CN111082094A - 冷启动装置、燃料电池发动机及冷启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷启动装置、燃料电池发动机及冷启动方法，冷启动装置包括用于对燃料电池进行加热的加热循环流路，加热循环流路包括：加热箱体，加热箱体内具有溶于水后放热的放热物质，加热箱体上具有加水部件；设置于加热箱体内的热交换管路，加热循环流路的换热介质能够流入热交换管路与放热物质进行热交换，热交换管路的进液端及其出液端穿过加热箱体的外壁，热交换管路的进液端用于与燃料电池的换热流路的出液口连通，热交换管路的出液端用于与燃料电池的换热流路的进液口连通；用于通断加热循环流路的加热开关阀。本发明提供的冷启动装置，无需额外设置电池类装置，确保了低温冷启动能力，也降低了能量消耗。

Description

冷启动装置、燃料电池发动机及冷启动方法
技术领域
本发明涉及燃料电池设备技术领域，特别是涉及一种冷启动装置、燃料电池发动机及冷启动方法。
背景技术
燃料电池的低温冷启动能力是燃料电池重要的技术指标，也是制约燃料电池的一项难题。
目前，在低温情况下，首先使用动力电池(高压蓄电池)对PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)供电，PTC通过对循环水路加热，从而使燃料电池达到其工作温度。
但是，在低温情况下，动力电池的性能和效率也非常低，一定低温情况下也会无法使用，并且，其额外消耗能量。
因此，如何确保低温冷启动能力，降低能量消耗，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷启动装置，确保低温冷启动能力，降低消耗能量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种冷启动装置，包括用于对燃料电池进行加热的加热循环流路，所述加热循环流路包括：
加热箱体，所述加热箱体内具有溶于水后放热的放热物质，所述加热箱体上具有加水部件；
设置于所述加热箱体内的热交换管路，所述加热循环流路的换热介质能够流入所述热交换管路与所述放热物质进行热交换，所述热交换管路的进液端及其出液端穿过所述加热箱体的外壁，所述热交换管路的进液端用于与燃料电池的换热流路的出液口连通，所述热交换管路的出液端用于与燃料电池的换热流路的进液口连通；
用于通断所述加热循环流路的加热开关阀。
可选地，上述冷启动装置中，所述加热开关阀的数量为两个，分别设置于所述热交换管路的进液端及其出液端。
可选地，上述冷启动装置中，所述放热物质为磷酸。
可选地，上述冷启动装置中，所述热交换管路为盘管或蛇形管。
可选地，上述冷启动装置中，用于与所述热交换管路连接的所述燃料电池的换热流路为所述燃料电池的冷却流路；
还包括用于对所述燃料电池进行降温冷却的冷却循环流路，所述冷却循环流路的进液口用于与所述燃料电池的冷却流路的出液口连通，所述冷却循环流路的出液端用于与所述燃料电池的冷却流路的进液口连通；所述冷却循环流路上具有用于控制其通断的冷却开关阀。
可选地，上述冷启动装置中，所述冷却开关阀的数量为两个，分别设置于所述冷却循环流路的进液口及其出液口。
本发明还提供了一种燃料电池发动机，包括燃料电池，还包括如上述任一项所述的冷启动装置。
本发明还提供了一种冷启动方法，其特征在于，应用如上述任一项所述的冷启动装置，包括步骤：
1)冷启动开始时，所述加水部件向所述加热箱体内加注水，所述放热物质与加注的水混合放热；
2)所述加热开关阀处于打开状态，所述热交换管路中的换热介质吸收所述放热物质放出的热量后，所述换热介质流动至所述燃料电池的换热流路中，对所述燃料电池进行加热。
可选地，上述冷启动方法中，所述放热物质为磷酸，还包括步骤：
3)冷启动完成后，所述燃料电池处于工作状态并放出热量；
4)所述换热介质流动至所述燃料电池的换热流路中吸收所述燃料电池放出的热量后，所述换热介质流动至所述热交换管路中对所述放热物质与水的混合物质进行加热，使得磷酸析出。
可选地，上述冷启动方法中，步骤4)中，还包括：
打开所述冷启动装置的冷却开关阀，所述换热介质流动至所述燃料电池的换热流路中吸收所述燃料电池放出的热量后，所述换热介质分流；
一部分所述换热介质流入所述冷启动装置的冷却循环流路中进行冷却；另一部分所述换热介质流动至所述热交换管路中对所述放热物质与水的混合物质进行加热，使得磷酸析出。
本发明提供的冷启动装置，在冷启动开始时，放热物质与加水部件加注的水混合后放出热量。打开加热开关阀，使得加热循环流路中的换热介质流动，当换热介质流入热交换管路后与放热物质进行热交换，吸收热量并升温的换热介质流入燃料电池的换热流路中，对燃料电池进行加热，使燃料电池达到其工作温度。本发明提供的冷启动装置，无需额外设置电池类装置，确保了低温冷启动能力，也降低了能量消耗。
