本发明涉及汽车能源技术领域，尤其涉及一种脉管制冷机及燃料电池汽车的供氢制冷系统。
背景技术：
近年来，随着全球温室效应的加剧，各国开始大力限制温室气体的排放。氢燃料电池汽车作为2l世纪最有发展前景的新能源环保型汽车，目前在全球范围内已迈入初步商业应用的阶段。燃料电池汽车以氢气作为燃料，车上通常装有两个高压储氢瓶来储存氢气，氢气通过供氢管路进入燃料电池前需经过降压阀降压，这部分氢气的压力无法被有效利用，造成能量的浪费。
脉管制冷机没有运动部件，结构简单，使用寿命长。相比于其他制冷系统，脉管制冷机具有较强的抗电磁干扰能力和减震能力。近年来，脉管制冷机在制冷低温领域有着广泛的应用。相比基本型脉管制冷机，g-m型脉管制冷机安装了旋转阀这一室温运动部件来控制充放气，其结构较为简单、运行可靠且维修方便。
但是现有的脉管制冷机的制冷量不够大，应用于汽车系统的话，仍然存在诸多不足。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种具有较大制冷量的脉管制冷机，及可以有效利用氢气能源，为汽车的空调系统提供冷源，从而有效降低能源的燃料电池汽车的供氢制冷系统。
为达到上述目的，本发明提出一种脉管制冷机，包括第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管；所述第一级脉管的排气口与所述第二级脉管的进气口相连通；所述第二级脉管的排气口与所述第三级脉管的进气口相连通；
所述第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管均包括至少一根脉管组件。
优选的，所述脉管组件包括回热器、冷端换热器、导流器、脉管和热端换热器；所述回热器的一端与所述冷端换热器的一端相连通，所述冷端换热器的另一端与所述导流器的一端相连通，所述导流器的另一端与所述脉管的一端相连通，所述脉管的另一端与所述热端换热器的一端相连通。
优选的，所述第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管的进气口与排气口的连接端均设有旋转阀。
优选的，所述第一级脉管包括一根所述脉管组件；
所述第二级脉管包括三根所述脉管组件，三根所述脉管组件之间通过分流器相互并联；
所述第三级脉管包括五根所述脉管组件，五根所述脉管组件之间通过分流器相互并联。
本发明还提出一种燃料电池汽车的供氢制冷系统，包括：储氢罐、脉管制冷机和燃料电池；
所述储氢罐通过第一管道与所述脉管制冷剂相连通，所述脉管制冷机通过第二管道与所述燃料电池相连通。
优选的，所述第一管道从所述储氢罐至所述脉管制冷机的方向依次排布有第一压力传感器、第一电磁阀、针阀、第二电磁阀、第一减压阀、第一稳压阀、第二压力传感器和第三电磁阀。
优选的，所述第二管道从所述脉管制冷机至所述燃料电池的方向依次排布有第三压力传感器、第一温度传感器、第二减压阀、第二稳压阀、第二温度传感器和第四压力传感器。
优选的，所述第一管道与所述第二管道之间连通有第三管道，所述第三管道的一端与所述第一管道的进气口相连通，所述第三管道的另一端与所述第二管道的出气口相连通；
所述第三管道上从所述储氢罐至所述燃料电池的方向依次排布有第一安全阀、排空阀和第三安全阀；
所述第三管道与所述第一管道之间连通有第四管道，所述第四管道与所述第三管道的连接端位于所述排空阀与所述安全阀之间；所述第四管道与所述第一管道的连接端位于所述第二压力传感器与所述第三电磁阀之间；所述第四管道上预设有第二安全阀。
优选的，所述第一管道与所述第二管道之间还连通有第五管道，所述第五管道与所述第一管道的连接端位于所述第二压力传感器和所述第三电磁阀之间；所述第五管道与所述第二管道的连接端位于所述第一温度传感器与所述第减压阀之间；所述第五管道上预设有第四电磁阀。
优选的，所述第一管道上还连通有充气管道，所述充气管道的与所述针阀相连通，所述充气管道上预设有单向阀和充气阀。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明的脉管制冷机包括三级脉管，可以获取更大的制冷量；
但是随着脉管级数的增加，脉管内工作气体的压力会明显降低，由于脉管体积庞大，影响脉管的制冷能力；因此，本发明的脉管制冷机的第二级脉管和第三级脉管采用多根脉管组件并联的形势，从而减少单个脉管的体积，进一步提升制冷效果。
本发明的燃料电池汽车的供氢制冷系统通过对脉管制冷机的添加，将高压氢气在降压前先通入脉管制冷机，有效的利用这部分优质能源，为燃料电池汽车提供额外的冷量，在一定程度上降低汽车空调系统的能耗，达到整车节能的目的。
附图说明
图1为本发明一实施例中脉管制冷机的整体结构示意图；
