CN114865001A - 一种降低冷却液电导率的冷却系统、冷却系统台架及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统、冷却系统台架及应用，所述降低冷却液电导率的冷却系统包括生长有细菌的细菌室，细菌室一侧连通的主膨胀水箱，以及细菌室另一侧的第一电导率传感器。本发明所述冷却系统中采用生物吸附技术，利用细菌来减少冷却系统中的离子，使用方便，操作简单，无污染，成本低，吸附效果显著，能大幅度降低冷却液的电导率，并且细菌的使用延长了去离子器的使用寿命。

Description

一种降低冷却液电导率的冷却系统、冷却系统台架及应用
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种冷却系统，尤其涉及一种降低冷却液电导率的冷却系统、冷却系统台架及应用。
背景技术
目前燃料电池汽车快速发展，燃料电池发动机中双极板要求低腐蚀速率来延长电堆的使用寿命，因此氢燃料电池冷却系统对冷却介质要求极高，需采用低电导率的冷却液。由于传统机动车用冷却液电导率>2000μS/cm，无法满足燃料电池发动机的正常运行，错误使用会导致整车绝缘性能失效，存在极大的安全性问题。
目前主要使用的低电导率冷却液与冷却系统材料的匹配不统一，长期的高温(70-80℃)侵蚀下，冷却液离子析出会随着时间的推移而增大，导致电堆内部产生短路造成损伤。因此，冷却系统中产生的阴阳离子是导致电导率增加的根本原因，系统会持续不断的析出离子，因此系统需要辅助增加去离子器来降冷却液的电导率。
CN 214625116U公开了一种降低燃料电池冷却液导电率的系统，包括燃料电池、水箱、中冷器、第一去离子仪、第二去离子仪、节温器、主散热器和冷却液循环泵，所述水箱、所述中冷器、所述第一去离子仪、所述节温器和所述燃料电池的冷却液入口沿冷却液的流入方向依次连接并连通，所述第二去离子仪分别与所述燃料电池的冷却液出口和所述冷却液循环泵连通，所述主散热器的进液端和出液端分别与所述冷却液循环泵和所述节温器连通；公开的系统设计了多个降低冷却液电导率的去离子器，提高系统降低冷却液电导率的能力，但是去离子器不能大幅度减低系统中的导电率，并且去离子器的使用寿命也有限。
基于以上研究，需要提供一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述冷却系统能够大幅度减低系统中离子率，降低系统冷却液的电导率，延长去离子器的使用寿命，延长冷却液的使用寿命，大幅度降低成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低冷却液电导率的冷却系统、冷却系统台架及应用，所述冷却系统采用生物吸附技术，利用细菌来减少冷却系统中的离子，使用方便，操作简单，无污染，成本低，吸附效果显著，能大幅度降低冷却液的电导率，并且细菌的使用延长了去离子器的使用寿命。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述降低冷却液电导率的冷却系统包括生长有细菌的细菌室，细菌室一侧连通的主膨胀水箱，以及细菌室另一侧的第一电导率传感器。
本发明通过在冷却系统中添加细菌，由于细菌细胞壁带有负电荷，使得细菌表面具有阴离子的性质，使金属离子结合到细胞的表面，从而使细菌起到吸附离子作用，降低系统中的离子含量，降低冷却液的电导率；同时，细菌的使用能够延长去离子器的寿命，甚至不使用去离子器仍能大幅降低冷却液的电导率；此外，本发明所述细菌室一侧的主膨胀水箱能够排气，进液，保证细菌室中的环境，第一电导率传感器的设置能够检测系统中冷却液的电导率，分析是否需要添加细菌。
本发明所述冷却系统的电导率析出速率为XμS/cm/天，细菌析出速率YμS/cm/天，所述X<Y，即可满足系统处于低电导率环境，整车绝缘良好。
优选地，所述细菌包括光合细菌、弗氏柠檬酸杆菌、鞘细菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌或钝顶螺旋藻菌中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括光合细菌和弗氏柠檬酸杆菌的组合，鞘细菌和金黄色葡萄球菌的组合，枯草杆菌和大肠杆菌的组合，枯草芽孢杆菌和钝顶螺旋藻菌的组合，或者光合细菌、弗氏柠檬酸杆菌和钝顶螺旋藻菌三者的组合。
本发明所述光合细菌包括革兰氏阴性菌，能够吸附铜离子，弗氏柠檬酸杆菌也能吸附铜离子，鞘细菌能够吸附铬离子，金黄色葡萄球菌和枯草杆菌能够吸附镍离子，大肠杆菌和枯草芽孢杆菌能够吸附钙离子和镁离子，钝顶螺旋藻能够吸附镉离子。