本发明还提供了一种燃料电池发动机及冷启动方法，具有与上述冷启动装置同样地技术效果，在此不再一一累述。
附图说明
图1为本发明所提供的冷启动装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种冷启动装置，确保低温冷启动能力，降低能量消耗。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供的冷启动装置的结构示意图。
本发明实施例提供了一种冷启动装置，其特征在于，包括用于对燃料电池1进行加热的加热循环流路，加热循环流路包括加热箱体6、设置于加热箱体6内的热交换管路7及用于通断加热循环流路的加热开关阀。加热箱体6内具有溶于水后放热的放热物质8，加热箱体6上具有加水部件5；加热循环流路的换热介质能够流入热交换管路7与放热物质8进行热交换，热交换管路7的进液端及其出液端穿过加热箱体6的外壁，热交换管路7的进液端用于与燃料电池1的换热流路的出液口连通，热交换管路7的出液端用于与燃料电池1的换热流路的进液口连通。
本发明实施例提供的冷启动装置，在冷启动开始时，放热物质8与加水部件5加注的水混合后放出热量。打开加热开关阀，使得加热循环流路中的换热介质流动，当换热介质流入热交换管路7后与放热物质8进行热交换，吸收热量并升温的换热介质流入燃料电池1的换热流路中，对燃料电池1进行加热，使燃料电池达到其工作温度。本发明实施例提供的冷启动装置，无需额外设置电池类装置，确保了低温冷启动能力，也降低了能量消耗。
其中，加水部件5加注水的操作与打开加热开关阀的操作可以同时进行，也可以存在先后关系，仅需使得放热物质8与加水部件5加注的水混合后放出热量能够被换热介质吸收并对燃料电池1进行加热即可。
为了更好的使换热介质在加热循环流路中流动，还可以在加热循环流路中设置泵等动力提供部件。当然，也可以利用加热箱体6与燃料电池1的位置，实现加热循环流路中换热介质的流动。
为了提高使用安全性，加热开关阀的数量为两个，分别设置于热交换管路7的进液端及其出液端。如图1所示，两个加热开关阀分别为第一加热开关阀4及第二加热开关阀9。
本实施例中，放热物质8为磷酸。磷酸无强腐蚀性，因此，可以有效提高加热箱体6及热交换管路7等与放热物质8直接接触的部件的使用寿命。并且，磷酸具有难挥发性，进一步提高了使用安全性。并且，在冷启动完成后，燃料电池1处于工作状态并放出热量，换热介质流动至燃料电池1的换热流路中吸收燃料电池1放出的热量后，换热介质流动至热交换管路7中对放热物质8与水的混合物质进行加热，能够使得磷酸析出，实现循环利用。
也可以应用工业盐酸或工业硫酸等作为放热物质8，仅需使放热物质8溶于水后放出热量即可。如果放热物质8无法析出并重复使用，可以在每次冷启动前，向加热箱体6内添加放热物质8，实现对燃料电池1的加热。在此不对放热物质8的具体类型进行限定。
加热箱体6具有箱盖，加水部件5位于箱盖上。通过上述设置，方便安装及维修维护。
为了提高换热效果，热交换管路7为盘管或蛇形管。当然，也可以设置为其他类型的管路。
本实施例中，用于与热交换管路7连接的燃料电池1的换热流路为燃料电池1的冷却流路；冷启动装置还包括用于对燃料电池1进行降温冷却的冷却循环流路，冷却循环流路的进液口用于与燃料电池1的冷却流路的出液口连通，冷却循环流路的出液端用于与燃料电池1的冷却流路的进液口连通；冷却循环流路上具有用于控制其通断的冷却开关阀。通过上述设置，使得冷却循环流路及加热循环流路作为两个分支循环流路连接于燃料电池1的冷却流路中，因此，加热循环流路的换热介质可以为燃料电池1的冷却液。其中，通过控制加热开关阀及冷却开关阀的开度，控制燃料电池1的冷却液分流于加热循环流路及冷却循环流路中的流量。
为了提高使用安全性，冷却开关阀的数量为两个，分别设置于冷却循环流路的进液口及其出液口。如图1所示，两个冷却开关阀分别为第一冷却开关阀3及第二冷却开关阀10。
本发明实施例还提供了一种燃料电池发动机，包括燃料电池1，还包括如上述任一种冷启动装置。由于上述冷启动装置具有上述技术效果，具有上述冷启动装置的燃料电池发动机也应具有同样地技术效果，在此不再一一累述。
本发明实施例还提供了一种冷启动方法，应用如上述任一种冷启动装置，包括步骤：
S1：冷启动开始时，加水部件5向加热箱体6内加注水，放热物质8与加注的水混合放热；其中，加水部件5向加热箱体6内加注水的操作可以与冷启动同时开始，也可以与冷启动之间具有时间差。
