CN114883597A - 一种燃料电池联供系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池联供系统，包括第一储水箱、换热器、设置于燃料电池的电堆上的进水口以及出水口，进水口上设置有电磁感应加热管，出水口通过换热器与进水口连通形成第一循环回路，换热器与第一储水箱连通形成第二循环回路，第一储水箱与进水口连通形成供水管路；换热器内还设置有与余热利用设备连通的供热管道。本申请通过设置电磁感应加热管对第一循环回路中的冷却水进行快速加热，在热的冷却水流动过程中使得电堆快速升温以减少冷启动的时间；同时通过换热器中的供热管道来吸收电堆工作中产生的余热来供给给余热利用设备，同时再通过第二循环回路来进一步吸收热量，从而有效提高散热效果以及余热利用率。

Description

一种燃料电池联供系统

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池联供系统。

背景技术

燃料电池热电联供，是利用燃料电池发电技术同时向用户供给电能和热能的生产方式。用燃料电池运行过程中产生的余热供热，可提高能源的利用效率，同时也能够减少二氧化碳和其他有害气体的排放。

在交通运输领域，燃料电池发电过程中有较大的能量损失就是热量，电池的能量转换率为40%多，为了降低燃料电池运行过程中的温度，还需要配上水冷或空冷系统，而冷却系统方面已经比较成熟。

但是，针对燃料电池热电联供系统，对燃料电池的低温冷启动问题关注较少，缺少对应的解决措施。

发明内容

基于此，为了解决燃料电池热电联供过程中低温冷启动的问题，本发明提供了一种燃料电池联供系统，其具体技术方案如下：

本申请的实施例提供了一种燃料电池联供系统，包括第一储水箱、换热器、设置于燃料电池的电堆上的进水口以及出水口，所述进水口上设置有电磁感应加热管，所述出水口通过所述换热器与所述进水口连通形成用于冷却水流动的第一循环回路，所述电磁感应加热管包括管体、线圈以及绝热层，所述绝热层套设于所述管体的外周，所述线圈环绕所述管体并缠绕设置在所述绝热层上；

所述换热器与所述第一储水箱通过第一电磁阀连通形成第二循环回路，所述第一储水箱还通过第二电磁阀与所述进水口连通形成供水管路，所述第二电磁阀设置在所述电磁感应加热管的上游；所述换热器内还设置有与余热利用设备连通的供热管道，所述供热管道与所述第一循环回路以及所述第二循环回路均不干涉。

上述的一种燃料电池联供系统，通过设置所述电磁感应加热管对所述第一循环回路中的冷却水进行快速加热，在热的冷却水流动过程中使得所述电堆快速升温以减少冷启动的时间；同时通过所述换热器中的供热管道来吸收电堆工作中产生的余热来供给给余热利用设备，同时再通过所述第二循环回路来进一步吸收热量，从而有效提高散热效果以及余热利用率。

在本申请的一些实施例中，所述第一循环回路中设置有水泵。

在本申请的一些实施例中，所述电磁感应加热管的上游设置有第一温度传感器，所述出水口的的下游设置有第二温度传感器。

在本申请的一些实施例中，所述燃料电池联供系统还包括控制器，所述控制器分别与所述电磁感应加热管、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述水泵、所述第一温度传感器以及所述第二温度传感器连接。

在本申请的一些实施例中，所述出水口的下游还连接有排水口。

在本申请的一些实施例中，所述排水口上连接有第三电磁阀，所述排水口通过第三电磁阀与第二储水箱连通。

在本申请的一些实施例中，所述第二储水箱通过第四电磁阀与所述第一储水箱连通。

在本申请的一些实施例中，所述控制器为车载FCU。

在本申请的一些实施例中，所述第一储水箱的外层包覆有保温层。

在本申请的一些实施例中，所述第二储水箱内的温度低于所述第一储水箱内的温度。

相较于现有技术，本申请的实施例的有益效果如下：

本申请的实施例提供了一种燃料电池联供系统，包括第一储水箱、换热器、设置于燃料电池的电堆上的进水口以及出水口，通过设置电磁感应加热管对第一循环回路中的冷却水进行快速加热，在热的冷却水流动过程中使得电堆快速升温以减少冷启动的时间；同时通过换热器中的供热管道来吸收电堆工作中产生的余热来供给给余热利用设备，同时再通过第二循环回路来进一步吸收热量，从而有效提高散热效果以及余热利用率。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明实施例之一中一种燃料电池联供系统的结构示意图；

