本發(fā)明涉及氫內(nèi)燃機(jī)儲氫加壓，尤其是涉及一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、按照國際能源署(iea)在《2023年碳排放報告》中的數(shù)據(jù)，2023年我國的co2排放當(dāng)量達(dá)126億噸，較2022年增加了4.13％，是迄今為止全球最大的增幅。為實現(xiàn)我國2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”的雙碳目標(biāo)，氫能作為高熱值且清潔無污染的清潔能源的使用顯得尤為重要。在氫內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，目前大多采用高壓缸內(nèi)直噴的工作模式以獲得較高的升功率與效率，而缸內(nèi)直噴則對氫氣的噴射壓力提出了更強(qiáng)的要求。在車載儲氫瓶中，若采用目前最新的iv型高壓儲氫瓶，其儲氫壓力為70mpa、容積為125l，隨著儲氫瓶內(nèi)氫氣的使用，瓶內(nèi)壓力的降低，而氫內(nèi)燃機(jī)則需要氫氣的噴射壓力大于氫氣噴嘴工作壓力才可以滿足缸內(nèi)直噴的需求，當(dāng)瓶內(nèi)壓力降低至氫氣噴嘴工作壓力以下時，一方面會產(chǎn)生剩余氫氣無法充分利用的浪費現(xiàn)象，另一方面也限制了氫內(nèi)燃機(jī)汽車的續(xù)航里程。

2、因此本發(fā)明提出了一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置及方法，設(shè)置了低壓通路，充分利用儲氫瓶中低壓的氫氣，提高了氫氣利用率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，包括供氣裝置、第一壓力傳感器、控制器、高壓通路、低壓通路、單向閥、第二減壓閥、第一氣缸和第二氣缸，所述供氣裝置設(shè)置在所述第一壓力傳感器的一端，所述控制器與所述第一壓力傳感器相連，所述高壓通路和所述低壓通路分別與所述供氣裝置相連，且所述高壓通路和所述低壓通路均與所述控制器相連接，所述第一氣缸和所述第二氣缸設(shè)置在所述高壓通路遠(yuǎn)離所述供氣裝置一端的兩側(cè)，所述第二氣缸還與所述低壓通路遠(yuǎn)離所述供氣裝置的一端相連，所述單向閥設(shè)置在所述第二氣缸遠(yuǎn)離所述低壓通路的一側(cè)，所述第二減壓閥設(shè)置在所述單向閥遠(yuǎn)離所述第二氣缸的一側(cè)，并且所述第二減壓閥遠(yuǎn)離所述單向閥的一側(cè)與所述高壓通路相連。

3、優(yōu)選的，所述供氣裝置包括儲氫瓶和第一閥門，所述第一閥門設(shè)置在所述第一壓力傳感器的一端，所述儲氫瓶設(shè)置在的所述第一閥門遠(yuǎn)離所述第一壓力傳感器的一端。

4、優(yōu)選的，所述高壓通路和所述低壓通路分別與所述第一閥門遠(yuǎn)離所述儲氫瓶的一側(cè)連，且所述高壓通路和所述低壓通路屬于獨立并行通路。

5、優(yōu)選的，所述高壓通路包括第二閥門、第一減壓閥、高壓氣路、主氫軌、第二壓力傳感器、第一高壓噴嘴和第二高壓噴嘴，所述第二閥門與所述第一閥門相連，所述第一減壓閥與所述第二閥門遠(yuǎn)離所述第一閥門的一端相連，所述高壓氣路設(shè)置在所述第一減壓閥遠(yuǎn)離所述第二閥門的一側(cè)，所述主氫軌與所述高壓氣路遠(yuǎn)離所述第一減壓閥的一端相連，所述第一高壓噴嘴和所述第二高壓噴嘴對稱設(shè)置在所述主氫軌的兩側(cè)，所述第二壓力傳感器與所述主氫軌連接，且所述第二壓力傳感器用于監(jiān)測經(jīng)由減壓閥調(diào)壓之后管道內(nèi)的壓力。

6、優(yōu)選的，所述第一高壓噴嘴的噴頭與所述第一氣缸相連，所述第二高壓噴嘴的噴頭與所述第二氣缸相連。

7、優(yōu)選的，所述低壓通路包括第三閥門、低壓氣路、副氫軌和低壓噴嘴，所述第三閥門與所述第一閥門相連接，所述低壓氣路與所述第三閥門遠(yuǎn)離所述第一閥門的一端相連，所述副氫軌設(shè)置在所述低壓氣路遠(yuǎn)離所述第三閥門的一端，所述低壓噴嘴設(shè)置在所述副氫軌遠(yuǎn)離所述低壓氣路的一側(cè)，且與所述第二氣缸相連接。

8、優(yōu)選的，所述第二閥門和所述第三閥門均受到所述控制器的控制。

9、優(yōu)選的，所述第一壓力傳感器與所述控制器電聯(lián)接，所述控制器與所述第二閥門和所述第三閥門之間也是電聯(lián)接，除此之外的所述其他結(jié)構(gòu)均通過氫氣管道相互連接。

10、本發(fā)明還提供了一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓方法，包括以下步驟：

11、步驟1、啟動內(nèi)燃機(jī)，設(shè)置第一高壓噴嘴、第二高壓噴嘴和低壓噴嘴的工作壓力數(shù)值；

12、步驟2、當(dāng)內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后，讀取第一壓力傳感器的數(shù)值；

13、步驟3、判斷第一壓力傳感器的數(shù)值屬于高壓狀態(tài)還是低壓狀態(tài)；

14、步驟4、若當(dāng)前為高壓狀態(tài)，則打開第二閥門，關(guān)閉第三閥門，通過高壓通路向氣缸供氣，燃燒做功；否則打開第三閥門，關(guān)閉第二閥門，低壓通路向第二氣缸供氣，加壓后進(jìn)入第一氣缸燃燒做功。

