1.本实用新型涉及氢能源汽车技术领域，特别涉及氢能源汽车氢气加热系统。
背景技术：2.氢能源汽车的氢燃料电池正常工作温度在65℃以上，每次开机工作都要使用电加热器加热氢燃料电池内部的循环水，以此使氢燃料电池快速达到工作温度。在天气寒冷时，加热的功率巨大，需要消耗非常多的电能。
技术实现要素：3.本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
4.为此，本实用新型的一个目的在于提出氢能源汽车氢气加热系统，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。
5.为了实现上述目的，本实用新型一方面的实施例提供一种氢能源汽车氢气加热系统，包括氢气罐、空气泵、燃料电池系统、尾气处理装置和风冷机组，所述氢气罐和空气泵分别通过进气管与燃料电池系统连接，所述尾气处理装置通过排气管与燃料电池系统连接，所述尾气处理装置上连接有第一进水管、第一出水管，所述风冷机组上连接有第二进水管、第二出水管，所述燃料电池系统、第一进水管、第一出水管与尾气处理装置之间形成加热循环回路，所述燃料电池系统、第二进水管、第二出水管与风冷机组之间形成冷却循环回路，所述氢气罐通过补气管与尾气处理装置连接。
6.优选的是，所述燃料电池系统上设有进气口、排气口、进水口和出水口，所述进气管与进气口连接，所述排气管的一端与排气口连接，所述第一进水管和第二进水管分别与所述进水口连接，所述第一出水管和第二出水管分别与所述出水口连接。
7.由上述任一方案优选的是，所述尾气处理装置包括壳体，所述壳体内设有盘管，所述壳体设有废气入口、出气口和补气口，所述废气入口与排气管的另一端连接，所述盘管的一端与第一进水管连接，所述盘管的另一端与第一出水管连接，所述补气口与补气管连接，所述壳体内填充有催化剂。
8.由上述任一方案优选的是，还包括中间水箱，所述第一进水管、第一出水管、第二出水管分别与所述中间水箱连接。
9.由上述任一方案优选的是，还包括冷水箱，所述冷水箱设于第二进水管上或所述冷水箱通过补水管与燃料电池系统连接。
10.由上述任一方案优选的是，所述尾气处理装置和燃料电池系统内分别设有温度传感器。
11.由上述任一方案优选的是，所述补气管上自氢气罐与尾气处理装置之间依次设有电磁阀、引射器、比例调节阀。
12.与现有技术相比，本实用新型所具有的优点和有益效果为：
13.通过设置尾气处理装置，并利用催化反应原理，对经燃料电池系统所排出的含氢
废气在催化剂的作用下发生氧化反应生成水，达到去除尾气中氢气的目的。
14.同时，充分利用氧化反应所产生热量，对燃料电池系统实现加热以及对其他负载进行加热，实现对热量的充分利用，节约能源。而且，由氢气在催化剂的作用下氧化发热，氢气的化学能到热能的转化效率在95％以上，而现有采用电加热燃料电池系统，由氢气的化学能转化电能的理论效率在60％(实际值更低)。
15.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
16.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1为根据本实用新型实施例1氢能源汽车氢气加热系统的工作原理图；
18.图2为根据本实用新型实施例2氢能源汽车氢气加热系统的工作原理图；
19.图3为根据本实用新型实施例3氢能源汽车氢气加热系统的工作原理图；
20.图4为根据本实用新型实施例1氢能源汽车氢气加热系统中尾气处理装置的立体图；
21.图5为根据本实用新型实施例1氢能源汽车氢气加热系统中尾气处理装置的剖视图；
22.其中：1、燃料电池系统；2、尾气处理装置；21、壳体；22、补气口；23、废气入口；24、出气口；25、盘管；3、风冷机组；4、冷水箱；5、中间水箱；6、温度传感器；7、补气管；8、第一进水管；9、第一出水管；10、第二进水管；11、第二出水管；12、补水管。
具体实施方式
23.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
24.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.实施例1