图2为本发明一实施例中燃料电池汽车的供氢制冷系统的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1所示，本发明提出一种脉管制冷机，包括第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管；第一级脉管的排气口与第二级脉管的进气口相连通；第二级脉管的排气口与第三级脉管的进气口相连通；
第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管均包括至少一根脉管组件。
在本实施例中，脉管组件包括回热器1、冷端换热器2、导流器3、脉管4和热端换热器5；氢气首先进入脉管制冷机的回热器1被冷却，然后通过冷端换热器2及导流器3进入脉管4，气体沿着脉管4轴向运动，将脉管4内原有气体进行压缩，同时自己也依次接受不同程度的压缩，温度依次升高，形成温度梯度，在温度最高的脉管末端，气体与热端换热器5换热得到冷却，完成充气过程。然后打开旋转阀6，气体原路返回，出回热器1后经旋转阀进入下一级脉管。
在本实施例中，第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管的进气口与排气口的连接端均设有旋转阀6。
在本实施例中，第一级脉管包括一根脉管组件；
第二级脉管包括三根脉管组件，三根脉管组件之间通过分流器7相互并联；
第三级脉管包括五根脉管组件，五根脉管组件之间通过分流器7相互并联。
在本实施例中，脉管制冷机12的工作原理为：经过降压阀降压后的氢气经过电磁阀3后，首先进入第一级脉管进行制冷，第一级膨胀后的氢气通过旋转阀直接进入第二级脉管进行制冷，即第一级的排气成为第二级的进气，第二级的进气通过分流器均匀分为三股气体同时进入三根脉管制冷，膨胀后通过旋转阀进入第三级脉管制冷。
如图2所示，本发明还提出一种燃料电池13汽车的供氢制冷系统，包括：储氢罐11、脉管制冷机12和燃料电池13；
储氢罐11通过第一管道与脉管制冷剂相连通，脉管制冷机12通过第二管道与燃料电池13相连通。
在本实施例中，第一管道从储氢罐11至脉管制冷机12的方向依次排布有第一压力传感器14、第一电磁阀15、针阀16、第二电磁阀17、第一减压阀18、第一稳压阀19、第二压力传感器20和第三电磁阀21。
在本实施例中，第二管道从脉管制冷机12至燃料电池13的方向依次排布有第三压力传感器22、第一温度传感器23、第二减压阀24、第二稳压阀25、第二温度传感器26和第四压力传感器27。
在本实施例中，第一管道与第二管道之间连通有第三管道，第三管道的一端与第一管道的进气口相连通，第三管道的另一端与第二管道的出气口相连通；
第三管道上从储氢罐11至燃料电池13的方向依次排布有第一安全阀28、排空阀29和第三安全阀30；
第三管道与第一管道之间连通有第四管道，第四管道与第三管道的连接端位于排空阀29与安全阀之间；第四管道与第一管道的连接端位于第二压力传感器20与第三电磁阀21之间；第四管道上预设有第二安全阀31。
在本实施例中，第一管道与第二管道之间还连通有第五管道，第五管道与第一管道的连接端位于第二压力传感器20和第三电磁阀21之间；第五管道与第二管道的连接端位于第一温度传感器23与第减压阀之间；第五管道上预设有第四电磁阀32。
在本实施例中，第一管道上还连通有充气管道，充气管道的与针阀16相连通，充气管道上预设有单向阀34和充气阀33。
在本实施例中，供氢制冷系统的工作原理为：系统正常工作的情况下，储氢罐11中的亲戚首先通过第一压力传感器14和开启的第一电磁阀15，经过针阀16调节流量后，经过第二电磁阀17进入第一减压阀18和第一稳压阀19，将压力控制在一定值，接着通过第二压力传感器20来检测压力是否处于正常值，若压力处于正常值，第四电磁阀32和第二安全阀31关闭，打开第三电磁阀21，进入脉管制冷机12内进行制冷工艺；制冷结束后，排入第二管道，通过第三压力传感器22和第一温度传感器23进行温度和压力测量后，通过第二减压阀24和第二稳压阀25稳压后，经过第二温度传感器26和第四压力传感器27测量压力温度正常后通入燃料电池13内进行利用。
若第二压力传感器20测量到第一管道内氢气的压力过高时，此时，第三电磁阀21关闭，打开第二电磁阀17，氢气从排空阀29排出。
若第一温度传感器23和第三压力传感器22感应到脉管制冷机12内出来的氢气参数异常，此时，关闭第三电磁阀21，打开第四电磁阀32，第一管道内的氢气顺着第五管道直接通过第二管道直接进入燃料电池13内，绕过脉管制冷机12。
若第二温度传感器26和第四压力传感器27感应到氢气的压力或者温度过高以及异常的情况下，直接打开第三安全阀30，第二管道内的氢气通过第三管道从排空阀29排出。
