CN113276632A

CN113276632A - 一种燃料电池余热利用系统

Info

Publication number: CN113276632A
Application number: CN202010101244.4A
Authority: CN
Inventors: 吕登辉; 杨星; 李佳莹
Original assignee: Beijing Sinohytec Co Ltd
Current assignee: Beijing Sinohytec Co Ltd
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-08-20

Abstract

本发明提供了一种燃料电池余热利用系统，包括电堆、散热组件、暖风组件和换热器，散热组件包括第一管路、第一三通阀、第二管路、第三管路、第二三通阀、第四管路、散热器、四通管路、液泵和第五管路，所述第一三通阀的第一端通过第一管路与电堆连通，第一三通阀的第二端通过第二管路与换热器的第一端连通，换热器的第二端通过第三管路与第二三通阀的第一端连通，第二三通阀的第二端通过第四管路与散热器的一端连通，散热器的另一端与四通管路的第一端连通，四通管路的第二端与第二三通阀的第三端连通，四通管路的第三端与第一三通阀的第三端连通，四通管路的第四端通过液泵和第五管路与电堆连通。此系统的优点在于:充分利用了电堆产生的热量。

Description

一种燃料电池余热利用系统

技术领域

本发明涉及一种燃料电池余热利用系统，具体而言，涉及一种燃料电池余热利用系统。

背景技术

氢燃料电池是一种将氢与氧反应产生的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有发电效率高，环境污染小等优点，因此被广泛应用于汽车领域。燃料电池在运行过程中会大量发热，因此需要对电堆进行散热，但散热过度会导致电堆温度过低影响电堆的工作效率，因此，燃料电池的散热系统需要使燃料电池的温度维持在一个合适的区间之内。同时，为了适应在寒冷地区的使用，燃料电池车的乘客舱也需要具有供暖系统。

现有技术的虽然会采用余热利用的方案对整车进行取暖，从而减少整车的电耗，提高整车的经济性。因为目前的余热利用散热器本体的散热量很大，而在燃料电池输出功率较低的时候，燃料电池产生的热较少，如果燃料电池产生的热量小于散热器的散热量则整车的余热利用功能不能使用，导致余热利用的效率较低。

综上所述，需要提供一种燃料电池余热利用系统，其能够克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明旨在提供一种燃料电池余热利用系统，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。

本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池余热利用系统,其中所述燃料电池余热利用系统包括电堆、散热组件、暖风组件和换热器，所述散热组件包括第一管路、第一三通阀、第二管路、第三管路、第二三通阀、第四管路、散热器、四通管路、液泵和第五管路，所述第一三通阀的第一端通过第一管路与电堆的出水口连通，第一三通阀的第二端通过第二管路与换热器的第一端连通，换热器的第二端通过第三管路与第二三通阀的第一端连通，第二三通阀的第二端通过第四管路与散热器的一端连通，散热器的另一端与四通管路的第一端连通，四通管路的第二端与第二三通阀的第三端连通，四通管路的第三端与第一三通阀的第三端连通，四通管路的第四端与液泵连通，液泵通过第五管路与电堆的进水口连通。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述第二三通阀每一端的开度可控。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述暖风组件包括第六管路、供暖部件和第七管路，供暖部件的一端通过第六管路与换热器的第三端连通，供暖部件的另一端通过第七管路与换热器的第四端连通。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中当燃料电池的输出功率低于预设的第一功率时，第一三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀的第一端和第三端开启且第二端完全关闭，离开电堆的冷却液经过第一管路、第一三通阀和第二管路进入换热器，冷却液在换热器内将热量传导给暖风组件，冷却液离开换热器后经第三管路、第二三通阀、四通管路、液泵和第五管路回到电堆。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中当燃料电池的输出功率大于等于预设的第一功率且小于预设的第二功率时，第一三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀的第一端和第三端开启且第二端部分开启，离开电堆的冷却液经过第一管路、第一三通阀和第二管路进入换热器，冷却液在换热器内将热量传导给暖风组件，部分冷却液离开换热器后经第三管路、第二三通阀、四通管路、液泵和第五管路回到电堆，剩余部分冷却液经第三管路、第二三通阀和第四管路进入散热器散热并在散热后经四通管路、液泵和第五管路回到电堆，所述第二功率大于第一功率。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中当燃料电池的输出功率大于等于预设的第二功率时，第第一三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，离开电堆的冷却液经过第一管路、第一三通阀和第二管路进入换热器，冷却液在换热器内将热量传导给暖风组件，冷却液经第三管路、第二三通阀和第四管路进入散热器散热并在散热后经四通管路、液泵和第五管路回到电堆。

