CN114335601A - 一种储能电站用燃料电池冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储能电站用燃料电池冷却系统，涉及储能电站技术领域，包括：内循环回路，所述内循环回路包括主冷却回路、去离子器支路和补水支路，所述去离子器支路适于检测冷却回路的电导率，所述补水支路适于对所述主冷却回路进行补水；外循环回路，所述外循环回路适于对所述内循环回路的冷却液进一步换热。本发明还提供了一种储能电站用燃料电池冷却方法，能够实现热电连供，有效的利用燃料电池系统工作时产生的热量，智能化、自动化、集中式的冷却系统实现储能电站的冷却。

Description

一种储能电站用燃料电池冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及储能电站技术领域，具体而言，涉及一种储能电站用燃料电池冷却系统及冷却方法。

背景技术

分布式储能发电是目前燃料电池发展的一个重要方向，针对车用燃料电池系统来说，储能电站对于燃料电池的特点是量大，甚至上百上千颗电堆的同步使用，这对冷却系统提出了更高的要求。

现有技术当中，集成式储能电站在使用时会散发大量热量，而外壳内部空气流通速度有限，导致其散热效果有限，影响安全性能，易造成安全隐患，使用可靠性有限，因此，智能化、自动化、集中式的冷却系统是储能电站中冷却系统的发展趋势。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种储能电站用燃料电池冷却系统，并对应提供其冷却方法，以解决以上存在的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种储能电站用燃料电池冷却系统，包括：

内循环回路，所述内循环回路包括主冷却回路、去离子器支路和补水支路，所述去离子器支路适于检测冷却回路的电导率，所述补水支路适于对所述主冷却回路进行补水；

外循环回路，所述外循环回路适于对所述内循环回路的冷却液进一步换热。

可选地，所述主冷却回路包括板式换热器、电堆组和连接在所述板式换热器与所述电堆组之间的第一冷却支路和第二冷却支路，所述电堆组出来的高温冷却液经所述第一冷却支路送入到所述板式换热器换热后进入到所述第二冷却支路，所述第二冷却支路的另一端返回至所述电堆组。

可选地，所述第一冷却支路包括依次连接的第一水泵、第一温度传感器、第一电动三通阀和第一手阀。

可选地，所述第二冷却支路包括依次连接的电导率传感器、第二温度传感器、第一颗粒过滤器和流量计。

可选地，所述去离子器支路包括依次连接的第一电动阀、第二手阀、去离子器组和第三手阀，所述去离子器支路靠近所述第一电动阀的一端连接在所述第二冷却支路上，且位于所述第一颗粒过滤器和所述流量计之间，所述去离子器支路靠近所述第三手阀的一端连接在所述第一冷却支路上，且位于所述第一水泵与所述电堆组之间。

可选地，所述补水支路包括依次连接的膨胀水箱、第二水泵、第二电动阀和冷却液补水口，所述膨胀水箱的一侧还设有液位传感器，所述补水支路远离所述冷却液补水口的一端连接在所述第一冷却支路上，且位于所述第一水泵与所述电堆组之间。

可选地，所述外循环回路包括冷却塔、板式换热器和连接在所述冷却塔与所述板式换热器之间的第三冷却支路和第四冷却支路。

可选地，所述第三冷却支路包括依次连接的第四温度传感器、第五手阀和第三水泵，所述第三冷却支路靠近所述第四温度传感器的一侧连接在所述板式换热器的第二出口上，所述第三冷却支路靠近所述第三水泵的一端连接在所述冷却塔的入口上。

可选地，所述第四冷却支路包括依次连接的第二颗粒过滤器、第二电动三通阀、第四手阀和第三温度传感器，所述第四冷却支路靠近所述第二颗粒过滤器的一端连接在所述冷却塔的出口上，所述第四冷却支路靠近所述第三温度传感器的一端连接在所述板式换热器的第二入口上，所述第二电动三通阀的第三管口连接在所述第三冷却支路上，且位于所述第三水泵与所述第五手阀上。