26.如图1所示，本实用新型实施例的一种氢能源汽车氢气加热系统，包括氢气罐、空气泵、燃料电池系统1、尾气处理装置2和风冷机组3，氢气罐和空气泵分别通过进气管与燃料电池系统1连接，尾气处理装置2通过排气管与燃料电池系统1连接，尾气处理装置2上连接有第一进水管8、第一出水管9，风冷机组3上连接有第二进水管10、第二出水管11，燃料电池系统1、第一进水管8、第一出水管9与尾气处理装置2之间形成加热循环回路，燃料电池系统1、第二进水管10、第二出水管11与风冷机组3之间形成冷却循环回路，氢气罐通过补气管
7与尾气处理装置2连接。
27.补气管7上自氢气罐与尾气处理装置2之间依次设有电磁阀、引射器，在引射器作用，氢气有较高流速，同时由于虹吸作用空气会一起进入尾气处理装置2。
28.燃料电池系统1上设有进气口、排气口、进水口和出水口，进气管与进气口连接，排气管的一端与排气口连接，第一进水管8和第二进水管10分别与进水口连接，第一出水管9和第二出水管11分别与出水口连接。
29.尾气处理装置2包括壳体21，壳体21内设有盘管25，壳体21设有废气入口23、出气口24和补气口22，废气入口23与排气管的另一端连接，盘管25的一端与第一进水管8连接，盘管25的另一端与第一出水管9连接，补气口22与补气管7连接，壳体21内填充有催化剂。其中，盘管25为螺旋盘管，催化剂选用纳米金属粉末(金属材料包括但不限于铂、铜)。
30.尾气处理装置2的工作原理：排出的含氢废气经过壳体21内部时，氢气和氧气在催化剂的作用下发生氧化反应生成水，并产生热量，达到去除尾气中氢气的目的。其中，由于催化反应放热，氧化所生成的水大部分为气态，并同不含氢废气从出气口24排出。
31.通过采用催化剂，使氢气和氧气的反应温度阈值被降低到室温(氢气和空气正常情况下需要500度以上才会开始反应，也就是常说的点燃)。
32.本实施例的氢能源汽车氢气加热系统工作分为两个阶段，包括开机预热阶段和正常工作阶段。
33.开机预热阶段：氢气和氧气通过补气管7路输送至尾气处理装置2，氢气和氧气在尾气处理装置2内发生催化反应，并放热，同时，燃料电池系统1内部的循环水输送至尾气处理装置2内，吸收热量后再输送至燃料电池系统1内，实现对燃料电池系统1的加热，使燃料电池系统1达到工作温度。
34.正常工作阶段：氢气罐和空气泵分别将氢气和氧气输送至燃料电池系统1，燃料电池系统1反应后所排出的含氢废气进入尾气处理装置2，其中，含氢废气中包含氧气，氢气和氧气在尾气处理装置2内发生催化反应，排出不含氢废气，实现对燃料电池系统1所排出含氢废气的脱氢处理。
35.燃料电池系统1在初始工作阶段需要吸热，以保证燃料电池系统1的工作温度，此时，燃料电池系统1内部的循环水输送至尾气处理装置2内，吸收尾气处理装置2在对含氢废气处理时所产生的热量。
36.燃料电池系统1在工作一段时间后需要放热，避免燃料电池系统1工作温度过高，此时，燃料电池系统1内部的循环水吸收工作所产生的热量后输送至风冷机组3，对循环水进行冷却后再输送至燃料电池系统1，吸收燃料电池系统1工作所产生的热量，保证燃料电池系统1的正常工作。
37.还包括冷水箱4，冷水箱4通过补水管12与燃料电池系统1连接。冷水箱4以实现对燃料电池系统1内部循环水的补充。
38.尾气处理装置2和燃料电池系统1内分别设有温度传感器6。温度传感器6以分别实时监测尾气处理装置2和燃料电池系统1的工作温度，使氢能源汽车氢气加热系统的工作状态根据实时监测的工作温度而定。
39.具体的，当尾气处理装置2所释放的热量不够，即温度低于设定温度时，可通过增加补气管7的氢气和氧气的流量，加快氧气和氢气再尾气处理装置2内的催化反应，增加释
放热量。当尾气处理装置2所释放的热量过高时，即温度高于设定温度时，可通过增加循环水流量或者冷水箱4内的水流量，实现对尾气处理装置2的降温。
40.当燃料电池系统1内所监测的温度低于设定温度时，即需要对燃料电池系统1加热，以保证正常工作温度，此时，循环水排至尾气处理装置2，以吸收尾气处理装置2工作所释放的热量。当燃料电池系统1内所监测的温度高于设定温度时，即需要对燃料电池系统1吸热，以保证降低工作温度，此时，循环水排至风冷机组3，以吸收循环水的热量，再输送至燃料电池系统1，实现对燃料电池系统1的降温。
41.补气管7上设有比例调节阀，调节氢气或氧气的输送流量。
42.实施例2
43.如图2所示，在实施例1的基础上，还包括中间水箱5，第一进水管8、第一出水管9、第二出水管11分别与中间水箱5连接。
44.本实施例中，燃料电池系统1内的循环水输送至中间水箱5，当燃料电池系统1放热时，中间水箱5将水输送至风冷机组3冷却后，再输送至燃料电池系统1，实现对燃料电池系统1所释放热量的吸收。当燃料电池系统1吸热时，中间水箱5将水输送至尾气处理装置2吸收热量后，再输送至燃料电池系统1，实现对燃料电池系统1的加热。