优选地，所述细菌室与主膨胀水箱之间通过细管连通，其中，细菌室为附膨胀水箱，内部包括萃取膜，萃取膜与细菌室的水箱盖一体设计。
优选地，所述细菌室内的细菌生长在萃取膜内，所述萃取膜包括PDMS膜。
本发明所述细菌室同样为膨胀水箱，并且在内部设置了萃取膜，让细菌生长在萃取膜内部，防止细菌流出细菌室，让细菌生长在环境适宜其生存的细菌室内，从而保证细菌的正常活动，利用单独细菌室的适宜环境，使得细菌不断的生存和吸附离子。
优选地，所述细菌室内的温度为25-55℃，例如可以是25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述细菌的菌体浓度为2-20g/L，例如可以是2g/L、4g/L、6g/L、8g/L、10g/L、12g/L、14g/L、16g/L、18g/L或20g/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述细菌室和第一电导率传感器之间设置有排水阀，第一电导率传感器与第一电堆的冷却液出口连通。
优选地，所述主膨胀水箱与大气连通，且与第一电堆的冷却液出口连通。
优选地，所述主膨胀水箱还设置了液位传感器。
优选地，所述降低冷却液电导率的冷却系统还包括主膨胀水箱一侧依次连通的去离子器、散热器、第二电导率传感器和过滤器，所述过滤器与第一电堆的冷却液进口连通，连通的支路上还连通PTC(指加热器)、三通阀和冷却水泵，所述冷却水泵与第一电堆的冷却液出口连通，所述三通阀还与散热器连通。
本发明细菌的使用能够减少去离子器树脂含量的使用，优化去离子器内部树脂比例配比，从而延长去离子器的使用寿命。
本发明所述第二电导率传感器同样用于测试细菌吸附离子后冷却液的电导率，所述过滤器的添加能够过滤颗粒等物质，防止颗粒等杂质进入电堆中。
第二方面，本发明提供了一种冷却系统台架，所述冷却系统台架用于测试第一方面所述的冷却系统的去离子效果；
优选地，所述冷却系统台架包括通过板式换热器结合的第一回路和第二回路，所述第一回路包括依次连接在加热水箱出口和进口间的手阀、水泵和板式换热器；
所述第二回路包括依次连接在防冻液水箱出口和第一进口间的手阀、水泵、板式交换器、电导率仪、压力传感器、温度传感器、手阀、第二电堆、手阀、pH传感器、流量传感器、压力传感器、去离子器接口、手阀、去离子器接口、温度传感器和电导率仪；
所述防冻液水箱的结构与第一方面所述细菌室的结构相同，内部包括冷却液，以及如第一方面所述细菌室内生长的细菌。
本发明所述防冻液水箱与第一方面所述的细菌室起到的作用相同，能够使细菌生长和吸附离子。
本发明提供的冷却系统台架为了验证采用细菌进行吸附离子的效果，由于第一方面提供的冷却系统用于整车中，无法评测冷却液的离子含量等，因此，本发明又提供了一种冷却系统台架。
优选地，所述第二回路中的水泵还包括稳压支路，所述稳压支路设置了手阀，再与防冻液水箱的第二进口连接。
优选地，所述第二电堆一侧还设置有散热装置。
本发明所述稳压支路能够根据台架的压力打开或关闭手阀进行调节压力。
第三方面，本发明提供了一种燃料电池汽车，所述燃料电池汽车包括如第一方面所述的降低冷却液电导率的冷却系统。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过生物吸附技术，利用细菌的细胞表面具有阴离子性质的特点，使得金属离子结合到细菌细胞的表面，从而使细菌起到吸附离子，降低冷却液的电导率作用；同时，细菌的加入能够调节系统的pH值，使系统处于稳定状态，减少系统零部件的离子析出，还减少了树脂的使用，优化了去离子器内部树脂比例配比，延长了去离子器的寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1所述冷却系统的连接示意图；
图2是本发明实施例1所述冷却系统台架连接示意图；
其中，1-细菌室，2-主膨胀水箱，3-第一电导率传感器，4-去离子器，5-排水阀，6-第一电堆，7-散热器，8-第二电导率传感器，9-过滤器，10-PTC，11-三通阀，12-冷却水泵，13-液位传感器，14-板式换热器，15-加热水箱，16-手阀，17-水泵，18-防冻液水箱，19-电导率仪，20-压力传感器，21-温度传感器，22-第二电堆，23-pH传感器，24-流量传感器，25-去离子器接口。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种如图1所示的降低冷却液电导率的冷却系统，所述降低冷却液电导率的冷却系统包括生长有细菌的细菌室1，细菌室1一侧连通的主膨胀水箱2，细菌室1另一侧的第一电导率传感器3，以及主膨胀水箱2另一侧依次连通的去离子器4、散热器7、第二电导率传感器8和过滤器9；
