述常温水箱的液位低于第四设定位置时，停止从所述常温水箱向所述高温水箱补水。
19.优选的，所述燃料系统还包括与所述燃料电池系统相连的直流变压器、与所述直流变压器相连的储能装置、与所述储能装置相连的交直流转换器、与所述交直流转换器相连的用电设备。
20.优选的，所述燃料系统还包括与所述储能装置及所述直流变压器相连的电机驱动装置、与所述交直流转换器及所述用电设备相连的市电接口/快充接口。
21.优选的，所述燃料系统还包括与所述储存装置相连的流量控制阀及与所述流量控制阀相连的燃气灶。
22.本技术提供了一种燃料系统，包括储存有燃料的燃料储存装置，与燃料储存装置相连并用于将燃料转换为电能的燃料电池系统，与燃料电池系统相连的第一热量利用单元，与燃料电池系统相连的第二热量利用单元，其中：当燃料电池系统内部温度未达到设定温度时，燃料电池系统中的冷却液通过第一热量利用单元回流至燃料电池系统，以实现对燃料电池系统内部的升温；当燃料电池系统内部温度达到设定温度后且外部有热量需求时，第二热量利用单元对经过自身的冷却液的热量进行回收。
23.本技术公开的上述技术方案，设置与燃料电池系统相连的第一热量利用单元，并设置与燃料电池系统相连的第二热量利用单元。在燃料电池系统内部温度未达到设定温度时，燃料电池系统中的冷却液通过所设置的第一热量利用单元回流至燃料电池系统，以通过该回路使得燃料电池系统内部进行快速升温，从而提高燃料电池系统的发电效率，并通过对冷却液热量的利用而提高燃料的利用率。在燃料电池内部温度达到设定温度后且外部有热量需求时，所设置的第二热量利用单元可以对经过第二热量利用单元自身的冷却液的热量进行回收而满足热量需求，即实现对燃料电池系统余热的回收，以提高燃料的利用率，减少能量浪费，从而便于拓展燃料系统的使用功能。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本技术实施例提供的一种燃料系统的结构示意图。
具体实施方式
26.目前，燃料利用中，燃料仅作为电力来源使用，燃料的余热难以被利用，，造成能量的浪费，且导致燃料的利用率比较低。
27.为此，本技术提供一种燃料系统，用于减少能量的浪费，并提高燃料的利用率。
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
29.参见图1，其示出了本技术实施例提供的一种燃料系统的结构示意图，本技术实施例提供的一种燃料系统，可以包括储存有燃料的燃料储存装置1，与燃料储存装置1相连并用于将燃料转换为电能的燃料电池系统2，与燃料电池系统2相连的第一热量利用单元3，与燃料电池系统2相连的第二热量利用单元4，其中：
30.当燃料电池系统2内部温度未达到设定温度时，燃料电池系统2中的冷却液通过第一热量利用单元3回流至燃料电池系统2，以实现对燃料电池系统2内部的升温；
31.当燃料电池系统2内部温度达到设定温度后且外部有热量需求时，第二热量利用单元4对经过自身的冷却液的热量进行回收。
32.本技术所提供的燃料系统可以包括储存有燃料的燃料储存装置1、与燃料储存装置1相连的燃料电池系统2。燃料储存装置1具体可以为储存罐，且燃料储存装置1中的燃料具体可以为氢燃料或甲醇燃料或天然气等。其中，当燃料为甲醇燃料或者天然气时，本技术所提供的燃料系统还可以包括与燃料储存装置1及燃料电池系统2相连的重整装置，该重整装置用于将甲醇或天然气重整为氢燃料，以使得本技术所提供的燃料系统的最终燃料供应为氢燃料。燃料电池系统2是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。燃料储存装置1所输出的燃料可以输送到燃料电池系统2，并在燃料电池系统2中进行化学反应而生成电能，即实现将燃料的化学能转换为电能。
