CN114899444B - 燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，包括依次连接的聚集流道、分流流道和散热装置，其中聚集流道具有两个收集流道，分别用于与燃料电池的电堆冷却液出口以及电堆电化学电解水出口连接，用于收集冷却液和电解水；所述分流流道的内部具有两个流道，分别为增湿流道和散热流道，所述增湿流道的出口用于与燃料电池阴极空气增湿水箱连接，所述散热流道的出口则与散热装置连接。本发明可以将燃料电池的冷却液和电解水归集回收，并进行分流，将回收的水分别分流至用于燃料电池阴极空气增湿水箱以及冷却液散热装置。

Description

燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统

技术领域

本发明涉及水循环系统，尤其涉及燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统。

背景技术

随着技术的日益革新，燃料电池将越来越被重视且广泛使用，更有取缔动力电池的可能。但国内燃料电池总成仍未成熟，虽然能够达到使用效果，但结构复杂，工作过程繁琐，且工作要求较高，零部件占用空间较大。目前的燃料电池电化学反应中生成的电解水以及电堆冷却液均为去离子水，往往被过多排出汽车，既不经济环保，又违背了再循环利用的原则。而燃料电池中常见的去离子水的两个用途，一是膜电极增湿，二是冷却循环，可以考虑将去离子水再分流为增湿用的水和散热循环用的水。其次，电堆的冷却方式都是通过水流经双极板的水冷流道进行换热，因此需要较大的水箱进行冷却循环，占用较大空间。

发明内容

本发明提供一种燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，可以将燃料电池的冷却液和电解水归集回收，并进行分流，将回收的水分别分流至用于燃料电池阴极空气增湿水箱以及冷却液散热装置。

具体地，本发明通过以下技术方案：一种燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，包括依次连接的聚集流道、分流流道和散热装置，其中聚集流道具有两个收集流道，分别用于与燃料电池的电堆冷却液出口以及电堆电化学电解水出口连接，用于收集冷却液和电解水；所述分流流道的内部具有两个流道，分别为增湿流道和散热流道，所述增湿流道的出口用于与燃料电池阴极空气增湿水箱连接，散热流道的出口则与散热装置连接。

作为本发明的一个实施例，所述聚集流道为一Y型三通管。该Y型三通管的两个支管为分别用于与燃料电池的电堆冷却液出口以及与电堆电化学电解水出口连接的收集流道，主管则为聚集流道，其出口与分流流道连接。

作为本发明的一个实施例，所述分流流道包括分流管，管腔内设有两个流道，分别为增湿流道和散热流道，所述增湿流道出口端设置过滤装置，所述散热流道的出口端的下方设置出口与散热装置连接。

所述分流管的管腔为沿水流方向自上而下倾斜设置。作为本发明的一个实施例，所述分流管的中轴线与水平面的夹角α为5-10°。

由于燃料电池阴极空气增湿用水量较少，为避免聚集的去离子水过多地进入阴极空气增湿水箱，所述增湿流道的进口处设置压力阀门，当聚集流道进来的水流量较小，又不足以打开压力阀门时，水流在重力作用下，顺势流向散热流道，只有当进入分流流道的水量的重力足以打开压力阀门才能进入增湿流道。

作为本发明的一个实施例，分流管的中前段的管腔为汇集腔，该部分未进行分隔，腔道为倾斜设置，有利于水往下游流动；中后段分设增湿流道和散热流道，其中散热流道的腔道为倾斜设置，倾斜角度与汇集腔的倾斜角度相同，提高水流动速率，加快水往下游流动；增湿流道的腔道则为水平设置，从汇集腔出来的水在增湿流道处速率发生变化，产生扰动，使流体流态由层流变为紊流，一方面有利于散热，另一方面汇聚的水一部分为冷却液，其流经双极板时夹杂一定灰尘，紊流有利于灰尘分散，避免沉降在流道内，保持流道清洁，使灰尘都在过滤装置中得到充分过滤，方便后期清洁。

所述增湿流道的至少一侧内壁自上而下设置至少两根波浪形导流条，所述波浪形导流条沿水流方向延伸。所述波浪形导流条的设置进一步促进进入的流体流态由层流转为紊流，促进散热，以及灰尘分散，避免沉降在流道内，保持流道清洁，使灰尘都在过滤装置中得到充分过滤，方便后期清洁。

所述增湿流道出口端设置过滤装置为滤网。滤网具有铝合金外框，内部设有活性炭滤料。

所述散热流道的出口端的下部设置出水口，上部设置溢流口，用于多余的水排出。当分流腔内出现大流量时，增湿流道和散热流道水流量均成饱和状态时，多余的水自溢流口流出，既避免水流量较少时可利用的水被错误排出，又实现流量较大时能及时溢流，提高可靠性。