本发明还提供了一种储能电站用燃料电池冷却方法，应用于上述所述储能电站用燃料电池冷却系统，包括：

S₁：电堆组出来的高温冷却液经过第一冷却支路进入板式换热器，与外循环回路中的冷却液进行换热，然后颗粒过滤器返回进入所述电堆组；

S₂：当电导率传感器检测到电导率≥5μs/cm时，打开第一电动阀，去离子器组开始工作；

S₃：当液位传感器检测到主冷却回路缺水时，启动第二电动阀，打开第二水泵进行补水，当所述液位传感器检测到液面到达高液位后关闭所述第二水泵和第二电动阀；

S₄：与内循环回路进行换热的冷却液经过板式换热器流入到第二水泵，回到冷却塔进行降温后重新回到所述板式换热器用于内循环的换热；

S₅：当燃料电池系统在功率P≤P₀的运行时，调节第二电动三通阀改变进入所述板式换热器的流量。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、能够实现热电连供，有效的利用燃料电池系统工作时产生的热量；

2、智能化、自动化程度高，具备自动补水功能；通过实时在线监测冷却液的电导率，来控制去离子器的使用。

3、集中程度高，可同时给几兆瓦，甚至千兆瓦的系统进行冷却；

4、可满足多个功率段的系统运行，覆盖范围广。

附图说明

图1为本发明实施例中储能电站用燃料电池冷却系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中储能电站用燃料电池冷却系统的控制方法的一个具体示例的流程图。

附图标记说明：

1-内循环回路；

11-主冷却回路；

111-板式换热器；112-电堆组；113-第一冷却支路；1131-第一水泵；1132-第一温度传感器；1133-第一电动三通阀；1134-第一手阀；114-第二冷却支路；1141-电导率传感器；1142-第二温度传感器；1143-第一颗粒过滤器；1144-流量计；

12-去离子器支路；

121-第一电动阀；122-第二手阀；123-去离子器组；124-第三手阀；

13-补水支路；

131-膨胀水箱；132-第二水泵；133-第二电动阀；134-液位传感器；135-冷却液补水口；

2-外循环回路；

21-冷却塔；22-第三冷却支路；221-第四温度传感器；222-第五手阀；223-第三水泵；23-第四冷却支路；231-第二颗粒过滤器；232-第二电动三通阀；233-第四手阀；234-第三温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”....“第四”等用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1所示，本发明实施例提供一种储能电站用燃料电池冷却系统，包括：

内循环回路1，内循环回路包括主冷却回路11、去离子器支路12和补水支路13，去离子器支路12适于检测冷却回路的电导率，补水支路13适于对主冷却回路11进行补水；

外循环回路2，外循环回路2适于对内循环回路1的冷却液进一步换热。

由此，整个储能电站用燃料电池冷却系统根据板式换热器111位置可分为内循环回路1和外循环回路2两个部分，电堆出来的高温冷却液经过内循环回路1进入板式换热器111，与外循环回路2中的冷却液进行换热，然后返回至进入电堆。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，主冷却回路11包括板式换热器111、电堆组112和连接在板式换热器111与电堆组112之间的第一冷却支路113和第二冷却支路114，电堆组112出来的高温冷却液经第一冷却支路113送入到板式换热器111换热后进入到第二冷却支路114，第二冷却支路114的另一端返回至电堆组112。

由此，在整个主冷却回路中，在水泵出口处，设置了热电连供的接口，通过电动三通阀的调节，根据需求用来进行制氢或者给氢气路加热来使用，具有节能的意义。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，第一冷却支路113包括依次连接的第一水泵1131、第一温度传感器1132、第一电动三通阀1133和第一手阀1134，通过第一电动三通阀1133的调节，可根据需求用来进行制氢或者给氢气路加热来使用，具有节能的意义。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，第二冷却支路114包括依次连接的电导率传感器1141、第二温度传感器1142、第一颗粒过滤器1143和流量计1144。

在板式换热器111后端安装电导率传感器1141，用来监测整个冷却路的电导率大小，保证整个系统的绝缘问题。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，去离子器支路12包括依次连接的第一电动阀121、第二手阀122、去离子器组123和第三手阀124，去离子器支路12靠近第一电动阀121的一端连接在第二冷却支路114上，且位于第一颗粒过滤器1143和流量计1144之间，去离子器支路12靠近第三手阀124的一端连接在第一冷却支路113上，且位于第一水泵1131与电堆组112之间。

