一种氢气发电系统
技术领域
本发明涉及一种发电系统，尤其涉及的是一种基于氢能传动发电的系统。
背景技术
数据统计，城市大气污染60％来自机动车辆尾气排放，因此，新能源汽车逐步替代传统燃油汽车是大势所趋。在各种新能源汽车的技术路线中，以混合动力、纯电动汽车和燃料电池汽车为代表的电动汽车被普遍认为是未来汽车能源动力系统转型发展的主要方向，已经成为世界汽车强国和主要汽车制造商发展重点。
对比锂电池电动汽车，采用燃料电池最明显的优点是不需要漫长的充电过程，只需要几分钟的加氢气过程即可，此外，相比锂电池在报废之后产生的各种有毒污染物可能带来的水污染，燃料电池主要产生水，使用结束后不存在这方面的问题。然而，对于氢燃料电池车辆而言，车载的高压氢气蕴涵着巨大空气动能和压力能，却没有得到很好的利用。
如，申请号201410707638.9，一种氢气发电系统，包括燃料电池及水循环降温系统，该燃料电池用于氢气与氧气发生电化学反应产生电能，该水循环降温系统用于对燃料电池进行散热降温；其特征在于：所述水循环降温系统包括散热装置、至少两个水泵、第一水容器、集水器及控制装置；所述散热装置位于燃料电池内；所述第一水容器中的水可在水泵的驱动作用下，经集水器集水后，从燃料电池之进水口进入散热装置，再从燃料电池之出水口回流至第一水容器；所述控制装置与所述至少两个水泵电性连接，以控制每个水泵运转。
该氢气发电系统，并没有应用到氢气的空气动能及压力能。
有鉴于此，现有技术还有待改进和提高。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决高压氢气中的空气动能与压力能没有得到利用的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种氢气发电系统，包括氢气储罐、文丘里管、气体发电机组、燃料电池、发动机组、蓄电池；氢气储罐连接文丘里管，文丘里管连接气体发电机组，气体发电机组分别连接蓄电池、燃料电池，燃料电池连接车辆传动系统；
发动机组包括能够将氢气动能转化为第一机械能的动力活塞、能够将热能转化为第二机械能的热力活塞、传动组件，动力活塞连接传动组件，热力活塞连接传动组件，传动组件连接车辆传动系统；
文丘里管还连接动力活塞，动力活塞连接燃料电池；热力活塞的加热端连接蓄电池、燃料电池，热力活塞的冷却端连接气体发电机组。
本发明中氢气储罐中的带压力的氢气流进入文丘里管后，氢气流速度增加、压力下降，高速的氢气流分为两部分，一部分通过气体发电机组发电，产生的电能储存在蓄电池中，同时该部分高速氢气流经过气体发电机组后变成低压氢气流进入燃料电池，燃料电池将氢气化学能转化为电能输送到车辆传动系统，进而对车辆驱动；另一部分高速氢气则通过动力活塞将氢气动能转化为第一机械能，通过传动组件输送到车辆传动系统，同时，热力活塞的加热端接入来自气体发电机组向蓄电池储存电能产生的热量以及燃料电池吸氢产生的热量，热力活塞的冷却端的冷源来自氢气储罐1在放氢过程中的膨胀吸热或氢气储罐中金属氢化物放氢过程产生的冷量，将热能转化为第二机械能，通并过传动组件输送到车辆传动系统；充分利用了氢气的能量，提高了工作效率，也为以氢气为能源的汽车提供了一项新的动力装置系统。
优选的，所述氢气储罐为带有一定压力的纯氢气储罐或带有一定压力的合金储氢罐。
其中，氢气储罐可采用为储存有35MPa-70MPa高压氢气的纯氢气储罐，可产生高压氢气流；也可采用为带有0-5MPa低气压的合金储氢罐，合金储氢罐在放氢过程中将吸热，可本发明提出的系统提供了冷量。
优选的，所述文丘里管包括依次连接的入口段、收缩段、喉道和平直段。
优选的，所述入口段直径大于喉道直径，所述收缩段为锥形管，锥角为21°±2°，所述喉道与平直段直径相同，喉道的直径与长度相同。
将传统的文丘里管的扩散段改为了平直段，可以获得具备高动能的高速氢气。
优选的，所述气体发电机组包括风力叶片和风力发电机。高速氢气流带动风力叶片旋转，并促使气体发电机发电。