15、優(yōu)選的，步驟4中向氣缸供氣，燃燒做功的具體步驟如下：

16、s41、當(dāng)?shù)诙y門打開，第三閥門關(guān)閉時，高壓氫氣通過第一減壓閥調(diào)壓后流入主氫軌；

17、s42、流入主氫軌的氫氣通過第一高壓噴嘴和第二高壓噴嘴分別流入第一氣缸和第二氣缸燃燒做功；

18、s43、當(dāng)通過第一壓力傳感器檢測到數(shù)值為低壓狀態(tài)時，關(guān)閉第二閥門，打開第三閥門，低壓氫氣通過低壓氣路流入副氫軌；

19、s44、流入副氫軌的氫氣通過低壓噴嘴進(jìn)入第二氣缸加壓；

20、s45、加壓后的氫氣通過單向閥和第二減壓閥的調(diào)壓后流入主氫軌，通過第一高壓噴嘴流入第一氣缸燃燒做功。

21、因此，本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置及方法，利用壓力傳感器和控制器控制高壓通路和低壓通路的狀態(tài)，提高了氫氣的利用效率，同時實現(xiàn)了自動化的控制。

22、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：包括供氣裝置、第一壓力傳感器、控制器、高壓通路、低壓通路、單向閥、第二減壓閥、第一氣缸和第二氣缸，所述供氣裝置設(shè)置在所述第一壓力傳感器的一端，所述控制器與所述第一壓力傳感器相連，所述高壓通路和所述低壓通路分別與所述供氣裝置相連，且所述高壓通路和所述低壓通路均與所述控制器相連接，所述第一氣缸和所述第二氣缸設(shè)置在所述高壓通路遠(yuǎn)離所述供氣裝置一端的兩側(cè)，所述第二氣缸還與所述低壓通路遠(yuǎn)離所述供氣裝置的一端相連，所述單向閥設(shè)置在所述第二氣缸遠(yuǎn)離所述低壓通路的一側(cè)，所述第二減壓閥設(shè)置在所述單向閥遠(yuǎn)離所述第二氣缸的一側(cè)，并且所述第二減壓閥遠(yuǎn)離所述單向閥的一側(cè)與所述高壓通路相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：所述供氣裝置包括儲氫瓶和第一閥門，所述第一閥門設(shè)置在所述第一壓力傳感器的一端，所述儲氫瓶設(shè)置在的所述第一閥門遠(yuǎn)離所述第一壓力傳感器的一端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：所述高壓通路和所述低壓通路分別與所述第一閥門遠(yuǎn)離所述儲氫瓶的一側(cè)連，且所述高壓通路和所述低壓通路屬于獨立并行通路。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：所述高壓通路包括第二閥門、第一減壓閥、高壓氣路、主氫軌、第二壓力傳感器、第一高壓噴嘴和第二高壓噴嘴，所述第二閥門與所述第一閥門相連，所述第一減壓閥與所述第二閥門遠(yuǎn)離所述第一閥門的一端相連，所述高壓氣路設(shè)置在所述第一減壓閥遠(yuǎn)離所述第二閥門的一側(cè)，所述主氫軌與所述高壓氣路遠(yuǎn)離所述第一減壓閥的一端相連，所述第一高壓噴嘴和所述第二高壓噴嘴對稱設(shè)置在所述主氫軌的兩側(cè)，所述第二壓力傳感器與所述主氫軌連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：所述第一高壓噴嘴的噴頭與所述第一氣缸相連，所述第二高壓噴嘴的噴頭與所述第二氣缸相連。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：所述低壓通路包括第三閥門、低壓氣路、副氫軌和低壓噴嘴，所述第三閥門與所述第一閥門相連接，所述低壓氣路與所述第三閥門遠(yuǎn)離所述第一閥門的一端相連，所述副氫軌設(shè)置在所述低壓氣路遠(yuǎn)離所述第三閥門的一端，所述低壓噴嘴設(shè)置在所述副氫軌遠(yuǎn)離所述低壓氣路的一側(cè)，且與所述第二氣缸相連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：所述第二閥門和所述第三閥門均受到所述控制器的控制。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置，其特征在于：所述第一壓力傳感器與所述控制器電聯(lián)接，所述控制器與所述第二閥門和所述第三閥門之間也是電聯(lián)接。

9.一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓方法，其特征在于，步驟4中向氣缸供氣，燃燒做功的具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于氣態(tài)高壓儲氫的氫氣加壓裝置及方法，屬于氫內(nèi)燃機(jī)儲氫加壓技術(shù)領(lǐng)域，供氣裝置設(shè)置在第一壓力傳感器的一端；控制器與第一壓力傳感器相連；高壓通路和低壓通路分別與供氣裝置相連，且均與控制器連接；第一氣缸和第二氣缸設(shè)置在高壓通路遠(yuǎn)離供氣裝置一端的兩側(cè)，且第二氣缸還與低壓通路遠(yuǎn)離供氣裝置的一端相連；單向閥設(shè)置在第二氣缸遠(yuǎn)離所述低壓通路的一側(cè)，第二減壓閥設(shè)置在單向閥遠(yuǎn)離第二氣缸的一側(cè)，并且第二減壓閥遠(yuǎn)離單向閥的一側(cè)與高壓通路相連；使用控制器來控制高壓通路和低壓通路的開關(guān)狀態(tài)，控制氫氣進(jìn)入氣缸燃燒做功；本發(fā)明顯著提高了氫氣的利用效率，同時使用了壓力傳感器和控制器實現(xiàn)了自動化控制。

技術(shù)研發(fā)人員：陳澤宇,孫柏剛,羅慶賀,胡龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6