图2是本发明实施例之一中一种燃料电池联供系统的电磁感应加热管的结构示意图。

附图标记说明：

10、电堆；20、电磁感应加热管；21、管体；22、线圈；23、绝热层；31、第一储水箱；32、第二储水箱；33、换热器；34、余热利用设备；35、水泵；41、第一电磁阀；42、第二电磁阀；43、第三电磁阀；44、第四电磁阀；45、第一温度传感器；46、第二温度传感器。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“ 固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“ 连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“ 垂直的”、“ 水平的”、“左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“ 及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“ 第一”、“ 第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1与图2所示，本发明一实施例中的一种燃料电池联供系统，包括第一储水箱31、换热器33、设置于燃料电池的电堆10上的进水口以及出水口，进水口上设置有电磁感应加热管20，出水口通过换热器33与进水口连通形成用于冷却水流动的第一循环回路，电磁感应加热管20包括管体21、线圈22以及绝热层23，绝热层23套设于管体21的外周，线圈22环绕管体21并缠绕设置在绝热层23上；换热器33与第一储水箱31通过第一电磁阀41连通形成第二循环回路，第一储水箱31还通过第二电磁阀42与进水口连通形成供水管路，第二电磁阀42设置在电磁感应加热管20的上游；换热器33内还设置有与余热利用设备34连通的供热管道，供热管道与第一循环回路以及第二循环回路均不干涉。

上述的一种燃料电池联供系统，通过设置电磁感应加热管20对第一循环回路中的冷却水进行快速加热，在热的冷却水流动过程中使得电堆10快速升温以减少冷启动的时间；同时通过换热器33中的供热管道来吸收电堆10工作中产生的余热来供给给余热利用设备34，同时再通过第二循环回路来进一步吸收热量，从而有效提高散热效果以及余热利用率。

具体的，余热利用设备34可以为热风机等现有技术中常用的技术手段，，其具体结构并非本申请的重点，在此不再赘述。

在其中一个实施例中，管体21为磁性金属管，绝热层23为合成橡胶、环氧树脂或酚醛树脂与耐烧蚀组分复合而成的，起保温以及降低线圈22温度作用。通过采用电磁感应加热管20，热量直接在管体21上产生，与被加热冷却水直接接触，能效高，同时通过使用电磁感应加热管20来有效简化整个加热装置，能够提高整体的集成度。

在其中一个实施例中，第一循环回路中设置有水泵35。通过水泵35来控制第一循环回路中的流速。

在其中一个实施例中，电磁感应加热管20的上游设置有第一温度传感器45，出水口的的下游设置有第二温度传感器46。通过第一温度传感器45检测流经电磁感应加热管20的冷却水的温度，通过第二温度传感器46检测流经电堆10的冷却水的温度。

在其中一个实施例中，出水口的下游还连接有排水口。

在其中一个实施例中，排水口上连接有第三电磁阀43，排水口通过第三电磁阀43与第二储水箱32连通。

在其中一个实施例中，第二储水箱32通过第四电磁阀44与第一储水箱31连通。具体的，第一储水箱31的外层包覆有保温层。第一储水箱31中设置有第三温度传感器，第二储水箱32中设置有第四温度传感器。具体的，所述保温层为现有技术中常用的保温技术手段比如彩色钢板符合夹心板材，在此不再赘述。

优选地，第二储水箱32内的温度低于第一储水箱31内的温度，也就是说，第一储水箱31内的温度高于第二储水箱32内的温度。通过该温度设计能够在必要的时候使用所述第二储水箱的冷却水给所述第一储水箱进行降温。

更优选地，第一储水箱31以及第二储水箱32均为膨胀水箱。通过所述膨胀水箱能够起到定压作用和为系统补水的作用。

在其中一个实施例中，燃料电池联供系统还包括控制器，控制器分别与电磁感应加热管20、第一电磁阀41、第二电磁阀42、第三电磁阀43、第四电磁阀44、水泵35、第一温度传感器45、第二温度传感器46、第三温度传感器、第四温度传感器连接。具体的，第一电磁阀41、第二电磁阀42、第三电磁阀43、第四电磁阀44、水泵35、第一温度传感器45、第二温度传感器46、第三温度传感器以及第四温度传感器均为现有技术中常用的技术方案，可以根据实际需求在市面上进行采购，在此不再赘述。

