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)，當車內(nèi)需要制冷時，為車內(nèi)提供冷量，當車內(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，采用強制對流風冷式換熱器或者水冷式換熱器。采用強制對流風冷式換熱器，不需要增設管道，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計型式，應用范圍廣，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，完成電化學反應，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，和氫氣完成電化學反應，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，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。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供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)；在各級膨脹系統(tǒng)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)，當車內(nèi)需要制冷時，為車內(nèi)提供冷量，當車內(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。本發(fā)明通過制冷系統(tǒng)(2)將高壓氫氣罐內(nèi)的壓力能回收利用，同時為駕駛艙提供冷量，提高能量利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：那曉雨;康慧芳;韓愷;鄭子陽
受保護的技術(shù)使用者：北京理工大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.18
技術(shù)公布日：2017.08.22