优选的，所述传动组件包括第一连动杆、第二连动杆、曲轴飞轮组，所述动力活塞驱动连接第一连动杆，所述热力活塞驱动连接第二连动杆，第一连动杆与第二连动杆均连接曲轴飞轮组，曲轴飞轮组驱动连接车辆传动系统。
动力活塞与热力活塞共同作用，连同第一连动杆、第二连动杆以及曲轴飞轮组，形成动力及热力双缸氢气发动机组，并可稳定对外输出的转矩最终驱动车辆传动系统，保证车辆平稳的运行。
优选的，还包括至少三个换热器，至少一个安装在气体发电机组与热力活塞冷却端之间，至少一个安装在燃料电池与热力活塞加热端之间，至少一个安装在蓄电池与热力活塞加热端之间。
优选的，还包括至少两个气体稳压阀，至少一个气体稳压阀安装在气体发电机组与燃料电池之间，至少一个气体稳压阀安装在动力活塞与燃料电池之间。
优选的，进入燃料电池的氢气气压为1.5大气压。
两个气体稳压阀使得进入燃料电池的气体保持在1.5大气压，以便于更高效地让燃料电池吸附氢气，增加氢气利用效率。
本发明的优点在于：
(1)本发明中氢气储罐中的带压力的氢气流进入文丘里管后，氢气流速度增加、压力下降，高速的氢气流分为两部分，一部分通过气体发电机组发电，产生的电能储存在蓄电池中，同时该部分高速氢气流经过气体发电机组后变成低压氢气流进入燃料电池，燃料电池将氢气化学能转化为电能输送到车辆传动系统，进而对车辆驱动；另一部分高速氢气则通过动力活塞将氢气动能转化为第一机械能，通过传动组件输送到车辆传动系统，同时，热力活塞的加热端接入来自气体发电机组向蓄电池储存电能产生的热量以及燃料电池吸氢产生的热量，热力活塞的冷却端的冷源来自氢气储罐1在放氢过程中的膨胀吸热或氢气储罐中金属氢化物放氢过程产生的冷量，将热能转化为第二机械能，通并过传动组件输送到车辆传动系统；充分利用了氢气的能量，提高了工作效率，也为以氢气为能源的汽车提供了一项新的动力装置系统；
(2)将传统的文丘里管的扩散段改为了平直段，可以获得具备高动能的高速氢气；
(3)动力活塞与热力活塞共同作用，连同第一连动杆、第二连动杆以及曲轴飞轮组，形成动力及热力双缸氢气发动机组，并可稳定对外输出的转矩最终驱动车辆传动系统，保证车辆平稳的运行；
(4)气体稳压阀使得进入燃料电池的气体保持在1.5大气压，以便于更高效地让燃料电池吸附氢气，增加氢气利用效率。
附图说明
图1是本发明实施例一种氢气发电系统的结构示意图；
图2是文丘里管的结构示意图。
图中标号：氢气储罐1、文丘里管2、入口段21、收缩段22、喉道23、平直段24、气体发电机组3、风力叶片31、风力发电机32、燃料电池4、发动机组5、动力活塞51、热力活塞52、第一连动杆53、第二连动杆54、曲轴飞轮组55、蓄电池6、稳压阀7、换热器8、车辆传动系统9。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种氢气发电系统，包括氢气储罐1、文丘里管2、气体发电机组3、燃料电池4、发动机组5、蓄电池6、稳压阀7、换热器8、车辆传动系统9；
氢气储罐1连接文丘里管2，文丘里管2连接气体发电机组3，气体发电机组3分别连接蓄电池6、燃料电池4，燃料电池4连接车辆传动系统9；
气体发电机组3包括风力叶片31和风力发电机32。高速氢气流带动风力叶片31旋转，并促使风力发电机32发电。
发动机组5包括能够将氢气动能转化为第一机械能的动力活塞51、能够将热能转化为第二机械能的热力活塞52、传动组件，所述传动组件包括第一连动杆53、第二连动杆54、曲轴飞轮组55，所述动力活塞51驱动连接第一连动杆53，所述热力活塞52驱动连接第二连动杆54，第一连动杆53与第二连动杆54均连接曲轴飞轮组55，曲轴飞轮组55驱动连接车辆传动系统9，动力活塞51与热力活塞52共同作用，连同第一连动杆53、第二连动杆54以及曲轴飞轮组55，形成动力及热力双缸氢气发动机组，并可稳定对外输出的转矩最终驱动车辆传动系统，保证车辆平稳的运行。
文丘里管2还连接动力活塞51，动力活塞51连接燃料电池4；热力活塞52的加热端连接蓄电池6、燃料电池4，热力活塞52的冷却端连接气体发电机组3。