在其中一个实施例中，控制器为车载FCU（即为燃料电池主控制器）。车载FCU为现有技术中常用的技术手段，可以根据实际需求在市面上进行采购，在此不再赘述。

工作原理：

一、燃料电池启动：

控制器控制第二电磁阀42打开，此时第一电磁阀41、第三电磁阀43以及第四电磁阀44均处于关闭状态，第一储水箱31中的冷却水流入第一循环回路中并在第一循环回路填充满后关闭第二电磁阀42，根据第一温度传感器45与第二温度传感器46的反馈，控制器做出如下控制：

当第一温度传感器45检测到此时冷却水的温度处于预设温度范围时，控制器控制电堆10正常运行；

当第一温度传感器45检测到此时冷却水的温度低于预设温度范围时，控制器控制电磁感应加热管20对冷却水进行加热，直至第二温度传感器46与第一温度传感器45检测到冷却水的温度处于预设温度范围，控制电堆10正常运行并关闭电磁感应加热管20；

当第一温度传感器45检测到此时冷却水的温度高于预设温度范围时，第三电磁阀43以及第四电磁阀44打开，使得第二储水箱32、第一储水箱31以及第一循环回路导通，从而通过第二储水箱32中较冷的冷却水对第一储水箱31以及第一循环回路中的冷却水进行降温，直至第一温度传感器45以及第二温度传感器46检测到第一循环回路中的冷却水的温度处于预设温度范围时，控制电堆10正常运行。

二、运行过程：

在电堆10正常运行时，控制器控制第一电磁阀41开启，通过在热交换器中的第二循环回路中的冷却水与第一循环回路中的冷却水进行热交换，将热量转移到第一储水箱31中，进行余热存储，同时供热管道可以在需要时与余热利用设备34导通从而汲取第一循环回路中的冷却水的热量进行利用；

控制器根据第一温度传感器45及第二温度传感器46的反馈得出进出堆温度差，对水泵35的转速进行控制，使电堆10的进出堆温度差控制在预设的温差范围内；

当第一温度传感器45及第二温度传感器46检测到的温度低于预设温度范围时，控制器获取第三温度传感器的温度检测值，若温度检测值处于预设温度范围时，控制器将控制第二电磁阀42以及第三电磁阀43导通，将低于预设温度范围的冷却水从第一循环回路中经过排水口排出到第二储水箱32中，并将储存有余热的第一储水箱31的冷却水填补到第一循环回路中；

若此时第三温度传感器检测到的温度仍然低于预设温度范围时，启动电磁感应加热管20，并根据冷却水的温度值控制电磁感应加热管20的输出功率，使得第一循环回路的冷却水温度回升到预设的范围内；

当第四温度传感器检测到温度高于预设温度范围并持续一段时间时，控制器发出警报。

以上的预设温度、预设温差以及第四温度传感器的判断条件根据电堆10反应所需温度以及有限次实验可以获得，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池联供系统，其特征在于，包括第一储水箱、换热器、设置于燃料电池的电堆上的进水口以及出水口，所述进水口上设置有电磁感应加热管，所述出水口通过所述换热器与所述进水口连通形成用于冷却水流动的第一循环回路，所述电磁感应加热管包括管体、线圈以及绝热层，所述绝热层套设于所述管体的外周，所述线圈环绕所述管体并缠绕设置在所述绝热层上；

所述换热器与所述第一储水箱通过第一电磁阀连通形成第二循环回路，所述第一储水箱还通过第二电磁阀与所述进水口连通形成供水管路，所述第二电磁阀设置在所述电磁感应加热管的上游；所述换热器内还设置有与余热利用设备连通的供热管道，所述供热管道与所述第一循环回路以及所述第二循环回路均不干涉。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述第一循环回路中设置有水泵。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述电磁感应加热管的上游设置有第一温度传感器，所述出水口的的下游设置有第二温度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述燃料电池联供系统还包括控制器，所述控制器分别与所述电磁感应加热管、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述水泵、所述第一温度传感器以及所述第二温度传感器连接。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述出水口的下游还连接有排水口。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述排水口上连接有第三电磁阀，所述排水口通过第三电磁阀与第二储水箱连通。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述第二储水箱通过第四电磁阀与所述第一储水箱连通。

8.根据权利要求4所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述控制器为车载FCU。

9.根据权利要求7所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述第一储水箱的外层包覆有保温层。

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池联供系统，其特征在于，所述第二储水箱内的温度低于所述第一储水箱内的温度。

Images