[發(fā)明專利]氫內(nèi)燃機(jī)汽車高壓儲氫罐壓力能回收裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710411416.6
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN108979771A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康慧芳;那曉雨;孫柏剛;李程
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00;F01K25/08;F01K7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種氫內(nèi)燃機(jī)汽車高壓儲氫罐壓力能回收裝置，包括：高壓氫氣罐(1)和壓力能回收系統(tǒng)(2)，所述壓力能回收系統(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(gè)膨脹機(jī)(3)和一個(gè)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(jī)(3)降溫降壓，對外輸出功，然后流入換熱器(4)吸收熱量，提高其工作溫度使其膨脹過程接近等溫過程輸出更多的膨脹功。本發(fā)明通過壓力能回收系統(tǒng)(2)將高壓氫氣罐內(nèi)的壓力能回收利用，提高能量利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氫能源車用能量回收裝置，特別涉及一種高壓儲氫罐的壓力 能回收裝置。

背景技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)問世一百多年來，人們?yōu)榱搜兄瞥黾冉?jīng)濟(jì)又環(huán)保的發(fā)動機(jī)做了不 懈的努力，取得了巨大的成就。目前汽車的能源消費(fèi)占世界能源消費(fèi)總量的四分 之一，未來幾十年內(nèi)汽車的數(shù)量還會繼續(xù)增加，必將導(dǎo)致石油資源的短缺。另外 以石油為原料制得的汽油和柴油在燃燒時(shí)會產(chǎn)生CO、HC和CO2，對人類生存 的環(huán)境造成極大的危害。現(xiàn)在人們已經(jīng)成功地將氫、液化石油氣(LPG)、壓縮 天然氣(CNG)、乙醇、二甲醚等代用燃料應(yīng)用到了發(fā)動機(jī)上。氫氣由于具有發(fā) 熱量大、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁⒅鸾缦迣挕Ⅻc(diǎn)火能量小、污染小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是 最具前景的汽車發(fā)動機(jī)代用燃料。

氫氣作為氫內(nèi)燃機(jī)汽車的燃料，需要在車內(nèi)進(jìn)行儲存。常用的儲氫方式有高 壓氣態(tài)儲氫、液化儲氫、金屬氫化物儲氫、活性炭儲氫、納米碳管儲氫等，其中 最常用的儲氫方式是高壓氣態(tài)儲氫。由于氫氣是世界上已知密度最小的氣體，需 要對其進(jìn)行壓縮來滿足汽車行駛要求。國外儲氫壓力已達(dá)到70Mpa，國內(nèi)儲氫壓 力已發(fā)展到35Mpa。傳統(tǒng)燃油汽車的燃料無需壓縮可以直接儲存在車內(nèi)，而氫內(nèi) 燃機(jī)汽車需要將氫氣壓縮后再儲存，壓縮氫氣的過程需要消耗大量的功。事實(shí)上， 壓縮氫氣所消耗的壓縮功并沒有消失，而是以壓力能形式儲存在高壓氣瓶中。但 是，已有的氫內(nèi)燃機(jī)汽車中高壓氫氣經(jīng)過節(jié)流閥或者噴射器進(jìn)行降壓，該過程中 儲存在高壓氣瓶中的壓力能完全浪費(fèi)了，造成了能源的極度浪費(fèi)。為此，本發(fā)明 專利提出在氫內(nèi)燃機(jī)汽車中采用壓力能回收系統(tǒng)將高壓氫氣罐內(nèi)的壓力能回收 利用，提高能量利用效率。

如圖1所示，由膨脹機(jī)工作原理可知，可逆等溫過程所做膨脹功最多， 可逆絕熱膨脹做功最少，可逆多變過程介于二者之間，并且隨著多變指數(shù)n的減 小而增大，所以使過程接近于等溫過程最為有利。如圖2所示，為了使實(shí)際過程 膨脹機(jī)盡可能多的輸出膨脹功，常采用多級膨脹中間再熱的方式，分級越多，越 接近等溫過程，則可以做出越多的功。實(shí)際上，分級不宜太多，否則機(jī)械復(fù)雜， 機(jī)械損失和流動阻力等不可逆損失隨之增大，一般最多四級。如圖3所示，多級 膨脹級間再熱過程中，當(dāng)膨脹機(jī)出口溫度為T2，采用溫度高于T2的補(bǔ)熱方式， 再熱溫度超過T2達(dá)到T1，由圖可以看出，采用再熱溫度越高，做得功越多，因此，在壓力能回收系統(tǒng)中，可進(jìn)一步采用溫度高于環(huán)境溫度的循環(huán)水進(jìn)行中間補(bǔ) 熱，回收更多的壓力能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高壓氫氣罐的壓力 能回收裝置，提高氫內(nèi)燃機(jī)汽車的整車能量利用效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種氫內(nèi)燃機(jī)汽車高壓儲氫罐壓力能回收裝置， 包括：高壓氫氣罐(1)和壓力能回收系統(tǒng)(2)，所述壓力能回收系統(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(gè)膨脹機(jī)(3)和一個(gè)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(jī)(3)降溫降壓，對外輸出功，然后流入換熱器(4)吸熱升溫，提 高其工作溫度使其膨脹過程接近等溫過程輸出更多的膨脹功。

所述膨脹機(jī)為軸流式膨脹機(jī)、徑流式膨脹機(jī)、徑軸流式膨脹機(jī)、渦旋式 膨脹機(jī)、螺桿式膨脹機(jī)或活塞式膨脹機(jī)。膨脹機(jī)起到降低氫氣壓力的作用，同時(shí) 回收了高壓氫氣的壓力能，對外輸出功，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)節(jié)流閥降壓的能量浪費(fèi)。