CN114899443B - 一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置 - Google Patents

一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置，包括显热冷却单元、集水单元和闪蒸冷却单元，其中，显热冷却单元连接于燃料电池，用于循环冷却液并冷却燃料电池；集水单元连接于燃料电池和闪蒸冷却单元，用于分离并收集燃料电池产生的水及闪蒸冷却单元的循环废水；闪蒸冷却单元连接于集水单元和显热冷却单元之间，用于在工作时使得燃料电池产生的水汽化并与显热冷却单元配合实现对燃料电池的换热降温。本发明一方面可以利用燃料电池系统生成的水实现高效潜热换热，满足燃料电池系统在大功率工况下的散热需求，另一方面装置布局灵活，提高了燃料电池系统的紧凑性。

Description

一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置。
背景技术
燃料电池是一种可以把储存在燃料(如氢气)中的化学能直接转换成电能的高效率零污染的发电装置，其不需要经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池被认为是最有发展前途的发电技术。
燃料电池发电效率在50％左右，在进行供电时会产生大量的热量，若不及时排出该部分热量将会影响到燃料电池系统的运行。传统内燃机只有约50％的热量需要被冷却系统带走，而燃料电池动力系统在运行时约95％的热量需要被冷却系统带走，因此燃料电池动力系统的散热需求远远大于传统内燃机。此外，燃料电池堆的工作温度区间较窄(60-80℃)，相对而言对冷却系统的要求更高。
目前，燃料电池堆上设置有冷却流道，依靠冷却水将热量带到风冷散热器，通过自然风或散热风扇冷却散热器带走热量，散热效率较低，若散热器体积过小、散热风扇功率过低，在燃料电池动力系统大功率工况运行时往往不能满足散热需求；另一方面，若散热器体积过大，则不利于装置布局；且在燃料电池运作过程中，随着化学反应的进行会伴随着大量水分生成，直接排出会造成水资源浪费，此外还会对路况造成影响(尤其是冬天会造成路面结冰)。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何在控制散热器的体积/重量的前提下，满足燃料电池动力系统的散热需求，实现燃料电池系统的紧凑性。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置，所述燃料电池换热装置包括：显热冷却单元、集水单元和闪蒸冷却单元；
所述显热冷却单元连接于燃料电池，用于循环冷却液并冷却所述燃料电池；
所述集水单元连接于燃料电池和所述闪蒸冷却单元，用于分离并收集所述燃料电池电化学反应产生的水及闪蒸冷却单元的循环废水；所述集水单元的出水口同时也连接至闪蒸冷却单元；
所述闪蒸冷却单元用于对所述燃料电池电化学反应产生的水进行汽化，实现两相换热，并与所述显热冷却单元配合实现对所述燃料电池的换热降温。
其中，所述显热冷却单元包括：循环泵、显热散热器；所述燃料电池在不同工况即不同输出功率下的散热量不同，通过调节循环泵的功率大小来调节显热冷却单元中冷却液流量的大小，以移除不同燃料电池系统热负荷下的废热，并通过对流和导热将热量转移到显热散热器上，通过空气对流排放到周围环境当中。
其中，所述集水单元包括气液分离器和排水阀；
所述燃料电池内部产生的水掺杂在流道内部的反应气体当中，并随其排出燃料电池电堆外，汽水分离器用于分离反应气体和水；
分离收集到的水通过排水阀传输至闪蒸冷却单元中继续利用；
此外，所述气液分离器入口还与所述闪蒸冷却单元连接，从而将闪蒸冷却单元在换热过程中产生的废水收集并循环利用。
其中，所述闪蒸冷却单元设置有储水箱、潜热散热器、抽气泵、第一排气阀和第二排气阀；
所述集水单元的排水阀连接至储水箱；