S2：加热开关阀处于打开状态，热交换管路7中的换热介质吸收放热物质8放出的热量后，换热介质流动至燃料电池1的换热流路中，对燃料电池1进行加热。加热开关阀可以在冷启动时打开，也可以与冷启动之间具有时间差。并且，加热开关阀可以在加水部件5向加热箱体6内加注水时打开，加热开关阀也可以在加水部件5向加热箱体6内加注水后一定时间内打开，加热开关阀还可以先打开一定时间后再使加水部件5向加热箱体6内加注水。
本发明实施例提供的冷启动方法，无需额外设置电池类装置，确保了低温冷启动能力，也降低了能量消耗。
进一步地，放热物质8为磷酸，还包括步骤：
S3：冷启动完成后，燃料电池1处于工作状态并放出热量；
S4：换热介质流动至燃料电池1的换热流路中吸收燃料电池1放出的热量后，换热介质流动至热交换管路7中对放热物质8与水的混合物质进行加热，使得磷酸析出。
更进一步地，步骤S4中，还包括：
打开冷启动装置的冷却开关阀，换热介质流动至燃料电池1的换热流路中吸收燃料电池1放出的热量后，换热介质分流；一部分换热介质流入冷启动装置的冷却循环流路中进行冷却；另一部分换热介质流动至热交换管路7中对放热物质8与水的混合物质进行加热，使得磷酸析出。
其中，冷却开关阀及加热开关阀的开度决定着流入冷却循环流路及加热循环流路的换热介质的流量。
冷启动装置的冷却开关阀可以在冷启动完成后直接打开，也可以在换热介质流动至热交换管路7中对放热物质8与水的混合物质进行加热后一段时间后，再打开冷启动装置的冷却开关阀。
以上对本发明所提供的冷启动装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冷启动装置，其特征在于，包括用于对燃料电池(1)进行加热的加热循环流路，所述加热循环流路包括：
加热箱体(6)，所述加热箱体(6)内具有溶于水后放热的放热物质(8)，所述加热箱体(6)上具有加水部件(5)；
设置于所述加热箱体(6)内的热交换管路(7)，所述加热循环流路的换热介质能够流入所述热交换管路(7)与所述放热物质(8)进行热交换，所述热交换管路(7)的进液端及其出液端穿过所述加热箱体(6)的外壁，所述热交换管路(7)的进液端用于与燃料电池(1)的换热流路的出液口连通，所述热交换管路(7)的出液端用于与燃料电池(1)的换热流路的进液口连通；
用于通断所述加热循环流路的加热开关阀。
2.根据权利要求1所述的冷启动装置，其特征在于，所述加热开关阀的数量为两个，分别设置于所述热交换管路(7)的进液端及其出液端。
3.根据权利要求1所述的冷启动装置，其特征在于，所述放热物质(8)为磷酸。
4.根据权利要求1所述的冷启动装置，其特征在于，所述热交换管路(7)为盘管或蛇形管。
5.根据权利要求1-4任一项所述的冷启动装置，其特征在于，用于与所述热交换管路(7)连接的所述燃料电池(1)的换热流路为所述燃料电池(1)的冷却流路；
还包括用于对所述燃料电池(1)进行降温冷却的冷却循环流路，所述冷却循环流路的进液口用于与所述燃料电池(1)的冷却流路的出液口连通，所述冷却循环流路的出液端用于与所述燃料电池(1)的冷却流路的进液口连通；所述冷却循环流路上具有用于控制其通断的冷却开关阀。
6.根据权利要求5所述的冷启动装置，其特征在于，所述冷却开关阀的数量为两个，分别设置于所述冷却循环流路的进液口及其出液口。
7.一种燃料电池发动机，包括燃料电池(1)，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的冷启动装置。
8.一种冷启动方法，其特征在于，应用如权利要求1-6任一项所述的冷启动装置，包括步骤：
1)冷启动开始时，所述加水部件(5)向所述加热箱体(6)内加注水，所述放热物质(8)与加注的水混合放热；
2)所述加热开关阀处于打开状态，所述热交换管路(7)中的换热介质吸收所述放热物质(8)放出的热量后，所述换热介质流动至所述燃料电池(1)的换热流路中，对所述燃料电池(1)进行加热。
9.根据权利要求8所述的冷启动方法，其特征在于，所述放热物质(8)为磷酸，还包括步骤：
3)冷启动完成后，所述燃料电池(1)处于工作状态并放出热量；
4)所述换热介质流动至所述燃料电池(1)的换热流路中吸收所述燃料电池(1)放出的热量后，所述换热介质流动至所述热交换管路(7)中对所述放热物质(8)与水的混合物质进行加热，使得磷酸析出。
10.根据权利要求8或9所述的冷启动方法，其特征在于，步骤4)中，还包括：
打开所述冷启动装置的冷却开关阀，所述换热介质流动至所述燃料电池(1)的换热流路中吸收所述燃料电池(1)放出的热量后，所述换热介质分流；
一部分所述换热介质流入所述冷启动装置的冷却循环流路中进行冷却；另一部分所述换热介质流动至所述热交换管路(7)中对所述放热物质(8)与水的混合物质进行加热，使得磷酸析出。
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