所述细菌室1和第一电导率传感器3之间设置有排水阀5，第一电导率传感器3与第一电堆6下端的冷却液出口连通；所述主膨胀水箱2与大气连通，一侧还连接有液位传感器13，且与第一电堆6下端的冷却液出口连通；
所述细菌室1与主膨胀水箱2之间通过细管连通，其中，细菌室1为附膨胀水箱，内部包括萃取膜，萃取膜与细菌室1的水箱盖一体设计，所述细菌室1内的细菌生长在萃取膜内，所述萃取膜为PDMS膜；
所述过滤器9与第一电堆6上端的冷却液进口连通，连通的支路上还连通PTC10、三通阀11和冷却水泵12，所述冷却水泵12与第一电堆6下端的冷却液出口连通；
所述细菌室1内的温度为35℃，所述细菌包括10mL的光合细菌菌株(革兰氏阴性菌)，10mL的弗氏柠檬酸杆菌菌株和10mL的钝顶螺旋藻菌株，总菌体浓度为6g/L，其中，光合细菌、弗氏柠檬酸杆菌和钝顶螺旋藻菌的菌体浓度均为2g/L；
所述冷却系统采用如图2所示的冷却系统台架测试去离子效果，所述冷却系统台架包括通过板式换热器14结合的第一回路和第二回路，所述第一回路包括依次连接在加热水箱15出口和进口间的手阀16、水泵17和板式换热器14；所述第二回路包括依次连接在防冻液水箱18出口和第一进口间的手阀16、水泵17、板式交换器14、电导率仪19、压力传感器20、温度传感器21、手阀16、第二电堆22、手阀16、pH传感器23、流量传感器24、压力传感器20、去离子器接口25、手阀16、去离子器接口25、温度传感器21和电导率仪19，第二电堆22一侧还设置了散热装置。
所述第二回路中的水泵17还包括稳压支路，所述稳压支路设置了手阀16，再与防冻液水箱18的第二进口连接；所述防冻液水箱18结构与细菌室1相同，内部包括冷却液，以及上述细菌室1内生长的细菌；所述防冻液水箱18如图2所示，从上到下依次为出口，第二进口和第一进口。
所述冷却系统台架初始电导率为25μS/cm，pH值为6，温度35℃，流量为5L/min，系统容积为40L，冷却系统台架运行前和运行8h后冷却液电导率和各离子浓度如下列表格所示：
Figure BDA0003672242680000081
Figure BDA0003672242680000082
由以上表格可知，台架运行前初始的电导率为25μS/cm，运行后，细菌吸附离子，使电导率降至了5.3μS/cm，因此，本发明提出的采用细菌进行吸附离子，能够降低冷却液的电导率。
实施例2
本实施例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述降低冷却液电导率的冷却系统与实施例1相同，区别在于未添加去离子器，细菌包括5mL的光合细菌菌株(革兰氏阴性菌)，5mL的弗氏柠檬酸杆菌菌株、10mL的枯草杆菌株和10mL的钝顶螺旋藻菌株，总菌体浓度为20g/L，其中，光合细菌、弗氏柠檬酸杆菌、枯草杆菌株和钝顶螺旋藻菌的菌体浓度均为5g/L。
实施例3
本实施例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述降低冷却液电导率的冷却系统与实施例1相同，区别在于未添加去离子器，所述细菌包括10mL的光合细菌菌株(革兰氏阴性菌)，10mL的鞘细菌菌株和10mL的金黄色葡萄球菌株，总菌体浓度为6g/L，其中，光合细菌、鞘细菌菌株和金黄色葡萄球菌株的菌体浓度均为2g/L。
实施例4
本实施例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述冷却系统除了未设置去离子器外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述冷却系统除了细菌室内的温度为20℃外，其余均与实施例4相同。
实施例6
本实施例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述冷却系统除了细菌室内的温度为60℃外，其余均与实施例4相同。
实施例7
本实施例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述冷却系统除了细菌仅包括光合细菌和弗氏柠檬酸杆菌，未添加钝顶螺旋藻菌外，其余均与实施例4相同。
实施例8