所述潜热散热器安装于储水箱的内部，内含潜热散热器的储水箱、第一排气阀、抽气泵、第二排气阀依次连接；所述第二排气阀出口连接至气液分离器入口；
当所述闪蒸冷却单元开始工作时，抽气泵将储水箱内的大气压抽至指定状态，利用水蒸发汽化的潜热带走潜热散热器上的热量，并随水汽一起被排放到外界环境当中。
其中，所述闪蒸冷却单元还包括负压腔，所述负压腔安装于抽气泵与储水箱之间。
其中，所述显热冷却单元还包括：三通阀；
所述潜热散热器和显热散热器通过三通阀并联连接，各自流经潜热散热器和显热散热器的冷却液流量大小由三通阀调节。
其中，所述显热冷却单元还包括：三通阀；
所述潜热散热器和显热散热器通过三通阀串联连接，在冷却液流向上，所述显热散热器设置于所述潜热散热器前方，或者所述潜热散热器设置于所述显热散热器前方。
其中，所述换热装置还包括旁通支路，其中，在冷却液流向上，当所述显热散热器设置于所述潜热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述潜热散热器并联连接；当所述潜热散热器设置于所述显热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述显热散热器并联连接。
其中，所述燃料电池换热装置还包括：控制单元和采集单元；
所述采集单元用于采集燃料电池的热负荷参数信息；所述热负荷参数信息包括：燃料电池的工作温度或冷却液的温度；
所述控制单元用于根据采集单元的热负荷参数信息，控制所述换热装置的工作模式；
所述工作模式包括：
显热冷却模式：显热冷却单元工作，闪蒸冷却单元不工作；
闪蒸冷却模式：显热冷却单元不工作，闪蒸冷却单元工作；
联合冷却模式：显热冷却单元和闪蒸冷却单元协同工作。
其中，所述换热装置应用于燃料电池汽车整车构架中；
其中，在调试阶段，所述换热装置工作模式为闪蒸冷却模式；
在实车运行阶段，所述换热装置的工作模式切换为所述控制单元根据当前热负荷信息所控制的工作模式。
(三)有益效果
本发明所提供的基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置，利用燃料电池产水的汽化潜热对燃料电池系统进行换热降温，可以解决燃料电池系统的在大功率工况下的散热问题，另一方面还可以起到收集和利用燃料电池电化学反应生成水的作用，具有高效利用水资源、冷却性能好和装置布局灵活的特点。
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)本发明中潜热换热器的工作原理为相变换热，利用水的汽化潜热(2250kJ/kg)进行换热降温，相较于其他换热装置利用空气或水的显热而言(空气比热1.004kJ/(kg·K)，水的比热4.2kJ/(kg·K))，换热量很大，因此可以极大地减少散热器的体积/重量，有利于实现燃料电池系统的紧凑性。
(2)本发明闪蒸冷却单元与显热冷却单元有并联、串联两种连接形式，此外，本发明所需散热器相较于一般换热装置而言较小，因此装置可进行灵活的布局。
(3)燃料电池在工作时，内部时刻发生着电化学反应，伴随着大量水分的产生，这些水分如直接排放到环境中会造成浪费，本发明中设置了排水单元，可将反应水分收集并供给换热装置利用，达到高效换热效果的同时还起到了节约水资源的作用。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施例的一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明另一个实施例的一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置的结构示意图；
图3示出了根据本发明另一个实施例的一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置的结构示意图；
图4示出了根据本发明一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置的燃料电池汽车整车构架示意图；