本实施例中，所述氢气储罐1为带有一定压力的纯氢气储罐或带有一定压力的合金储氢罐。氢气储罐可采用为储存有35MPa-70MPa高压氢气的纯氢气储罐，可产生高压氢气流；也可采用为带有0-5MPa低气压的合金储氢罐，合金储氢罐在放氢过程中将吸热，可本发明提出的系统提供了冷量。
本实施例中，还包括至少三个换热器8，至少一个安装在风力叶片31与热力活塞52冷却端之间，至少一个安装在燃料电池4与热力活塞52加热端之间，至少一个安装在蓄电池6与热力活塞52加热端之间。
本发明中氢气储罐1中的带压力的氢气流进入文丘里管2后，氢气流速度增加、压力下降，高速的氢气流分为两部分，一部分通过气体发电机组3发电，产生的电能储存在蓄电池6中，同时该部分高速氢气流经过气体发电机组3后变成低压氢气流进入燃料电池4，燃料电池4将氢气化学能转化为电能输送到车辆传动系统9，进而对车辆驱动；另一部分高速氢气则通过动力活塞51将氢气动能转化为第一机械能，通过第一连动杆53传输给曲轴飞轮组55，并输送到车辆传动系统9，同时，热力活塞52的加热端接入来自气体发电机组3向蓄电池6储存电能产生的热量以及燃料电池4吸氢产生的热量，热力活塞52的冷却端的冷源来自氢气储罐1在放氢过程中的膨胀吸热或氢气储罐1中金属氢化物放氢过程产生的冷量，将热能转化为第二机械能，通并过第二连动杆54输送给曲轴飞轮组55，并输送到车辆传动系统9；充分利用了氢气的能量，提高了工作效率，也为以氢气为能源的汽车提供了一项新的动力装置系统。
其中热力活塞的工作原理是利用采用定容下，吸热膨胀、冷却收缩的循环方式来输出动力。
实施例二：
如图2所示，本实施例中的文丘里管2具体结构是：所述文丘里管2包括依次连接的入口段21、收缩段22、喉道23和平直段24。
平直段24的直径与喉道23直径相同,具体来说，所述入口段21为一个短的圆柱段，其直径为D；所述收缩段22的形状为一锥形管，锥角约为21°±2°；所述喉道23为一个短的直管段，直径约为1/3～1/4D，长度等于管径；所述平直段24的直径等于喉道23直径的圆管。
将传统的文丘里管2的扩散段改为了平直段24,可以获得具备高动能的高速氢气。
实施例三：
如图1所示，在实施例二的基础上，本实施例还包括两个气体稳压阀7，一个气体稳压阀7安装在风力发电机32与燃料电池4之间，一个气体稳压阀7安装在动力活塞51与燃料电池4之间。
两个气体稳压阀7使得进入燃料电池4的气体保持在1.5大气压。以便于更高效地让燃料电池吸附氢气，增加氢气利用效率。
本发明的具体工作过程如下：
S1、氢气储罐1中的带压力的氢气流进入改进的文丘里管2后，氢气流速度增加、压力下降；
S2、氢气流分为两部分，一部分通过风力发电机组3发电，产生的电能储存在蓄电池6中，同时该部分氢气流经过气体发电机组3后变成低压氢气，流进入燃料电池4，燃料电池4将氢气化学能转化为电能输送到车辆传动系统9，进而对车辆驱动；另一部分则通过发动机组5将氢气动能转化为机械能，输送到车辆传动系统9。
其中，步骤S2中发动机组5将氢气动能转化为机械能，输送到车辆传动系统9中的，具体包括：
S21、热力活塞52的加热端接入来自气体发电机组3向蓄电池6储存电能产生的热量以及燃料电池4吸氢产生的热量；热力活塞的冷却端的冷源来自氢气储罐1在放氢过程中的膨胀吸热或者储氢合金放氢吸热后产生的冷量；
S22、动力活塞51的进气端接通改进的文丘里管2的流道分支，并流入高速氢气推动动力活塞51运动；动力活塞51的出气端接通燃料电池4，出气端流出的氢气经稳压阀7保持压力在1.5个大气压进入燃料电池4。
其中步骤S2中通过气体发电机组3发电，产生的电能储存在蓄电池4具体包括：
S23：高速氢气流带动风力叶片31旋转，并促使风力发电机32发电，产生的电能储存在蓄电池4中，其中，通过风力叶片31以及风力发电机32的低压氢气流，经气体稳压阀后，将保持氢气压力在1.5个大气压。
本发明充分利用了氢气的能量，提高了工作效率，也为以氢气为能源的汽车提供了一项新的动力装置系统。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