本实施例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述冷却系统除了细菌仅包括光合细菌外，未添加弗氏柠檬酸杆菌和钝顶螺旋藻菌外，其余均与实施例4相同。
对比例1
本对比例提供了一种降低冷却液电导率的冷却系统，所述冷却系统除了未添加细菌外，其余均与实施例4相同。
以上实施例和对比例的冷却系统电导率析出速率为XμS/cm/天，细菌吸附速率YμS/cm/天，若X<Y，即可满足系统处于低电导率环境，整车绝缘良好，并且Y与X的差值越大则细菌吸附效果越好，各实施例和对比例Y与X的差值如表1所示：
表1
Figure BDA0003672242680000101
Figure BDA0003672242680000111
从表1可以看出：
本发明提供的冷却系统中加入细菌，能够利用细菌的吸附作用降低离子含量，降低冷却液的电导率，Y与X的差值较大，说明细菌吸附效果好，使得系统处于低电导率环境，整车绝缘良好；由实施例1与实施例4可知，冷却系统中仅采用细菌进行吸附，不设置去离子器，同样能使系统处于低电导率环境；由实施例4与实施例5-6可知，细菌中的环境，尤其是温度会影响细菌的生长和吸附，从而会影响去离子效果；由实施例4与实施例7-8可知，细菌种类不同会产生不同去离子效果；由实施例4与对比例1可知，实施例4采用细菌去离子能够达到较好降低冷却液电导率的效果。
综上所述，本发明提供一种降低冷却液电导率的冷却系统、冷却系统台架及应用，所述冷却系统采用生物吸附技术，能够大幅度减低系统中离子率，降低系统冷却液的电导率，延长去离子器的使用寿命，延长冷却液的使用寿命，并且大幅度降低了成本。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种降低冷却液电导率的冷却系统，其特征在于，所述降低冷却液电导率的冷却系统包括生长有细菌的细菌室，细菌室一侧连通的主膨胀水箱，以及细菌室另一侧的第一电导率传感器。
2.根据权利要求1所述的降低冷却液电导率的冷却系统，其特征在于，所述细菌包括光合细菌、弗氏柠檬酸杆菌、鞘细菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌或钝顶螺旋藻菌中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的降低冷却液电导率的冷却系统，其特征在于，所述细菌室与主膨胀水箱之间通过细管连通，其中，细菌室为附膨胀水箱，内部包括萃取膜，萃取膜与细菌室的水箱盖一体设计；
优选地，所述细菌室内的细菌生长在萃取膜内，所述萃取膜包括PDMS膜；
优选地，所述细菌室内的温度为25-55℃，细菌的菌体浓度为2-20g/L。
4.根据权利要求1或2所述的降低冷却液电导率的冷却系统，其特征在于，所述细菌室和第一电导率传感器之间设置有排水阀，第一电导率传感器与第一电堆的冷却液出口连通。
5.根据权利要求1或2所述的降低冷却液电导率的冷却系统，其特征在于，所述主膨胀水箱与大气连通，且与第一电堆的冷却液出口连通。
6.根据权利要求1或2所述的降低冷却液电导率的冷却系统，其特征在于，所述降低冷却液电导率的冷却系统还包括主膨胀水箱一侧依次连通的去离子器、散热器、第二电导率传感器和过滤器，所述过滤器与第一电堆的冷却液进口连通，连通的支路上还连通PTC、三通阀和冷却水泵，所述冷却水泵与第一电堆的冷却液出口连通，所述三通阀还与散热器连通。
7.一种冷却系统台架，其特征在于，所述冷却系统台架用于测试权利要求1-6任一项所述的冷却系统的去离子效果。
8.根据权利要求7所述的冷却系统台架，其特征在于，所述冷却系统台架包括通过板式换热器结合的第一回路和第二回路，所述第一回路包括依次连接在加热水箱出口和进口间的手阀、水泵和板式换热器；
所述第二回路包括依次连接在防冻液水箱出口和第一进口间的手阀、水泵、板式交换器、电导率仪、压力传感器、温度传感器、手阀、第二电堆、手阀、pH传感器、流量传感器、压力传感器、去离子器接口、手阀、去离子器接口、温度传感器和电导率仪；
所述防冻液水箱的结构与权利要求1-6任一项所述细菌室的结构相同，内部包括冷却液，以及如权利要求1-6任一项所述细菌室内生长的细菌。
9.根据权利要求8所述的冷却系统台架，其特征在于，所述第二回路中的水泵还包括稳压支路，所述稳压支路设置了手阀，再与防冻液水箱的第二进口连接。
10.一种燃料电池汽车，其特征在于，所述燃料电池汽车包括如权利要求1-6任一项所述的降低冷却液电导率的冷却系统。
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