所述分流流道可采用圆管或者方形管，在一个优选实施例中采用方形管，便于对流道腔内壁进行加工。

进一步地，分流流道还包括转换管，便于聚集流道和分流流道之间管型的连接。

所述散热装置包括冷却管、散热风扇和柱形散热翅片矩阵，其中，冷却管的主体为缠绕在柱形散热翅片矩阵上的圆柱形环绕式冷却管，其进水端位于上方并与散热流道出口连接，而出水端则位于下方，用于与冷却水箱连接；所述散热风扇则安装在柱形散热翅片矩阵的其中一端。

作为本发明的一个实施例，所述柱形散热翅片矩阵包括底座，散热翅片矩阵设置竖向设置在该底座上，底座与相邻两片翅片之间的空间对应的位置上设置通孔作为散热孔；所述散热风扇设置在与底座相对的散热翅片矩阵的另一端上，工作过程中，换热气体自散热风扇向底座方向导流，促进散热。

进一步地，所述冷却管内壁沿轴向设置若干凹槽，使进入冷却管的流体流态由层流转变为紊流，强化传热，提高散热效率。所述若干是指凹槽数量在两个以上。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，通过聚集流道回收聚集电堆电化学反应生成的电解水和冷却液，经分流流道分流，分别分流至用于燃料电池阴极空气增湿水箱以及冷却液散热装置，实现燃料电池的离子水高效回收利用，节约资源。

(2)本发明的分流流道的分流腔倾斜设置，利用重力作用和水的压力对汇集的水根据不同流量进行不同程度分流，满足冷却循环所需的较多水量，而增湿所需较少水量的要求。

(3)本发明的增湿流道内壁设置波浪形导流条，使流体流态从层流变为紊流，既有利于散热，又能使水中夹着的灰尘得到分散，在通过滤网时，能够被滤网充分过滤，避免水中的灰尘沉降，保持流道清洁，同时使水流过滤网时灰尘充分粘附在活性炭滤芯上，增强过滤效果。

(4)本发明的散热装置中冷却管采用圆柱形环绕式冷却管，水流行程尽可能长，增加散热面积，并且节省空间；采用柱形散热翅片矩阵，便于冷却管缠绕其上，节省空间外，同时增加散热面积，提高散热效果，促进冷却；在柱形散热翅片矩阵一端设置散热风扇，在工作时，换热气体沿柱形散热翅片矩阵的轴向自散热风扇侧向另一端导流，有利于提高换热效率。

(5)本发明的冷却管内壁沿轴向设置若干凹槽，有利于强化传热，提高散热效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的分流流道的剖视图；

图3为本发明实施例的分流管的结构示意图；

图4为本发明实施例的分流管的结构示意图(无过滤装置)；

图5为本发明实施例的分流管的结构示意图；

图6为本发明实施例的分流管的结构示意图(无过滤装置)；

图7为本发明实施例的散热装置的结构示意图；

图8为本发明实施例的冷却管的剖面图。

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。应当说明的是，下文所描述的实施例仅为本发明实施例之一，而并非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下对本发明的技术方案所作出的任何变形和改进，均属于本发明保护的范围。

图1-8所示的燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统为本发明的一个实施例，包括依次连接的聚集流道1、分流流道2和散热装置3。其中，聚集流道1用于汇集燃料电池的电堆冷却液以及电堆电化学电解水，均为离子水；分流流道2用于对汇集的离子水进行分流，一路分流至燃料电池阴极空气增湿的水箱，另一路分流经散热装置3后流至冷却液箱；散热装置3对分流流道2出来的一路分流的流体进行冷却降温。

在本实施例中，聚集流道1为一Y型三通管。该Y型三通管的两个支管101、 102为分别用于与燃料电池的电堆冷却液出口以及与电堆电化学电解水出口连接的收集流道，主管则为汇集流道，其出口与分流流道2连接。

分流流道包括转化管4和分流管5。由于Y型三通管的主管为圆形管，转换管4 用于不同形状的管件的连接，即用于Y型三通管与分流管5的转换连接。分流管5 用于对汇集的水进行分流。具体地，分流管5为方形管，其管腔为方形腔。分流管5 的中前段的管腔为汇集腔，该部分未进行分隔，腔道为倾斜设置，提高水的流动速率，有利于水往下游流动，加速排放。汇集腔的中轴线与水平面的夹角为5-10°。分流管 5的中后段为分体设置的两个管段，分别为增湿流道6和散热流道7，增湿流道6的出水端设有过滤装置62，散热流道7的出水端下部设有出水口71，出水口71上方设有溢流口72，用于多余的水排出。如图4-7所示，溢流口72为横向设置的4个长孔平行排列构成，而且还连接溢水管720。当分流流道内出现大流量时，增湿流道6和散热流道7水流量均成饱和状态时，多余的水自溢流口流出。