本发明的另一个实施方式提供了一种燃料电池余热利用系统,其中所述燃料电池余热利用系统包括电堆、散热组件、暖风组件和换热器，所述散热组件包括第一管路、第一三通阀、第二管路、三通管路、电动比例阀、散热器、四通管路、液泵和第三管路，所述第一三通阀的第一端通过第一管路与电堆的出水口连通，第一三通阀的第二端通过第二管路与换热器的第一端连通，换热器的第二端与三通管路的第一端连接，三通管路的第二端与电动比例阀的一端连接，三通管路的第三端与散热器的一端连通，散热器的另一端与四通管路的第一端连通，四通管路的第二端与电动比例阀的另一端连接，四通管路的第三端与第一三通阀的第三端连通，四通管路的第四端与液泵连通，液泵通过第三管路与电堆的进水口连通。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述暖风组件包括第四管路、供暖部件和第五管路，供暖部件的一端通过第四管路与换热器的第三端连通，供暖部件的另一端通过第五管路与换热器的第四端连通。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述电动比例阀的开度与燃料电池的输出功率成反比关系，燃料电池的输出功率越大则电动比例阀的开度越小。

该燃料电池余热利用系统的优点在于：使燃料电池的余热利用系统在燃料电池输出功率较低时也可以使用，充分利用了燃料电池车的电堆在运行时所产生的热量，降低了暖风系统功耗，提高了系统能量利用率，降低了车辆的使用成本。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池余热利用系统的示意图；

图2示出了根据本发明另一个实施方式的燃料电池余热利用系统的示意图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池余热利用系统的示意图。如图1所示，所述燃料电池余热利用系统包括电堆10、散热组件11、暖风组件12和换热器13，所述散热组件11包括第一管路11a、第一三通阀11b、第二管路11c、第三管路11d、第二三通阀11e、第四管路11f、散热器11g、四通管路11h、液泵11i和第五管路11j，所述第一三通阀11b的第一端通过第一管路11a与电堆10的出水口连通，第一三通阀11b的第二端通过第二管路11c与换热器13的第一端连通，换热器13的第二端通过第三管路11d与第二三通阀11e的第一端连通，第二三通阀11e的第二端通过第四管路11f与散热器11g的一端连通，散热器11g的另一端与四通管路11h的第一端连通，四通管路11h的第二端与第二三通阀11e的第三端连通，四通管路11h的第三端与第一三通阀11b的第三端连通，四通管路11h的第四端与液泵11i连通，液泵11i通过第五管路11j与电堆10的进水口连通。所述燃料电池余热利用系统通过控制第二三通阀11e的开度调整燃料电池低功率运行时进入散热组件11的冷却液的流量，避免散热组件11使冷却液过度散热，从而使暖风组件12能够充分利用燃料电池运行时产生的余热。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述第二三通阀11e每一端的开度可控。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述暖风组件12包括第六管路12a、供暖部件12b和第七管路12c，供暖部件12b的一端通过第六管路11j与换热器13的第三端连通，供暖部件的另一端通过第七管路12c与换热器13的第四端连通。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中当燃料电池的输出功率低于预设的第一功率时，第一三通阀11b的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀11e的第一端和第三端开启且第二端完全关闭，离开电堆10的冷却液经过第一管路11a、第一三通阀11b和第二管路11c进入换热器13，冷却液在换热器13内将热量传导给暖风组件12，冷却液离开换热器13后经第三管路11d、第二三通阀11e、四通管路11h、液泵11i和第五管路11j回到电堆10。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中当燃料电池的输出功率大于等于预设的第一功率且小于预设的第二功率时，第一三通阀11b的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀11e的第一端和第三端开启且第二端部分开启，离开电堆10的冷却液经过第一管路11a、第一三通阀11b和第二管路11c进入换热器13，冷却液在换热器13内将热量传导给暖风组件12，部分冷却液离开换热器13后经第三管路11d、第二三通阀11e、四通管路11h、液泵11i和第五管路11j回到电堆10，剩余部分冷却液经第三管路11d、第二三通阀11e和第四管路11f进入散热器11g散热并在散热后经四通管路11h、液泵11i和第五管路11j回到电堆10，所述第二功率大于第一功率。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中当燃料电池的输出功率大于等于预设的第二功率时，第第一三通阀11b的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀11e的第一端和第二端开启且第三端关闭，离开电堆10的冷却液经过第一管路11a、第一三通阀11b和第二管路11c进入换热器13，冷却液在换热器13内将热量传导给暖风组件12，冷却液经第三管路11d、第二三通阀11e和第四管路11f进入散热器11g散热并在散热后经四通管路11h、液泵11i和第五管路11j回到电堆10。

