[發(fā)明專利]基于高壓氫氣膨脹功和廢熱利用的氫內(nèi)燃動力車輛及方法

在審

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• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114407950A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張愔;梁建英;徐磊;焦京海;田慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中車青島四方機車車輛股份有限公司
• 主分類號: B61D27/00
• 分類號: B61D27/00;B61C5/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明為了解決氫內(nèi)燃動力車輛空調(diào)能耗問題，公開了一種基于高壓氫氣膨脹功和廢熱利用的氫內(nèi)燃動力車輛及方法，包括高壓儲氫系統(tǒng)、高壓氫氣制冷系統(tǒng)、氫內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)和牽引動力系統(tǒng)，所述的高壓氫氣減壓過程中產(chǎn)生的冷量提供給空調(diào)系統(tǒng)制冷，膨脹功可轉(zhuǎn)換為電能給動力電池補充電量，所述的氫內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣熱量提供給空調(diào)制熱系統(tǒng)。本發(fā)明一方面將車輛氫動力系統(tǒng)中的制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量應(yīng)用于車輛的空調(diào)制冷系統(tǒng)，另一方面將車輛氫動力系統(tǒng)中氫內(nèi)燃機產(chǎn)生的熱量應(yīng)用于車輛的空調(diào)制熱系統(tǒng)，對內(nèi)燃機廢熱和高壓氫氣膨脹功進行充分利用，大大降低了車輛中的空調(diào)能耗，提高車輛綜合能源利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氫內(nèi)燃動力車輛，具體涉及一種基于高壓氫氣膨脹功和廢熱利用的氫內(nèi)燃動力車輛。

背景技術(shù)

氫能作為一種清潔的二次能源，在車輛中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注，但是當氫作為燃料驅(qū)動內(nèi)燃車輛時，會產(chǎn)生很多多余的能量，如何合理利用這些多余的能量，進一步，降低車輛本身的能耗，目前還未有較好的解決的方案。高壓氣態(tài)儲氫是目前最常用的氫氣儲存形式。儲存在高壓罐中的高壓氫氣在進入用氫設(shè)備前，通常需要減壓至用氫設(shè)備所需的供氫壓力，而目前氫氣減壓過程中由于體積膨脹產(chǎn)生的膨脹功和冷量未得到合理利用。

在專利CN 106837529 B中公開了一種凈化環(huán)境空氣的氫能源汽車動力系統(tǒng)，但是其主要提出的是如何利用氫能源汽車的尾氣，減少污染，凈化空氣，并未關(guān)注到車輛動力系統(tǒng)內(nèi)部能量的利用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于高壓氫氣膨脹功和廢熱利用的氫內(nèi)燃動力車輛，本發(fā)明使用氫作為燃料驅(qū)動內(nèi)燃車輛，并對內(nèi)燃機、制動電阻廢熱和高壓氫氣膨脹功進行充分利用，為空調(diào)系統(tǒng)提供所需熱量或冷量，降低列車空調(diào)能耗，實現(xiàn)內(nèi)燃動力車輛清潔、高效運行。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明的實施例提供了一種基于高壓氫氣膨脹功和廢熱利用的氫內(nèi)燃動力車輛，包括高壓儲氫系統(tǒng)、高壓氫氣制冷系統(tǒng)、氫內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)和牽引動力系統(tǒng)，所述的高壓氫氣制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量被輸送給車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)進行制冷，所述的氫內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣熱量被輸送給空調(diào)制熱系統(tǒng)進行制熱。

進一步的技術(shù)方案，還包括動力電池和制動電阻，在車輛制動時，所述的氫內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)為動力電池供電，制動電阻吸收多余的能量，制動電阻產(chǎn)生的熱量提供給空調(diào)制熱系統(tǒng)。

作為進一步的技術(shù)方案，所述的制冷系統(tǒng)包括至少一組膨脹機和換熱器，高壓儲氫系統(tǒng)與膨脹機相連，膨脹機與換熱器相連。高壓氫氣通過所述的膨脹機時膨脹減壓，并對外輸出機械功。膨脹機與發(fā)電機相連，發(fā)電機將氣體膨脹功轉(zhuǎn)化為電能，并在需要時給動力電池充電。所述換熱器集成在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部，將高壓氫氣膨脹減壓過程中產(chǎn)生的冷量輸入給車輛空調(diào)的制冷系統(tǒng)，為車輛的空調(diào)系統(tǒng)提供冷量。

作為進一步的技術(shù)方案，所述的氫內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)包括燃氫內(nèi)燃機和發(fā)電機；經(jīng)制冷系統(tǒng)減壓的氫氣進入氫內(nèi)燃機內(nèi)燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能，并由發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能；所述的燃氫內(nèi)燃機產(chǎn)生的高溫廢氣經(jīng)換熱器提供給空調(diào)制熱系統(tǒng)。換熱器集成在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種基于高壓氫氣膨脹功和廢熱利用的氫內(nèi)燃動力車輛的制冷制熱控制方法，如下：

制冷模式下，空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)先從高壓氫氣制冷系統(tǒng)輸入冷量，鼓風(fēng)機將外部高溫空氣吸入冷端換熱器，高溫空氣在冷端換熱器中與低溫氫氣進行熱交換，并最終輸出低溫空氣，給車廂制冷；若高壓氫氣提供的冷量無法滿足制冷需求，空調(diào)制冷系統(tǒng)開啟，提供額外冷量；

制熱模式下，空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)先輸入氫內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱，鼓風(fēng)機將外部低溫空氣吸入熱端換熱器，低溫空氣在熱端換熱器中與廢熱進行熱交換，并最終輸出高溫空氣，給車廂制熱；若廢熱提供的熱量無法滿足制熱需求，空調(diào)加熱器開啟，提供額外熱量。

上述本發(fā)明的實施例的有益效果如下：