图5示出了本发明一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置的框架示意图；
图6示出了本发明一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置的控制单元工作过程的流程示意图。
图7示出了根据本发明一个实施例的一种换热装置的结构示意图；
图8示出可被用于实施本发明中所述的各个实施例的示例性系统。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置，如图1-图8所示，所述燃料电池换热装置包括：显热冷却单元、集水单元和闪蒸冷却单元；
所述显热冷却单元连接于燃料电池，用于循环冷却液并冷却所述燃料电池；
所述集水单元连接于燃料电池和所述闪蒸冷却单元，用于分离并收集所述燃料电池电化学反应产生的水及闪蒸冷却单元的循环废水；所述集水单元的出水口同时也连接至闪蒸冷却单元；
所述闪蒸冷却单元用于对所述燃料电池电化学反应产生的水进行汽化，实现两相换热，并与所述显热冷却单元配合实现对所述燃料电池的换热降温。
其中，所述显热冷却单元包括：循环泵、显热散热器；所述燃料电池在不同工况即不同输出功率下的散热量不同，通过调节循环泵的功率大小来调节显热冷却单元中冷却液流量的大小，以移除不同燃料电池系统热负荷下的废热，并通过对流和导热将热量转移到显热散热器上，通过空气对流排放到周围环境当中。
其中，所述集水单元包括气液分离器和排水阀；
所述燃料电池内部产生的水掺杂在流道内部的反应气体当中，并随其排出燃料电池电堆外，汽水分离器用于分离反应气体和水；
分离收集到的水通过排水阀传输至闪蒸冷却单元中继续利用；
此外，所述气液分离器入口还与所述闪蒸冷却单元连接，从而将闪蒸冷却单元在换热过程中产生的废水收集并循环利用。
其中，所述闪蒸冷却单元设置有储水箱、潜热散热器、抽气泵、第一排气阀和第二排气阀；
所述集水单元的排水阀连接至储水箱；
所述潜热散热器安装于储水箱的内部，内含潜热散热器的储水箱、第一排气阀、抽气泵、第二排气阀依次连接；所述第二排气阀出口连接至气液分离器入口；
当所述闪蒸冷却单元开始工作时，抽气泵将储水箱内的大气压抽至指定状态，利用水蒸发汽化的潜热带走潜热散热器上的热量，并随水汽一起被排放到外界环境当中。
其中，所述闪蒸冷却单元还包括负压腔，所述负压腔安装于抽气泵与储水箱之间。
其中，所述显热冷却单元还包括：三通阀；
所述潜热散热器和显热散热器通过三通阀并联连接，各自流经潜热散热器和显热散热器的冷却液流量大小由三通阀调节。
其中，所述显热冷却单元还包括：三通阀；
所述潜热散热器和显热散热器通过三通阀串联连接，在冷却液流向上，所述显热散热器设置于所述潜热散热器前方，或者所述潜热散热器设置于所述显热散热器前方。
其中，所述换热装置还包括旁通支路，其中，在冷却液流向上，当所述显热散热器设置于所述潜热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述潜热散热器并联连接；当所述潜热散热器设置于所述显热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述显热散热器并联连接。
其中，所述燃料电池换热装置还包括：控制单元和采集单元；
所述采集单元用于采集燃料电池的热负荷参数信息；所述热负荷参数信息包括：燃料电池的工作温度或冷却液的温度；
所述控制单元用于根据采集单元的热负荷参数信息，控制所述换热装置的工作模式；
所述工作模式包括：
显热冷却模式：显热冷却单元工作，闪蒸冷却单元不工作；
闪蒸冷却模式：显热冷却单元不工作，闪蒸冷却单元工作；
联合冷却模式：显热冷却单元和闪蒸冷却单元协同工作。
其中，所述换热装置应用于燃料电池汽车整车构架中；
其中，在调试阶段，所述换热装置工作模式为闪蒸冷却模式；
在实车运行阶段，所述换热装置的工作模式切换为所述控制单元根据当前热负荷信息所控制的工作模式。
实施例1