33.并且，本技术所提供的燃料系统还可以包括与燃料电池系统2相连的第一热量利用单元3，且该第一热量利用单元3在工作时可以与燃料电池系统2构成回路。具体地，第一热量利用单元3可以与燃料电池系统2的阴极相连。在燃料电池系统2工作初期，其内部温度较低，并未达到设定温度(该设定温度即为燃料电池系统2在正常工作时内部的温度，也即为燃料电池系统2内部对应的正常温度)，此时，所设置的第一热量利用单元3可以进行工作，并与燃料电池系统2构成回路(具体构成一个最小回路)。在此情况下，燃料电池系统2中的冷却液则可以经过第一热量利用单元3，然后再回流至燃料电池系统2。通过第一热量利用单元3与燃料电池系统2所构成的回路，可以实现对冷却液热量的利用，使得燃料电池系统2中的冷却液能够快速达到温度均匀，从而实现对燃料电池系统2内部的快速升温，以提高燃料电池系统2的发电效率。通过第一热量利用单元3可以实现对燃料电池系统2中冷却液热量的回收利用，以减少燃料电池系统2能量浪费，提高能量利用率和燃料利用率。
34.另外，本技术所提供的燃料系统还可以包括与燃料电池系统2相连的第二热量利用单元4。当燃料电池系统2内部温度达到设定温度后，第一热量利用单元3可以不再进行工
作。在燃料电池系统2内部温度达到设定温度后，若外部有热量需求，第二热量利用单元4可以进行工作，此时，燃料电池系统2中的冷却液可以经过第二热量利用单元4并回到燃料电池系统2。当冷却液经过第二热量利用单元4时，第二热量利用单元4可以对经过自身的冷却液的热量进行回收，以便于满足外的热量需求。也即在外部有热量需求时，可以通过第二热量利用单元4对冷却液的热量进行回收利用，以减少燃料电池系统2能量浪费，提高燃料利用率。
35.需要说明的是，上述提及的外部可以为燃料系统所处的外部环境，例如房车有热量需求(如房车在运行状态或无市电驻车且房车处于低soc状态下有生活热水、房车内取暖以及制冷等一种或多种需求，也即燃料电池系统2在房车中处于工作状态且房车有热量需求)，孤岛有热量需求，或牧场有热量需求等，也即燃料系统可以处于房车、孤岛、牧场等外部环境中。
36.本技术公开的上述技术方案，设置与燃料电池系统相连的第一热量利用单元，并设置与燃料电池系统相连的第二热量利用单元。在燃料电池系统内部温度未达到设定温度时，燃料电池系统中的冷却液通过所设置的第一热量利用单元回流至燃料电池系统，以通过该回路使得燃料电池系统内部进行快速升温，从而提高燃料电池系统的发电效率，并通过对冷却液热量的利用而提高燃料的利用率。在燃料电池内部温度达到设定温度后且外部有热量需求时，所设置的第二热量利用单元可以对经过第二热量利用单元自身的冷却液的热量进行回收而满足热量需求，即实现对燃料电池系统余热的回收，以提高燃料的利用率，减少能量浪费，从而便于拓展燃料系统的使用功能。
37.本技术实施例提供的一种燃料系统，第一热量利用单元3可以包括电动水泵及第一电控三通阀32，电动水泵的一端与燃料电池系统2相连，电动水泵的另一端与第一电控三通阀32的第一端相连，第一电控三通阀32的第二端与燃料电池系统2相连，第一电控三通阀32的第三端与第二热量利用单元4相连。
38.本技术所提供的第一热量利用单元3具体可以包括第一电动水泵31及第一电控三通阀32，其中，第一电动水泵31的一端与燃料电池系统2相连(具体可与燃料电池系统2的阴极相连)，第一电动水泵31的另一端与第一电控三通阀32的第一端相连，第一电控三通阀32的第二端与燃料电池系统2相连(具体可与燃料电池系统2的阴极相连)，第一电控三通阀32的第三端与第二热量利用单元4相连。
39.在燃料电池系统2工作初期，可以通过控制第一电控三通阀32，通过第一电动水泵31将冷却液直流回流至燃料电池系统2，形成最小的回路，实现燃料电池系统2的快速升温，以提高燃料电池系统2的发电效率。