其中，作为散热流道7的腔道为倾斜设置，倾斜角度与汇集腔的倾斜角度相同，提高水流动速率，加快水往下游流动；增湿流道6的腔道则为水平设置，从汇集腔出来的水进入增湿流道6后速率发生变化，产生扰动，使流体流态由层流变为紊流，一方面有利于散热，另一方面汇聚的水一部分为冷却液，其流经双极板时夹杂一定灰尘，紊流有利于灰尘分散，避免沉降在流道内，保持流道清洁，使灰尘都在过滤装置62 中得到充分过滤，方便后期清洁。

由于燃料电池阴极空气增湿用水量较少，为避免聚集的去离子水过多地进入阴极空气增湿水箱，增湿流道6的进口处设置压力阀门51，只有当进入分流流道的水量的重力足以打开压力阀门51才能进入增湿流道6。当聚集流道1进来的水流量较小，又不足以打开压力阀门51时，水流在重力作用下，顺势流向散热流道7，只有当进入分流流道2的水量的重力足以打开压力阀门51才能进入增湿流道6。

增湿流道6的两侧内壁上均自上而下设置五根沿水流方向延伸波浪形导流条61。波浪形导流条61的设置进一步促使进入的流体流态由层流转为紊流，进一步促进散热和灰尘分散。

增湿流道6出口端设置过滤装置62为滤网。滤网具有铝合金外框，内部设有活性炭滤料。

散热装置3包括冷却管710、散热风扇31和柱形散热翅片矩阵32。柱形散热翅片矩阵32包括底座321，散热翅片矩阵32设置竖向设置在该底座321上，底座321 与相邻两片翅片之间的空间对应的位置上设置通孔作为散热孔320。散热风扇31设置在与底座相对的散热翅片矩阵32的另一端上，工作过程中，换热气体自散热风扇 31向底座方向导流，促进散热。冷却管710内壁沿轴向均匀设置若干凹槽711，使进入冷却管710的流体流态由层流转变为紊流，强化传热，提高散热效率。所述若干是指凹槽数量在两个以上。冷却管710的主体为缠绕在柱形散热翅片矩阵32上的圆柱形环绕式冷却管，其进水端位于上方并与散热流道出口71连接，而出水端则位于下方，用于与冷却水箱连接。

Claims (4)

1.一种燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，其特征是，包括依次连接的聚集流道、分流流道和散热装置，其中聚集流道具有两个收集流道，分别用于与燃料电池的电堆冷却液出口以及电堆电化学电解水出口连接，用于收集冷却液和电解水；所述分流流道的内部具有两个流道，分别为增湿流道和散热流道，所述增湿流道的出口用于与燃料电池阴极空气增湿水箱连接，所述散热流道的出口则与散热装置连接；

所述分流流道包括分流管，管腔内设有两个流道，分别为增湿流道和散热流道，所述增湿流道出口端设置过滤装置，所述散热流道的出口端的下方设置出口与散热装置连接；所述分流管的管腔为沿水流方向自上而下倾斜设置；所述增湿流道的进口处设置压力阀门；所述分流管的中前段的管腔为汇集腔，腔道为倾斜设置，中后段分设增湿流道和散热流道，其中所述散热流道的腔道为倾斜设置，倾斜角度与汇集腔的倾斜角度相同，所述增湿流道的腔道则为水平设置；所述增湿流道的两侧内壁上均自上而下设置至少两根波浪形导流条，所述波浪形导流条沿水流方向延伸；所述散热装置包括冷却管、散热风扇和柱形散热翅片矩阵，其中，所述冷却管的主体为缠绕在柱形散热翅片矩阵上的圆柱形环绕式冷却管，其进水端位于上方并与所述散热流道出水口连接，而出水端则位于下方，用于与冷却水箱连接；所述散热风扇则安装在所述柱形散热翅片矩阵的其中一端；所述冷却管内壁沿轴向设置若干凹槽。

2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，其特征是，所述聚集流道为一Y型三通管，所述Y型三通管的两个支管为分别用于与燃料电池的电堆冷却液出口以及与电堆电化学电解水出口连接的收集流道，而主管则为汇集流道，其出口与分流流道连接。

3.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，其特征是，所述分流流道还包括转换管，便于所述聚集流道和分流流道之间管型的连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池冷却液和电解水循环使用的自动分离及冷却系统，其特征是，所述柱形散热翅片矩阵包括底座，散热翅片矩阵设置竖向设置在所述底座上，所述底座与相邻两片翅片之间的空间对应的位置上设置通孔作为散热孔；所述散热风扇设置在与所述底座相对的所述散热翅片矩阵的另一端上。

Images