CN107968237B - 一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，包括纯水循环主路、去离子支路和补水支路；纯水循环主路包括膨胀水箱、汽水分离器、纯水泵、纯水换热器、第一过滤器、第二温度传感器、第二压力传感器、第一压力传感器、第一温度传感器、第一电导率传感器和流量传感器；去离子支路包括去离子设备、调节阀、第一止回阀和第二电导率传感器；补水支路包括储水箱、补水泵、第二过滤器、第三电磁阀和第二止回阀；本发明结构简单、辅机功率小；本发明能够稳定的向燃料电池模块输送一定温度、压力、流量、电导率的冷却水；本发明收集的氧侧生成水可循环利用于燃料电池模块增湿，并且通过调节增湿水水压控制反应气增湿量，可有效简化增湿装置。

Description

一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置
技术领域
本发明属于冷却设备技术领域，具体涉及一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的先进发电装置，是当前最具潜力的氢能应用方式。该发电装置具有环境友好、振动与噪音小、能量密度高、能量转换效率高、功率组合灵活等诸多优点。
质子交换膜燃料电池模块工作时会产生大量的热量，一般都要设计循环冷却水装置来冷却燃料电池模块。针对特殊的燃料电池模块排水方案，燃料电池生成水通过循环冷却水排出；同时针对特殊的燃料电池模块增湿方案，增湿用水由循环冷却水提供。
为满足上述特殊的燃料电池模块排水和增湿方案，一般都采用多套彼此独立的循环冷却水装置，不仅结构复杂、尺寸重量大、可靠性低，而且辅机功耗大、外部配套设备繁多。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足，为满足燃料电池模块特殊的排水和增湿要求，设计一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，该装置能够稳定的向燃料电池模块输送一定温度、压力、流量、电导率的冷却水，并且该装置具备在线补排水功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，包括纯水循环主路、去离子支路和补水支路；
所述的纯水循环主路包括通过连接管依次连接的膨胀水箱、汽水分离器、纯水泵、纯水换热器和第一过滤器，所述的膨胀水箱的冷却水输入端通过连接管与待冷却质子交换膜燃料电池模块的冷却水输出端相连接，所述的第一过滤器的输出端通过连接管与待冷却质子交换膜燃料电池模块的冷却水输入端相连接，所述的待冷却质子交换膜燃料电池模块冷却水输出端的连接管上设置有第二温度传感器和第二压力传感器，所述的第一过滤器输出端的连接管上设置有第一压力传感器、第一温度传感器、第一电导率传感器和流量传感器；
所述的去离子支路包括通过连接管连接在纯水泵输出端和膨胀水箱去离子水输入端之间的去离子设备，所述的纯水泵和去离子设备之间的连接管上依次设置有调节阀和第一止回阀，所述的去离子设备和膨胀水箱之间的连接管上依次设置有第二电导率传感器和第四电磁阀；
所述的补水支路包括通过连接管依次连接在膨胀水箱冷却水排放端和去离子设备输入端之间的储水箱、补水泵和第二过滤器，所述的储水箱和膨胀水箱之间的连接管上设置有第三电磁阀，所述的第二过滤器和去离子设备之间的连接管上设置有第二止回阀，所述的储水箱还通过连接管与待冷却质子交换膜燃料电池模块的氧侧尾排端相连接。
所述的待冷却质子交换膜燃料电池模块的冷却水输出端和冷却水输入端通过连接管相连接，其上设置有截止阀。
所述的膨胀水箱上设置有液位传感器。
所述的膨胀水箱的上部还设置有氮源连接端和氮气排放端，所述的氮源连接端通过连接管与氮源供应装置相连接，其上设置有第二电磁阀和减压阀；所述的氮气排放端设置有第一电磁阀。
所述的纯水泵包括并联设置的第一纯水泵和第二纯水泵，所述的第一纯水泵、第二纯水泵和纯水换热器之间设置有第一三通阀。
所述的去离子设备包括并联设置的第一去离子设备和第二去离子设备。
所述的纯水换热器的外部冷却水输入端和输出端上设置有第二三通阀。
本发明的有益效果是：
1、本发明的冷却水装置能够稳定的向质子交换膜燃料电池模块输送一定温度、压力、流量、电导率的冷却水，其中在冷却水流量和温度固定的条件下可以在一定范围内自由调节冷却水压力，辅助燃料电池模块排水。