40.本技术实施例提供的一种燃料系统，燃料系统还可以包括散热单元5，散热单元5可以包括第二电控三通阀51及散热器52，第二电控三通阀51的第一端与第一电控三通阀32的第三端相连，第二电控三通阀51的第二端与散热器52的一端相连，第二电控三通阀51的第三端与第二热量利用单元4相连，散热器52的另一端与燃料电池系统2相连；
41.当外部无热量需求时通过散热器52对冷却液进行散热。
42.本技术所提供的燃料系统还可以包括散热单元5，且该散热单元5与第一热量利用单元3及第二热量利用单元4相连。具体地，该散热单元5可以包括第二电控三通阀51及散热器52，其中，第二电控三通阀51的第一端与第一电控三通阀32的第三端相连，第二电控三通
阀51的第二端与散热器52的一端相连，第二电控三通阀51的第三端与第二热量利用单元4相连，散热器52的另一端与燃料电池系统2相连(具体可与燃料电池系统2的阴极相连)。
43.当燃料电池系统2内部温度达到设定温度后且外部无热量需求时，冷却液由第二电控三通阀51，通过散热器52散热后回流到燃料电池系统2，完成燃料电池系统2的散热，以避免过多热量对燃料电池系统2的运行造成影响。
44.本技术实施例提供的一种燃料系统，第二热量利用单元4可以包括第一热交换器41、高温水箱42及第二电动水泵43，第一热交换器41的第一端与第一电控三通阀32的第三端相连，第一热交换器41的第二端与燃料电池系统2相连，第一热交换器41的第三端与高温水箱42相连，第二电动水泵43的一端与高温水箱42相连，第二电动水泵43的另一端与第一热交换器41的第四端相连。
45.在本技术中，第二热量利用单元4具体可以包括第一热交换器41、高温水箱42及第二电动水泵43，其中，第一热交换器41的第一端与第二电控三通阀51的第三端相连，第一热交换器41的第二端与燃料电池系统2相连(具体可预燃料电池系统2的阴极相连)，第一热交换器41的第三端与高温水箱42相连，第二电控水泵的一端与高温水箱42相连，第二电控水泵的另一端与第一热交换器41的第四端相连。
46.当外部有热量需求时，冷却液由第二电控三通阀51，通过第一热交换器41换热，将燃料电池系统2的热量回收至高温水箱42。具体地，冷却液由第一电动水泵31、第一电控三通阀32、第二电控三通阀51及第一热交换器41回到燃料电池系统2，高温水箱42中的水经过第二电动水泵43及第一热交换器41回到高温水箱42。在此过程中，利用第一热交换器41将冷却液中的热量回收到经过自身的水中而使得水的温度升高，并回到高温水箱42中，以完成将燃料电池系统2的热量回收到高温水箱42中而给高温水箱42内的水进行加热。其中，高温水箱42可具有保温功能，以对高温水进行保温。
47.另外，高温水箱42可以连接有吸收式制冷机和/或暖气片，以使得吸收式制冷机利用高温水箱42中的水进行制冷，使得暖气片利用高温水箱42中的水为封闭空间如乘客舱进行供暖。或者，高温水箱42中的水也可以用作生活用水等。由前述可知，本技术所提供的燃料系统可以实现冷电、热电或冷热电联供，以使得燃料系统可以应用于多种应用场景，有效提升生活方便性。
48.通过上述可知，本技术利用第二热量利用单元4将燃料电池系统2中的热量回收到高温水箱42中而便于被外部所利用，而不再仅仅只对燃料所转换成的电能进行利用，因此，可以减少燃料电池系统2能量的浪费，提高燃料的利用率。
49.本技术实施例提供的一种燃料系统，第二热量利用单元4还可以包括用于对燃料电池系统2的尾排进行热量回收的第二热交换器6，第二热交换器6与燃料电池系统2、第一热交换器41及第二电动水泵43相连。
50.在本技术中，第二热量利用单元4还可以包括与燃料电池系统2、第一热交换器41及第二电动水泵43相连的第二热交换器6(其具体可以与燃料电池系统2的阴极相连)。该第二热交换器6可以对燃料电池系统2阴极尾排进行热量回收，具体可将尾排中的热量回收到高温水箱42中，以进一步减少热量的浪费，提高燃料利用率。