参考图1和图5，根据本实施例，提供了一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置，该换热装置包括显热冷却单元100、集水单元110和闪蒸冷却单元120。
所述显热冷却单元100与所述燃料电池1(或燃料电池堆，电堆)相连，用于将产生于燃料电池1内部的废热转移出电堆并排放到外界环境中；所述集水单元110连接于燃料电池1和闪蒸冷却单元120的出水口，燃料电池1在工作过程中电池内部时刻发生电化学反应，生成大量的水分，并随过余的反应气体吹扫排出电堆外，被集水单元110分离和收集，后续供给于闪蒸冷却单元120使用。
同时，所述闪蒸冷却单元120在换热过程中也会有大量水汽循环产生，这部分水汽也会被集水单元110分离并收集。所述闪蒸冷却单元120连接于集水单元110和显热冷却单元100之间，用于在工作时使得燃料电池1产生的水汽化，实现两相换热，与显热冷却单元100配合实现对所述燃料电池1的高效换热，使得燃料电池1的工作温度维持在正常范围内。
其中，所述显热冷却单元100包括循环泵2、显热散热器3和三通阀10。燃料电池1在不同工况即不同输出功率下的散热量不同，可调节循环泵2功率的大小来调节显热冷却单元100中冷却液流量的大小，以移除不同燃料电池系统热负荷下的废热，并通过对流和导热将热量转移到显热散热器3上，通过空气对流排放到周围环境当中。
其中，所述集水单元110包括汽水分离器20和排水阀21。燃料电池1内部产生的水通常掺杂在流道内部的反应气体当中，并随其排出电堆外，汽水分离器20的设置(如旋风式汽水分离器)可以分离多余的反应气体和电堆产水；之后，多余的反应气体可以回到供气系统中继续利用，收集到的产水可进一步传输至闪蒸冷却单元120中继续利用。此外，所述集水单元110还与所述闪蒸冷却单元120连接，可将闪蒸冷却单元120在换热过程中产生的废水收集并循环利用。
其中，所述闪蒸冷却单元120包括储水箱30、潜热散热器31、第一排气阀32a、抽气泵34(真空泵)、第二排气阀32b。其中，潜热散热器31安装于储水箱30的内部，在该支路上，储水箱30(内含潜热散热器31)、第一排气阀32a、抽气泵34、第二排气阀32b依次连接。根据热力学知识可知，不同大气压对应水的沸点不同，因此可利用抽气泵将容器内大气压抽至接近真空的状态，实现闪蒸换热。工业上已实现对闪蒸技术的成熟应用，如海水淡化产水中的多级闪蒸技术。在本实施例中，当闪蒸冷却单元120开始工作时，抽气泵34将储水箱30内的大气压抽至指定状态，利用水蒸发汽化的潜热带走潜热散热器31上的热量，并随水汽一起被排放到外界环境当中。
实际上，还可以进一步控制储水的过热度，实现沸腾两相换热。例如，在本实施例中，设定潜热散热器31工作温度为65℃(燃料电池工作温度65℃)，可利用抽气泵34将储水箱30内部的气压维持在7000Pa附近，使水的沸点维持在40℃左右，即过热度为25℃，可实现高效的核态沸腾换热，对流换热系数为2500-100000W/m2·K，相比于一般换热器的空气强迫对流换热系数25-300W/m2·K，提升很大。根据传热公式：
Q＝h*A*ΔT
式中，Q表示换热量，h表示对流传热系数，A表示换热面积，ΔT为换热温差。在相同的换热量和换热面积下，越大的换热系数意味着越小的换热面积，可据此减小散热器的换热面积，进而实现减小散热器体积/重量的目的。
当闪蒸冷却单元120工作，即储水箱30内部发生闪蒸换热现象时，储水箱30内部伴随着大量水蒸气的生成，这会对储水箱30内部的气压造成影响。因此，为了维持储水箱30内部的气压，在一些实施例中，闪蒸冷却单元120还包括负压腔33，所述负压腔33安装于抽气泵34和储水箱30之间，由排气阀32a控制开关和流量，使得闪蒸产生的水蒸气可以快速排出储水箱30并进一步被集水单元120收集并循环利用，保证闪蒸换热的顺利进行。
其中，在一些实施情形下，所述闪蒸冷却单元120和显热冷却单元100设置为通过三通阀10并联连接，同时，流经闪蒸冷却单元120和显热冷却单元100的冷却液流量大小由三通阀10调节。