2、本发明的冷却水装置将燃料电池模块氧侧尾排端和膨胀水箱冷却水排放端收集的氧侧生成水可循环利用于燃料电池模块增湿，并且通过调节增湿水水压控制反应气增湿量，可有效简化增湿装置。
3、本发明的冷却水装置，水压调节方便稳定、冷却水循环利用、结构简单、辅机功率小。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
各附图标记为：1—膨胀水箱，2—汽水分离器，3—第一纯水泵，4—第二纯水泵，5—第一三通阀，6—纯水换热器，7—燃料电池模块，8—调节阀，9—第一止回阀，10—第二止回阀，11—补水泵，12—储水箱，13—第一去离子设备，14—第二去离子设备，15—第一电磁阀，16—第二电磁阀，17—第三电磁阀，18—第一过滤器，19—截止阀，20—第二三通阀，21—液位传感器，22—第一压力传感器，23—第一温度传感器，24—第一电导率传感器，25—流量传感器，26—第二温度传感器，27—第二压力传感器，28—第二电导率传感器，29—第二过滤器，30—减压阀，31—第四电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开了一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，包括纯水循环主路、去离子支路和补水支路；
所述的纯水循环主路包括通过连接管依次连接的膨胀水箱1、汽水分离器2、纯水泵、纯水换热器6和第一过滤器18，所述的膨胀水箱1的冷却水输入端通过连接管与待冷却质子交换膜燃料电池模块7的冷却水输出端相连接，所述的第一过滤器18的输出端通过连接管与待冷却质子交换膜燃料电池模块7的冷却水输入端相连接。所述的纯水泵包括并联设置的第一纯水泵3和第二纯水泵4，所述的第一纯水泵3、第二纯水泵4和纯水换热器6之间设置有第一三通阀5。所述的待冷却质子交换膜燃料电池模块7冷却水输出端的连接管上设置有第二温度传感器26和第二压力传感器27，所述的第一过滤器18输出端的连接管上设置有第一压力传感器22、第一温度传感器23、第一电导率传感器24和流量传感器25。所述的待冷却质子交换膜燃料电池模块7的冷却水输出端和冷却水输入端通过连接管相连接，其上设置有截止阀19。所述的纯水换热器6的外部冷却水输入端和输出端上设置有第二三通阀20。
所述的膨胀水箱1上设置有液位传感器21，所述的膨胀水箱1的上部还设置有氮源连接端和氮气排放端，所述的氮源连接端通过连接管与氮源供应装置相连接，其上设置有第二电磁阀16和减压阀30；所述的氮气排放端设置有第一电磁阀15。
所述的去离子支路包括通过连接管连接在纯水泵输出端和膨胀水箱1去离子水输入端之间的去离子设备，所述的去离子设备包括并联设置的第一去离子设备13和第二去离子设备14。所述的纯水泵和去离子设备之间的连接管上依次设置有调节阀8和第一止回阀9，所述的去离子设备和膨胀水箱1之间的连接管上依次设置有第二电导率传感器28和第四电磁阀31。
所述的补水支路包括通过连接管依次连接在膨胀水箱1冷却水排放端和去离子设备输入端之间的储水箱12、补水泵11和第二过滤器29，所述的储水箱12和膨胀水箱1之间的连接管上设置有第三电磁阀17，膨胀水箱1与储水箱12之间的连接管为冷却水排放管；所述的第二过滤器29和去离子设备之间的连接管上设置有第二止回阀10，所述的储水箱12还通过连接管与待冷却质子交换膜燃料电池模块7的氧侧尾排端相连接。
所述纯水循环主路通过膨胀水箱1储存冷却水，并利用第一电磁阀15、第二电磁阀16、第三电磁阀17、第四电磁阀31和液位传感器21调控冷却水压力。所述的去离子支路通过第一去离子设备13和第二去离子设备14降低冷却水的电导率，并利用调节阀8控制电导率降低的速率。所述的补水支路通过储水箱12储存质子交换膜燃料电池模块7氧侧生成水，根据液位传感器21通过补水泵11向膨胀水箱1补水。