图2示出了根据本发明另一个实施方式的燃料电池余热利用系统的示意图。如图2所示，其中所述燃料电池余热利用系统包括电堆20、散热组件21、暖风组件22和换热器23，所述散热组件21包括第一管路21a、第一三通阀21b、第二管路21c、三通管路21d、电动比例阀21e、散热器21f、四通管路21g、液泵21h和第三管路21i，所述第一三通阀21b的第一端通过第一管路21a与电堆20的出水口连通，第一三通阀21b的第二端通过第二管路21c与换热器23的第一端连通，换热器23的第二端与三通管路21d的第一端连接，三通管路21d的第二端与电动比例阀21e的一端连接，三通管路21d的第三端与散热器21f的一端连通，散热器21f的另一端与四通管路21g的第一端连通，四通管路21g的第二端与电动比例阀21e的另一端连接，四通管路21g的第三端与第一三通阀21b的第三端连通，四通管路21g的第四端与液泵21h连通，液泵21h通过第三管路21i与电堆20的进水口连通。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述暖风组件22包括第四管路22a、供暖部件22b和第五管路22c，供暖部件22b的一端通过第四管路22a与换热器23的第三端连通，供暖部件22b的另一端通过第五管路22c与换热器23的第四端连通。

根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池余热利用系统，其中所述电动比例阀21e的开度与燃料电池的输出功率成反比关系，燃料电池的输出功率越大则电动比例阀21e的开度越小。

当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。

Claims

1.一种燃料电池余热利用系统，所述燃料电池余热利用系统包括电堆、散热组件、暖风组件和换热器，其特征在于，所述散热组件包括第一管路、第一三通阀、第二管路、第三管路、第二三通阀、第四管路、散热器、四通管路、液泵和第五管路，所述第一三通阀的第一端通过第一管路与电堆的出水口连通，第一三通阀的第二端通过第二管路与换热器的第一端连通，换热器的第二端通过第三管路与第二三通阀的第一端连通，第二三通阀的第二端通过第四管路与散热器的一端连通，散热器的另一端与四通管路的第一端连通，四通管路的第二端与第二三通阀的第三端连通，四通管路的第三端与第一三通阀的第三端连通，四通管路的第四端与液泵连通，液泵通过第五管路与电堆的进水口连通。

2.如权利要求1所述的燃料电池余热利用系统，其特征在于，所述第二三通阀每一端的开度可控。

3.如权利要求1所述的燃料电池余热利用系统，其特征在于，所述暖风组件包括第六管路、供暖部件和第七管路，供暖部件的一端通过第六管路与换热器的第三端连通，供暖部件的另一端通过第七管路与换热器的第四端连通。

4.如权利要求2所述的燃料电池余热利用系统，其特征在于，当燃料电池的输出功率低于预设的第一功率时，第一三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀的第一端和第三端开启且第二端完全关闭，离开电堆的冷却液经过第一管路、第一三通阀和第二管路进入换热器，冷却液在换热器内将热量传导给暖风组件，冷却液离开换热器后经第三管路、第二三通阀、四通管路、液泵和第五管路回到电堆。

5.如权利要求4所述的燃料电池余热利用系统，其特征在于，当燃料电池的输出功率大于等于预设的第一功率且小于预设的第二功率时，第一三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀的第一端和第三端开启且第二端部分开启，离开电堆的冷却液经过第一管路、第一三通阀和第二管路进入换热器，冷却液在换热器内将热量传导给暖风组件，部分冷却液离开换热器后经第三管路、第二三通阀、四通管路、液泵和第五管路回到电堆，剩余部分冷却液经第三管路、第二三通阀和第四管路进入散热器散热并在散热后经四通管路、液泵和第五管路回到电堆，所述第二功率大于第一功率。

6.如权利要求5所述的燃料电池余热利用系统，其特征在于，当燃料电池的输出功率大于等于预设的第二功率时，第第一三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，第二三通阀的第一端和第二端开启且第三端关闭，离开电堆的冷却液经过第一管路、第一三通阀和第二管路进入换热器，冷却液在换热器内将热量传导给暖风组件，冷却液经第三管路、第二三通阀和第四管路进入散热器散热并在散热后经四通管路、液泵和第五管路回到电堆。

7.一种燃料电池余热利用系统，所述燃料电池余热利用系统包括电堆、散热组件、暖风组件和换热器，其特征在于，所述散热组件包括第一管路、第一三通阀、第二管路、三通管路、电动比例阀、散热器、四通管路、液泵和第三管路，所述第一三通阀的第一端通过第一管路与电堆的出水口连通，第一三通阀的第二端通过第二管路与换热器的第一端连通，换热器的第二端与三通管路的第一端连接，三通管路的第二端与电动比例阀的一端连接，三通管路的第三端与散热器的一端连通，散热器的另一端与四通管路的第一端连通，四通管路的第二端与电动比例阀的另一端连接，四通管路的第三端与第一三通阀的第三端连通，四通管路的第四端与液泵连通，液泵通过第三管路与电堆的进水口连通。

8.如权利要求7所述的燃料电池余热利用系统，其特征在于，所述暖风组件包括第四管路、供暖部件和第五管路，供暖部件的一端通过第四管路与换热器的第三端连通，供暖部件的另一端通过第五管路与换热器的第四端连通。

9.如权利要求7所述的燃料电池余热利用系统，其特征在于，所述电动比例阀的开度与燃料电池的输出功率成反比关系，燃料电池的输出功率越大则电动比例阀的开度越小。