如图2所示，在另一些实施情形下，所述显热冷却单元100和闪蒸冷却单元120还存在串联模式，在串联回路上包括旁通支路。在这种情形下，在冷却液流向上，当所述显热散热器设置于所述潜热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述潜热散热器并联连接，如图2所示；当所述潜热散热器设置于所述显热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述显热散热器并联连接，如图3所示。
对于上述实施情形中的串联和并联方案，两种连接模式都有其优点，对于串联连接，由于冷却液先流经显热散热器3或潜热散热器31，经过了一次降温，换热温差较小，但是冷却液流量较大；对于并联连接，换热温差较大，但冷却液流量较小。在实际应用中，可根据特定情况经测试之后选择合适的连接方式。
在一些实施情形下，所述应用于燃料电池的换热装置还包括控制单元和采集单元，所述采集单元用于采集燃料电池1的热负荷参数信息，所述采集单元包括但不限于温度传感器，所述热负荷参数信息包括但不限于燃料电池1的工作温度或冷却液温度，本实施例中以燃料电池1的工作温度作为燃料电池的热负荷参数信息；所述控制单元用于根据燃料电池系统当前的热负荷参数信息控制所述换热装置的工作模式。下面结合图6，对处于不同燃料电池系统输出工况下，控制单元控制换热装置的工作模式进行说明。
正常运行工况，即燃料电池系统的输出功率较低，以燃料电池汽车为例，当燃料电池汽车在市区路况等低功率运行时，此时电堆产热量较小。在一些实施例中，当显热散热器作为并联方案首要工作的散热器，或是在串联方案中，显热散热器在前，潜热散热器在后(如图2所示)，此时采集单元检测到的燃料电池1的工作温度低于闪蒸冷却单元120工作的温度阈值，一般的风冷散热器即可满足散热需求(对于本实施例的显热散热器3)，即所述换热装置中仅需显热冷却单元100工作即可使燃料电池系统处于散热平衡状态。这种情况下，控制单元控制显热冷却单元100工作，同时控制三通阀10使得冷却液不会流过潜热散热器31，即闪蒸冷却单元120不工作，燃料电池1产生的水储存于储水箱30之中并进行自然冷却以备使用，这种工作模式称显热冷却模式。
同理，在一些实施例中，当潜热散热器作为首要工作的散热器，或是在串联方案中，潜热散热器在前，显热散热器在后(如图3所示)，在正常运行工况下，采集单元检测到的燃料电池1的工作温度低于显热冷却单元100工作的温度阈值，所述换热装置仅需闪蒸冷却单元工作即能满足燃料电池系统散热需求。此时，控制单元控制闪蒸冷却单元120工作，同时控制三通阀10使得冷却液不会流过显热散热器3，即显热冷却单元120不工作，此模式称之为闪蒸冷却模式。
大功率工况，即燃料电池系统的输出功率较高，如燃料电池汽车处于急加速和爬坡的大功率高热负荷工况时，燃料电池系统发热量骤增，采集单元检测到燃料电池的工作温度开始大于显热冷却单元100或闪蒸冷却单元120工作的温度阈值，这时仅通过显热冷却单元100单独工作或闪蒸冷却单元120单独工作无法满足燃料电池系统的散热需求，需显热冷却单元100和闪蒸冷却单元120协同工作。这种工作模式称为联合冷却模式，在该模式下，控制单元通过控制三通阀10，根据热负荷改变流过潜热散热器31的冷却液流量，从而控制显热冷却单元100与闪蒸冷却单元120协同工作，实现对燃料电池系统的高效换热。
在一些实施例中，所述换热装置可应用于燃料电池汽车整车系统构架中，用于高效冷却燃料电池动力系统。具体地，在应用之前，为测试车辆底盘的可行性和有效性，对所述车辆底盘进行调试，如图4所示。在调试阶段，控制单元控制冷却液通过潜热散热器31，闪蒸冷却单元120工作，同时控制冷却液不通过显热散热器3，即显热冷却单元100不工作，所述换热装置处于闪蒸冷却模式。调试完毕，进入实车运行阶段，所述换热装置的工作模式将恢复为由控制单元控制根据燃料电池工作温度等热负荷信息控制的模式。