本发明的装置工作时，通过第二三通阀20调节流经纯水换热器6冷侧流体的流量，保证待冷却质子交换膜燃料电池模块7冷却水输入端水温稳定。通过第四电磁阀31控制去离子支路的通断，进而降低纯水循环主路冷却水电导率；而且通过调节阀8调节流经第一去离子设备13和第二去离子设备14流体的流量，还可以调节纯水循环主路冷却水电导率降低的速度。当纯水循环主路冷却水压力过高时，通过第一电磁阀15间断式排放膨胀水箱1上层的氮气减压；当纯水循环主路冷却水压力过低时，通过第二电磁阀16间断式补充膨胀水箱1上层的氮气增压；当膨胀水箱1液位过高时，通过第三电磁阀17间断式排放膨胀水箱1下层的纯水；当膨胀水箱1液位过低时，通过第四电磁阀31间断式补充膨胀水箱1下层的纯水。上述功能保证该循环冷却装置能够稳定的向待冷却质子交换膜燃料电池模块7输送一定温度、压力、流量、电导率的冷却水。
储水箱12用于收集待冷却质子交换膜燃料电池模块7氧侧尾排生成水，当待冷却质子交换膜燃料电池模块7增湿用水量小于膨胀水箱1中收集的生成水量时，膨胀水箱1中收集的生成水也排放到储水箱12；当待冷却质子交换膜燃料电池模块7增湿用水量大于膨胀水箱1中收集的生成水量时，储水箱12通过补水泵11和第四电磁阀31间断式为膨胀水箱1补水，用于待冷却质子交换膜燃料电池模块7增湿。这种生成水循环利用增湿，并且通过调节增湿水水压控制反应气增湿量，可有效简化增湿装置。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，其特征在于：包括纯水循环主路、去离子支路和补水支路；
所述的纯水循环主路包括通过连接管依次连接的膨胀水箱（1）、汽水分离器（2）、纯水泵、纯水换热器（6）和第一过滤器（18），所述的膨胀水箱（1）的冷却水输入端通过连接管与待冷却燃料电池模块（7）的冷却水输出端相连接，所述的第一过滤器（18）的输出端通过连接管与待冷却燃料电池模块（7）的冷却水输入端相连接，所述的待冷却燃料电池模块（7）冷却水输出端的连接管上设置有第二温度传感器（26）和第二压力传感器（27），所述的第一过滤器（18）输出端的连接管上设置有第一压力传感器（22）、第一温度传感器（23）、第一电导率传感器（24）和流量传感器（25）；
所述的去离子支路包括通过连接管连接在纯水泵输出端和膨胀水箱（1）去离子水输入端之间的去离子设备，所述的纯水泵和去离子设备之间的连接管上依次设置有调节阀（8）和第一止回阀（9），所述的去离子设备和膨胀水箱（1）之间的连接管上依次设置有第二电导率传感器（28）和第四电磁阀（31）；
所述的补水支路包括通过连接管依次连接在膨胀水箱（1）冷却水排放端和去离子设备输入端之间的储水箱（12）、补水泵（11）和第二过滤器（29），所述的储水箱（12）和膨胀水箱（1）之间的连接管上设置有第三电磁阀（17），所述的第二过滤器（29）和去离子设备之间的连接管上设置有第二止回阀（10），所述的储水箱（12）还通过连接管与待冷却燃料电池模块（7）的氧侧尾排端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，其特征在于，所述的待冷却燃料电池模块（7）的冷却水输出端和冷却水输入端通过连接管相连接，其上设置有截止阀（19）。
3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，其特征在于，所述的膨胀水箱（1）上设置有液位传感器（21）。
4.根据权利要求3所述的一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，其特征在于，所述的膨胀水箱（1）的上部还设置有氮源连接端和氮气排放端，所述的氮源连接端通过连接管与氮源供应装置相连接，其上设置有第二电磁阀（16）和减压阀（30）；所述的氮气排放端设置有第一电磁阀（15）。
5.根据权利要求4所述的一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，其特征在于，所述的纯水泵包括并联设置的第一纯水泵（3）和第二纯水泵（4），所述的第一纯水泵（3）、第二纯水泵（4）和纯水换热器（6）之间设置有第一三通阀（5）。
6.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，其特征在于，所述的去离子设备包括并联设置的第一去离子设备（13）和第二去离子设备（14）。
7.根据权利要求6所述的一种用于燃料电池模块的循环冷却水装置，其特征在于，所述的纯水换热器（6）的外部冷却水输入端和输出端上设置有第二三通阀（20）。
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