51.其中，第二热交换器6的第一端具体可以与第一热交换器41的第四端相连，第二端具体可以与燃料电池系统2相连，第三端具体可以与第二电动水泵43的一端相连。第二热交
换器6可以接收燃料电池系统2的尾排，并且，与第二电动水泵43相连的高温水箱42中的水可以经过第二电动水泵43、第二热交换器6、第一热交换器41回到高温水箱42。在此过程中，第二热交换器6可以对尾排中的热量进行换热，以将尾排中的热量回收到高温水箱42，也即燃料电池系统2尾排中的热量可以由第二热交换器6进行回收，和第一热交换器41一起给高温水箱42内的水进行加热。
52.通过设置第二热交换器6可以实现对燃料电池系统2尾排中热量的回收利用，以进一步减少燃料电池系统2对能量的浪费，提高燃料利用率。
53.本技术实施例提供的一种燃料系统，燃料系统还可以包括与第二热交换器6相连的气水分离器7、与气水分离器7相连的常温水箱8；
54.气水分离器7，用于对燃料电池系统2尾排中经过第二热交换器6换热后的气体和液体进行分离；
55.常温水箱8，用于对气水分离器7分离后的液体进行收集。
56.在本技术中，考虑到燃料电池系统2尾排包括高温高湿气体和高温液态水(若燃料是甲醇，则尾排还包括二氧化碳)，在经过第二热交换器6对尾排中的热量进行回收后，尾排的温度会降低，此时，高温高湿气体会发生冷凝。因此，本技术所提供的燃料系统还可以包括与第二热交换器6相连的气水分离器7以及与气水分离器7相连的常温水箱8，以利用气水分离器7和常温水箱8实现对尾排中的液态水、冷凝水进行回收。气水分离器7具体可以与第二热交换器6的第四端相连，用于对燃料电池系统2尾排中经过第二热交换器6换热后的气体和液体(即液体水)进行分离，由此可知，气水分离器7的设置可以提高燃料电池系统2尾排中水的回收率。
57.常温水箱8与气水分离器7相连，用于对气水分离器7分离出来的液体进行收集储存。其中，常温水箱8具体可以带有净化装置，以利用净化装置对气水分离器7分离出来的液体进行净化，并对净化后的液体进行收集储存，以使得常温水箱8所收集储存的液体能够作为生活用水使用(例如洗漱、做饭等日常使用)。当然，常温水箱8中的水也可以和高温水箱42中的水在一定比例下进行掺混，以用来洗浴等生活使用。需要说明的是，常温水箱8还可以包括补水接口(该补水接口还可以具有净化过滤功能)，以便于通过补水接口向常温水箱8进行补水，从而满足生活用水需求等。
58.通过上述可知，通过设置气水分离器7和常温水箱8可以实现对燃料电池系统2尾排中的水的回收利用，以减少燃料电池系统2资源浪费，提高燃料利用率。
59.本技术实施例提供的一种燃料系统，燃料系统还可以包括与高温水箱42及常温水箱8相连的第三电动水泵9；
60.第三电动水泵9，用于当高温水箱42的液位低于第一设定位置且常温水箱8的液位高于第二设定位置时，从常温水箱8向高温水箱42补水，当高温水箱42的液位达到第三设定位置或常温水箱8的液位低于第四设定位置时，停止从常温水箱8向高温水箱42补水。
61.本技术所提供的燃料系统还可以包括与高温水箱42及常温水箱8相连的第三电动水泵9。其中，高温水箱42以及常温水箱8中均可以设置有液位传感器，这两个液位传感器可以与第三电动水泵9相连。
62.当高温水箱42的液位低于第一设定位置且常温水箱8的液位高于第二设定位置时，第三电动水泵9进行启动，并从常温水箱8向高温水箱42进行补水。当高温水箱42的液位
达到第三设定位置(第三设定位置高于第一预设位置)或者常温水箱8的液位低于第四设定位置(第四设定位置低于第二设定位置)，则第三电动水泵9停止从常温水箱8向高温水箱42补水。其中，第一设定位置、第二设定位置、第三设定位置及第四设定位置均可以是由相关人员根据实际需求而进行设定的。