本发明提供的基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置用于对燃料电池系统进行散热，与同尺寸的换热装置对比，由于散热器换热模式为闪蒸沸腾两相换热，换热系数很大，可适应更高的燃料电池系统热负荷，或是在同一燃料电池系统热负荷的前提下，需要的散热器尺寸(重量)更小。同时，对比于其他换热装置，本发明为显热散热器和潜热散热器协同工作，存在串联和并联两种连接方式，因此可实现更灵活的装置布局。
燃料电池系统在工作时，电堆的内部时刻发生电化学反应并生成大量水分，如不加以利用直接排放到环境中，会造成浪费，还会对环境(特别是冬天)造成影响。本发明中设置了集水单元110，将电堆反应生成的水分收集并供给换热装置利用，提高散热效果的同时还起到了节约水资源的作用。
实施例2
图7示出了根据本实施例提供的基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置的结构示意图。所述换热装置包括显热冷却单元、集水单元和闪蒸冷却单元，其中，所述显热冷却单元连接于所述燃料电池，用于循环冷却液并冷却所述燃料电池；所述集水单元连接于所述燃料电池和所述闪蒸冷却单元的出水口，用于分离并收集所述燃料电池产生的水及闪蒸冷却单元的循环废水；所述闪蒸单元连接于所述集水单元和所述显热冷却单元之间，用于在工作时使得所述燃料电池产生的水汽化并与所述显热冷却单元配合实现对所述燃料电池的换热降温，该换热装置还包括：
一一模块，用于在所述燃料电池工作过程中实时监测所述燃料电池的动态热负荷参数信息是否满足显热冷却单元或闪蒸冷却单元工作的参数阈值；
一二模块，若实时监测的动态热负荷参数信息若满足显热冷却单元或闪蒸冷却单元工作的参数阈值，所述一二模块控制开启所述三通阀，使所述显热冷却单元和闪蒸冷却单元同时工作，利用进风的显热和储水的汽化潜热进行降温。
在一些实施例中，所述换热装置还包括采集单元；所述一一模块用于：通过所述采集单元获取所述燃料电池的动态热负荷参数信息，并在所述燃料电池工作过程中实时监测所述工作参数信息是否满足汽化潜热条件。汽化潜热条件可包括使得显热冷却单元或闪蒸冷却单元工作的参数阈值。
在一些实施例中，所述换热装置的集水单元中还设置有水位感应单元，用于检测集水单元的储水量，所述一二模块用于：若集水单元的储水量超过设定阈值，则开启三通阀，控制闪蒸冷却单元工作。
实施例3
除上述各实施例介绍的方法和设备外，本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机代码，当所述计算机代码被执行时，如前任一项所述的方法被执行。
本发明还提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品被计算机设备执行时，如前任一项所述的方法被执行。
本发明还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序；
当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如前任一项所述的方法。
图8示出了可被用于实施本发明中所述的各个实施例的示例性系统；
如图8所示在一些实施例中，系统300能够作为各所述实施例中的任意一个设备。在一些实施例中，系统300可包括具有指令的一个或多个计算机可读介质(例如，系统存储器或NVM/存储设备320)以及与该一个或多个计算机可读介质耦合并被配置为执行指令以实现模块从而执行本发明中所述的动作的一个或多个处理器(例如，(一个或多个)处理器305)。
对于一个实施例，系统控制模块310可包括任意适当的接口控制器，以向(一个或多个)处理器305中的至少一个和/或与系统控制模块310通信的任意适当的设备或组件提供任意适当的接口。
系统控制模块310可包括存储器控制器模块330，以向系统存储器315提供接口。存储器控制器模块330可以是硬件模块、软件模块和/或固件模块。