需要说明的是，车用燃料电池系统用的去离子器一般布置在排气路或者与电堆并联位置，这样的布置使得去离子器一直处于工作状态中，降低了去离子器的使用寿命。而储能电站中由于电堆数量巨大，冷却液用量也大，在保证低电导率的同时也要保证较长的寿命要求。

当检测到电导率超标(≥5μs/cm)，打开第一电动三通阀1133，去离子器组123开始工作；检测电导率超标(＜5μs/cm)，关闭第一电动阀121，这样设计的意义在于在保证冷却路的电导率问题的同时，能够减少去离子器组123的使用时间，延长去离子器的更换周期，降低系统运营成本。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，补水支路13包括依次连接的膨胀水箱131、第二水泵132、第二电动阀133和冷却液补水口135，膨胀水箱131的一侧还设有液位传感器134，补水支路13远离冷却液补水口135的一端连接在第一冷却支路113上，且位于第一水泵1131与电堆组112之间。

由此，在膨胀水箱131上安装了液位传感器134，一般车用的膨胀水箱上只安装了低液位的传感器，起缺水报警作用。而储能电站都是几百兆瓦级，是车用燃料电池系统的上千倍，所以需要的电堆用水量极大，智能化、自动化的补水系统显得尤为必要。当液位传感器134检测到缺水时，启动第二电动阀133，打开第二水泵132，进行补水，当液位传感器134检测到液面到达高液位后关闭第二水泵132，关闭第二电动阀133，实现了储能电站规格大无人看守的自动化和智能化。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，外循环回路2包括冷却塔21、板式换热器111和连接在冷却塔21与板式换热器111之间的第三冷却支路22和第四冷却支路23。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，第三冷却支路22包括依次连接的第四温度传感器221、第五手阀222和第三水泵223，第三冷却支路22靠近第四温度传感器221的一侧连接在板式换热器111的第二出口上，第三冷却支路22靠近第三水泵223的一端连接在冷却塔21的入口上。

具体地，请参阅图1所示，在本实施例中，第四冷却支路23包括依次连接的第二颗粒过滤器231、第二电动三通阀232、第四手阀233和第三温度传感器234，第四冷却支路23靠近第二颗粒过滤器231的一端连接在冷却塔21的出口上，第四冷却支路23靠近第三温度传感器234的一端连接在板式换热器111的第二入口上，第二电动三通阀232的第三管口连接在第三冷却支路22上，且位于第三水泵223与第五手阀222上。

由于储能电站的电堆数量多，工作时发热量也大，传统的散热器显然不适合，使用冷却塔进行多个系统的同时散热是必要的，与内循环回路1进行换热的冷却液经过板式换热器111流入第三水泵223，回到冷却塔21进行降温后，重新回到板式换热器111用于内循环回路1的换热，由于冷却塔21的换热能力根据设计而来，进出温度不能实时调节，当系统在低功率段的运行时，所需散热量不大，此时可调节第二电动三通阀232来改变进入板式换热器111的流量，从而实现电站用燃料电池系统的各功率段的散热需求，做到了覆盖范围广。

本发明的实施例还提供一种储能电站用燃料电池冷却方法，应用于上述所述储能电站用燃料电池冷却系统，包括：

S₁：电堆组112出来的高温冷却液经过第一冷却支路113进入板式换热器111，与外循环回路2中的冷却液进行换热，然后颗粒过滤器8返回进入电堆组112；

S₂：当电导率传感器1141检测到电导率≥5μs/cm时，打开第一电动阀9，去离子器组123开始工作；

S₃：当液位传感器134检测到主冷却回路11缺水时，启动第二电动阀133，打开第二水泵132进行补水，当液位传感器134检测到液面到达高液位后关闭所述第二水泵132和第二电动阀133；

S₄：与内循环回路1进行换热的冷却液经过板式换热器111流入到第二水泵132，回到冷却塔21进行降温后重新回到所述板式换热器111用于内循环的换热；

S₅：当燃料电池系统在功率P≤P₀的运行时，调节第二电动三通阀232改变进入所述板式换热器111的流量。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，包括：

内循环回路(1)，所述内循环回路包括主冷却回路(11)、去离子器支路(12)和补水支路(13)，所述去离子器支路(12)适于检测冷却回路的电导率，所述补水支路(13)适于对所述主冷却回路(11)进行补水；