63.通过上述方式可以实现自动对高温水箱42进行补水，且在对高温水箱42进行自动补水时具体可以从常温水箱8向高温水箱42进行补充，且上述补水条件的设置可以既使得高温水箱42内有水，也可以使得常温水箱8内有水，以满足外部对于高温水箱42、常温水箱8的用水需求。
64.当然，也可以设置其他补水条件(例如高温水箱42的液位低于第一设定位置，或者常温水箱8的液位高于第二设定位置)，并在满足所设定的补水条件后，第三电动水泵9启动，以将常温水箱8的水泵入到高温水箱42中，并在满足所设定的停止补水条件后停止将常温水箱8内的水泵入到高温水箱42中。
65.本技术实施例提供的一种燃料系统，燃料系统还可以包括与燃料电池系统2相连的直流变压器10、与直流变压器10相连的储能装置11、与储能装置11相连的交直流转换器12、与交直流转换器12相连的用电设备13。
66.本技术所提供的燃料系统还可可以包括与燃料电池系统2相连的直流变压器10、与直流变压器10相连的储能装置11(具体可以为锂电池、超级电容等)、与储能装置11相连的交直流转换器12(具体可以进行交流到直流的转换、直流到交流的转换)、与交直流转换器12相连的用电设备13(如空调、冰箱、热水器、电磁炉、电视机、影音设备、电脑、手机等)。
67.燃料电池系统2输出直流电，其输出的电能经由直流变压器10进行调压后对储能装置11进行充电。储能装置11所储存的电能可以经由交直流转换器12转换为220v交流电后，以用来给用电设备13进行供电。当然，如果用电设备13使用的是380v交流电，则交直流转换器12也可以将储能装置11所储存的电能转换为380v交流电后再为用电设备13进行供电。
68.通过上述方式可以实现对燃料系统所发送电能的储存，且使得燃料系统可以为用电设备13进行电能供应，以使得本技术所提供的燃料系统能够更好地应用在岛屿、牧场、轮船等应用场景。
69.本技术实施例提供的一种燃料系统，燃料系统还可以包括与储能装置11及直流变压器10相连的电机驱动装置14、与交直流转换器12相连的市电接口/快充接口15。
70.当将本技术所提供的燃料系统应用在房车、轮船等运行设备上时，则本技术所提供的燃料系统还可以包括与储存装置及直流变压器10相连的电机驱动装置14、与交直流转换器12相连的市电接口/快充接口15。
71.直流变压器10调压后的电能可以供给电机驱动装置14，或者储能装置11所储存的电能可以供给电机驱动装置14，或者直流变压器10调压后的电能及储存装置所储存的电能可以一起供给电机驱动装置14，以使得电机驱动装置14驱动房车、轮船等运行设备进行运行，即实现将本技术所提供的燃料系统作为运行设备的动力源。
72.市电接口/快充接口15可以用来外接220v或380v交流电，以为用电设备13供电，也可以经过交流转换器转换后用来给储能装置11进行充电，以在有市电的情况下能够利用市电给运行设备进行充电。
73.本技术实施例提供的一种燃料系统，燃料系统还可以包括与储存装置相连的流量控制阀16及与流量控制阀16相连的燃气灶17。
74.本技术所提供的燃料系统还可以包括与储存装置相连的流量控制阀16及与流量控制阀16相连的燃气灶17。在此情况下，储存装置所储存的燃料可以通过流量控制阀16对燃料流量进行控制，且流量控制后的燃料可以进入燃气灶17进行烹饪，以满足生活中的日常烹饪需求。其中，燃气灶17具体可以为外置式燃气灶，以提高燃料使用的安全性。
75.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本技术实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
76.对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。