45.中间水箱5进一步与负载连接，实现对尾气处理装置2所释放热量的充分利用。
46.实施例3
47.如图3所示，与实施例1的不同之处在于，还包括中间水箱5，第一进水管8、第一出水管9、第二出水管11分别与中间水箱5连接，冷水箱4设于第二进水管10上。
48.本实施例中，燃料电池系统1内的循环水输送至中间水箱5，当燃料电池系统1放热时，中间水箱5将水输送至风冷机组3冷却后，经冷水箱4输送至燃料电池系统1，实现对燃料电池系统1所释放热量的吸收。
49.本实用新型氢能源汽车氢气加热系统，通过设置尾气处理装置2，对经燃料电池系统1所排出的含氢废气在催化剂的作用下发生氧化反应生成水，达到去除尾气中氢气的目的。
50.同时，充分利用氧化反应所产生热量，对燃料电池系统1实现加热以及对其他负载进行加热，实现对热量的充分利用，节约能源。而且，由氢气在催化剂的作用下氧化发热，氢气的化学能到热能的转化效率在95％以上，而现有采用电加热燃料电池系统1，由氢气的化学能转化电能的理论效率在60％(实际值更低)。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
52.本领域技术人员不难理解，本实用新型包括上述说明书的实用新型内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
53.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是
示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
技术特征：1.一种氢能源汽车氢气加热系统，其特征在于，包括氢气罐、空气泵、燃料电池系统、尾气处理装置和风冷机组，所述氢气罐和空气泵分别通过进气管与燃料电池系统连接，所述尾气处理装置通过排气管与燃料电池系统连接，所述尾气处理装置上连接有第一进水管、第一出水管，所述风冷机组上连接有第二进水管、第二出水管，所述燃料电池系统、第一进水管、第一出水管与尾气处理装置之间形成加热循环回路，所述燃料电池系统、第二进水管、第二出水管与风冷机组之间形成冷却循环回路，所述氢气罐通过补气管与尾气处理装置连接。2.如权利要求1所述的氢能源汽车氢气加热系统，其特征在于，所述燃料电池系统上设有进气口、排气口、进水口和出水口，所述进气管与进气口连接，所述排气管的一端与排气口连接，所述第一进水管和第二进水管分别与所述进水口连接，所述第一出水管和第二出水管分别与所述出水口连接。3.如权利要求1所述的氢能源汽车氢气加热系统，其特征在于，所述尾气处理装置包括壳体，所述壳体内设有盘管，所述壳体设有废气入口、出气口和补气口，所述废气入口与排气管的另一端连接，所述盘管的一端与第一进水管连接，所述盘管的另一端与第一出水管连接，所述补气口与补气管连接，所述壳体内填充有催化剂。4.如权利要求1所述的氢能源汽车氢气加热系统，其特征在于，还包括中间水箱，所述第一进水管、第一出水管、第二出水管分别与所述中间水箱连接。5.如权利要求1或4所述的氢能源汽车氢气加热系统，其特征在于，还包括冷水箱，所述冷水箱设于第二进水管上或所述冷水箱通过补水管与燃料电池系统连接。6.如权利要求1所述的氢能源汽车氢气加热系统，其特征在于，所述尾气处理装置和燃料电池系统内分别设有温度传感器。7.如权利要求1所述的氢能源汽车氢气加热系统，其特征在于，所述补气管上自氢气罐与尾气处理装置之间依次设有电磁阀、引射器、比例调节阀。
技术总结本实用新型提出了一种氢能源汽车氢气加热系统，包括氢气罐、空气泵、燃料电池系统、尾气处理装置和风冷机组，氢气罐和空气泵分别通过进气管与燃料电池系统连接，尾气处理装置通过排气管与燃料电池系统连接，尾气处理装置上连接有第一进水管、第一出水管，风冷机组上连接有第二进水管、第二出水管，燃料电池系统、第一进水管、第一出水管与尾气处理装置之间形成加热循环回路，燃料电池系统、第二进水管、第二出水管与风冷机组之间形成冷却循环回路，氢气罐通过补气管与尾气处理装置连接。罐通过补气管与尾气处理装置连接。罐通过补气管与尾气处理装置连接。
技术研发人员：侯宁 张冬 周江东
受保护的技术使用者：天津市沃海新能源科技有限公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2022/7/5