外循环回路(2)，所述外循环回路(2)适于对所述内循环回路(1)的冷却液进一步换热。

2.根据权利要求1所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述主冷却回路(11)包括板式换热器(111)、电堆组(112)和连接在所述板式换热器(111)与所述电堆组(112)之间的第一冷却支路(113)和第二冷却支路(114)，所述电堆组(112)出来的高温冷却液经所述第一冷却支路(113)送入到所述板式换热器(111)换热后进入到所述第二冷却支路(114)，所述第二冷却支路(114)的另一端返回至所述电堆组(112)。

3.根据权利要求2所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述第一冷却支路(113)包括依次连接的第一水泵(1131)、第一温度传感器(1132)、第一电动三通阀(1133)和第一手阀(1134)。

4.根据权利要求3所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述第二冷却支路(114)包括依次连接的电导率传感器(1141)、第二温度传感器(1142)、第一颗粒过滤器(1143)和流量计(1144)。

5.根据权利要求4所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述去离子器支路(12)包括依次连接的第一电动阀(121)、第二手阀(122)、去离子器组(123)和第三手阀(124)，所述去离子器支路(12)靠近所述第一电动阀(121)的一端连接在所述第二冷却支路(114)上，且位于所述第一颗粒过滤器(1143)和所述流量计(1144)之间，所述去离子器支路(12)靠近所述第三手阀(124)的一端连接在所述第一冷却支路(113)上，且位于所述第一水泵(1131)与所述电堆组(112)之间。

6.根据权利要求5所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述补水支路(13)包括依次连接的膨胀水箱(131)、第二水泵(132)、第二电动阀(133)和冷却液补水口(135)，所述膨胀水箱(131)的一侧还设有液位传感器(134)，所述补水支路(13)远离所述冷却液补水口(135)的一端连接在所述第一冷却支路(113)上，且位于所述第一水泵(1131)与所述电堆组(112)之间。

7.根据权利要求1所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述外循环回路(2)包括冷却塔(21)、板式换热器(111)和连接在所述冷却塔(21)与所述板式换热器(111)之间的第三冷却支路(22)和第四冷却支路(23)。

8.根据权利要求7所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述第三冷却支路(22)包括依次连接的第四温度传感器(221)、第五手阀(222)和第三水泵(223)，所述第三冷却支路(22)靠近所述第四温度传感器(221)的一侧连接在所述板式换热器(111)的第二出口上，所述第三冷却支路(22)靠近所述第三水泵(223)的一端连接在所述冷却塔(21)的入口上。

9.根据权利要求8所述的储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，所述第四冷却支路(23)包括依次连接的第二颗粒过滤器(231)、第二电动三通阀(232)、第四手阀(233)和第三温度传感器(234)，所述第四冷却支路(23)靠近所述第二颗粒过滤器(231)的一端连接在所述冷却塔(21)的出口上，所述第四冷却支路(23)靠近所述第三温度传感器(234)的一端连接在所述板式换热器(111)的第二入口上，所述第二电动三通阀(232)的第三管口连接在所述第三冷却支路(22)上，且位于所述第三水泵(223)与所述第五手阀(222)上。

10.一种储能电站用燃料电池冷却方法，应用于如权利要求1-9任一所述储能电站用燃料电池冷却系统，其特征在于，包括：

S₁：电堆组(112)出来的高温冷却液经过第一冷却支路(113)进入板式换热器(111)，与外循环回路(2)中的冷却液进行换热，然后颗粒过滤器(8)返回进入所述电堆组(112)；

S₂：当电导率传感器(1141)检测到电导率≥5μs/cm时，打开第一电动阀(9)，去离子器组(123)开始工作；

S₃：当液位传感器(134)检测到主冷却回路(11)缺水时，启动第二电动阀(133)，打开第二水泵(132)进行补水，当所述液位传感器(134)检测到液面到达高液位后关闭所述第二水泵(132)和第二电动阀(133)；

S₄：与内循环回路(1)进行换热的冷却液经过板式换热器(111)流入到第二水泵(132)，回到冷却塔(21)进行降温后重新回到所述板式换热器(111)用于内循环的换热；

S₅：当燃料电池系统在功率P≤P₀的运行时，调节第二电动三通阀(232)改变进入所述板式换热器(111)的流量。

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