系统存储器315可被用于例如为系统300加载和存储数据和/或指令。对于一个实施例，系统存储器315可包括任意适当的易失性存储器，例如，适当的DRAM。在一些实施例中，系统存储器315可包括双倍数据速率类型四同步动态随机存取存储器(DDR4SDRAM)。
对于一个实施例，系统控制模块310可包括一个或多个输入/输出(I/O)控制器，以向NVM/存储设备320及(一个或多个)通信接口325提供接口。
例如，NVM/存储设备320可被用于存储数据和/或指令。NVM/存储设备320可包括任意适当的非易失性存储器(例如，闪存)和/或可包括任意适当的(一个或多个)非易失性存储设备(例如，一个或多个硬盘驱动器(HDD)、一个或多个光盘(CD)驱动器和/或一个或多个数字通用光盘(DVD)驱动器)。
NVM/存储设备320可包括在物理上作为系统300被安装在其上的设备的一部分的存储资源，或者其可被该设备访问而不必作为该设备的一部分。例如，NVM/存储设备320可通过网络经由(一个或多个)通信接口325进行访问。
(一个或多个)通信接口325可为系统300提供接口以通过一个或多个网络和/或与任意其他适当的设备通信。系统300可根据一个或多个无线网络标准和/或协议中的任意标准和/或协议来与无线网络的一个或多个组件进行无线通信。
对于一个实施例，(一个或多个)处理器305中的至少一个可与系统控制模块310的一个或多个控制器(例如，存储器控制器模块330)的逻辑封装在一起。对于一个实施例，(一个或多个)处理器305中的至少一个可与系统控制模块310的一个或多个控制器的逻辑封装在一起以形成系统级封装(SiP)。对于一个实施例，(一个或多个)处理器305中的至少一个可与系统控制模块310的一个或多个控制器的逻辑集成在同一模具上。对于一个实施例，(一个或多个)处理器305中的至少一个可与系统控制模块310的一个或多个控制器的逻辑集成在同一模具上以形成片上系统(SoC)。
在各个实施例中，系统300可以但不限于是：服务器、工作站、台式计算设备或移动计算设备(例如，膝上型计算设备、手持计算设备、平板电脑、上网本等)。在各个实施例中，系统300可具有更多或更少的组件和/或不同的架构。例如，在一些实施例中，系统300包括一个或多个摄像机、键盘、液晶显示器(LCD)屏幕(包括触屏显示器)、非易失性存储器端口、多个天线、图形芯片、专用集成电路(ASIC)和扬声器。
需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
另外，本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。本领域技术人员应能理解，计算机程序指令在计算机可读介质中的存在形式包括但不限于源文件、可执行文件、安装包文件等，相应地，计算机程序指令被计算机执行的方式包括但不限于：该计算机直接执行该指令，或者该计算机编译该指令后再执行对应的编译后程序，或者该计算机读取并执行该指令，或者该计算机读取并安装该指令后再执行对应的安装后程序。在此，计算机可读介质可以是可供计算机访问的任意可用的计算机可读存储介质或通信介质。
通信介质包括藉此包含例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的通信信号被从一个系统传送到另一系统的介质。通信介质可包括有导的传输介质(诸如电缆和线(例如，光纤、同轴等))和能传播能量波的无线(未有导的传输)介质，诸如声音、电磁、RF、微波和红外。计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据可被体现为例如无线介质(诸如载波或诸如被体现为扩展频谱技术的一部分的类似机制)中的已调制数据信号。术语“已调制数据信号”指的是其一个或多个特征以在信号中编码信息的方式被更改或设定的信号。调制可以是模拟的、数字的或混合调制技术。