若氢气罐在需要充气的情况下，关闭第二电磁阀17，氢气通过充气管道上的充气阀33经过单向阀34和针阀16之后，经过第一电磁阀15和第一压力传感器14进入储氢罐11内；若第一压力传感器14感受到充气管道内过来的氢气压力过高，则打开第一安全阀28，将氢气通过排空阀29排入大气。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种脉管制冷机，其特征在于，包括第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管；所述第一级脉管的排气口与所述第二级脉管的进气口相连通；所述第二级脉管的排气口与所述第三级脉管的进气口相连通；
所述第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管均包括至少一根脉管组件。
2.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于，所述脉管组件包括回热器、冷端换热器、导流器、脉管和热端换热器；所述回热器的一端与所述冷端换热器的一端相连通，所述冷端换热器的另一端与所述导流器的一端相连通，所述导流器的另一端与所述脉管的一端相连通，所述脉管的另一端与所述热端换热器的一端相连通。
3.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于，所述第一级脉管、第二级脉管和第三级脉管的进气口与排气口的连接端均设有旋转阀。
4.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于，所述第一级脉管包括一根所述脉管组件；
所述第二级脉管包括三根所述脉管组件，三根所述脉管组件之间通过分流器相互并联；
所述第三级脉管包括五根所述脉管组件，五根所述脉管组件之间通过分流器相互并联。
5.一种燃料电池汽车的供氢制冷系统，使用如权利要求1-4中任意一项所述的脉管制冷机，其特征在于，包括：储氢罐、脉管制冷机和燃料电池；
所述储氢罐通过第一管道与所述脉管制冷剂相连通，所述脉管制冷机通过第二管道与所述燃料电池相连通。
6.根据权利要求5所述的燃料电池汽车的供氢制冷系统，其特征在于，所述第一管道从所述储氢罐至所述脉管制冷机的方向依次排布有第一压力传感器、第一电磁阀、针阀、第二电磁阀、第一减压阀、第一稳压阀、第二压力传感器和第三电磁阀。
7.根据权利要求6所述的燃料电池汽车的供氢制冷系统，其特征在于，所述第二管道从所述脉管制冷机至所述燃料电池的方向依次排布有第三压力传感器、第一温度传感器、第二减压阀、第二稳压阀、第二温度传感器和第四压力传感器。
8.根据权利要求7所述的燃料电池汽车的供氢制冷系统，其特征在于，所述第一管道与所述第二管道之间连通有第三管道，所述第三管道的一端与所述第一管道的进气口相连通，所述第三管道的另一端与所述第二管道的出气口相连通；
所述第三管道上从所述储氢罐至所述燃料电池的方向依次排布有第一安全阀、排空阀和第三安全阀；
所述第三管道与所述第一管道之间连通有第四管道，所述第四管道与所述第三管道的连接端位于所述排空阀与所述安全阀之间；所述第四管道与所述第一管道的连接端位于所述第二压力传感器与所述第三电磁阀之间；所述第四管道上预设有第二安全阀。
9.根据权利要求8所述的燃料电池汽车的供氢制冷系统，其特征在于，所述第一管道与所述第二管道之间还连通有第五管道，所述第五管道与所述第一管道的连接端位于所述第二压力传感器和所述第三电磁阀之间；所述第五管道与所述第二管道的连接端位于所述第一温度传感器与所述第减压阀之间；所述第五管道上预设有第四电磁阀。
10.根据权利要求8所述的燃料电池汽车的供氢制冷系统，其特征在于，所述第一管道上还连通有充气管道，所述充气管道的与所述针阀相连通，所述充气管道上预设有单向阀和充气阀。
技术总结
本发明提出一种脉管制冷机及燃料电池汽车的供氢制冷系统，本发明的脉管制冷机包括三级脉管，可以获取更大的制冷量；但是随着脉管级数的增加，脉管内工作气体的压力会明显降低，由于脉管体积庞大，影响脉管的制冷能力；因此，本发明的脉管制冷机的第二级脉管和第三级脉管采用多根脉管组件并联的形势，从而减少单个脉管的体积，进一步提升制冷效果。本发明的燃料电池汽车的供氢制冷系统通过对脉管制冷机的添加，将高压氢气在降压前先通入脉管制冷机，有效的利用这部分优质能源，为燃料电池汽车提供额外的冷量，在一定程度上降低汽车空调系统的能耗，达到整车节能的目的。
技术研发人员：祁影霞;刘雅丽;秦洲远
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：.10.17
技术公布日：.01.24