作为示例而非限制，计算机可读存储介质可包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动的介质。例如，计算机可读存储介质包括，但不限于，易失性存储器，诸如随机存储器(RAM,DRAM,SRAM)；以及非易失性存储器，诸如闪存、各种只读存储器(ROM,PROM,EPROM,EEPROM)、磁性和铁磁/铁电存储器(MRAM,FeRAM)；以及磁性和光学存储设备(硬盘、磁带、CD、DVD)；或其它现在已知的介质或今后开发的能够存储供计算机系统使用的计算机可读信息/数据。
在此，根据本发明的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本发明的多个实施例的方法和/或技术方案。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于闪蒸冷却技术的燃料电池换热装置，其特征在于，所述燃料电池换热装置包括：显热冷却单元、集水单元和闪蒸冷却单元；
所述显热冷却单元连接于燃料电池，用于循环冷却液并冷却所述燃料电池；
所述集水单元连接于燃料电池和所述闪蒸冷却单元，用于分离并收集所述燃料电池电化学反应产生的水及闪蒸冷却单元的循环废水；所述集水单元的出水口同时也连接至闪蒸冷却单元；
所述闪蒸冷却单元用于对所述燃料电池电化学反应产生的水进行汽化，实现两相换热，并与所述显热冷却单元配合实现对所述燃料电池的换热降温；
所述显热冷却单元包括：循环泵、显热散热器；所述燃料电池在不同输出功率下的散热量不同，通过调节循环泵的功率大小来调节显热冷却单元中冷却液流量的大小，以移除不同燃料电池系统热负荷下的废热，并通过对流和导热将热量转移到显热散热器上，通过空气对流排放到周围环境当中；
所述集水单元包括汽水分离器和排水阀；
所述燃料电池内部产生的水掺杂在流道内部的反应气体当中，并随其排出燃料电池电堆外，汽水分离器用于分离反应气体和水；
分离收集到的水通过排水阀传输至闪蒸冷却单元中继续利用；
此外，所述汽水分离器入口还与所述闪蒸冷却单元连接，从而将闪蒸冷却单元在换热过程中产生的废水收集并循环利用；
所述闪蒸冷却单元设置有储水箱、潜热散热器、抽气泵、第一排气阀和第二排气阀；
所述集水单元的排水阀连接至储水箱；
所述潜热散热器安装于储水箱的内部，内含潜热散热器的储水箱、第一排气阀、负压腔、抽气泵、第二排气阀依次连接；所述第二排气阀出口连接至汽水分离器入口；
当所述闪蒸冷却单元开始工作时，抽气泵将储水箱内的大气压抽至指定状态，利用水蒸发汽化的潜热带走潜热散热器上的热量，并随水汽一起被排放到外界环境当中；
所述显热冷却单元还包括：三通阀；
所述潜热散热器和显热散热器通过三通阀并联连接，各自流经潜热散热器和显热散热器的冷却液流量大小由三通阀调节；
或者，所述潜热散热器和显热散热器通过三通阀串联连接，在冷却液流向上，所述显热散热器设置于所述潜热散热器前方，或者所述潜热散热器设置于所述显热散热器前方；
当潜热散热器和显热散热器通过三通阀串联连接时，所述换热装置还包括旁通支路，其中，在冷却液流向上，当所述显热散热器设置于所述潜热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述潜热散热器并联连接；当所述潜热散热器设置于所述显热散热器前方时，所述旁通支路通过三通阀与所述显热散热器并联连接；
所述燃料电池换热装置还包括：控制单元和采集单元；
所述采集单元用于采集燃料电池的热负荷参数信息；所述热负荷参数信息包括：燃料电池的工作温度或冷却液的温度；
所述控制单元用于根据采集单元的热负荷参数信息，控制所述换热装置的工作模式；
所述工作模式包括：
显热冷却模式：显热冷却单元工作，闪蒸冷却单元不工作；
闪蒸冷却模式：显热冷却单元不工作，闪蒸冷却单元工作；
联合冷却模式：显热冷却单元和闪蒸冷却单元协同工作；
所述换热装置应用于燃料电池汽车整车构架中；
其中，在调试阶段，所述换热装置工作模式为闪蒸冷却模式；
在实车运行阶段，所述换热装置的工作模式切换为所述控制单元根据当前热负荷信息所控制的工作模式。
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