CN115020747B - 船用氢燃料电池热管理系统及船舶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种船用氢燃料电池热管理系统及船舶,其中,所述船用氢燃料电池热管理系统包括:中央冷却水系统;电堆换热组件,电堆换热组件用于与电堆进行换热;主换热器,主换热器的第一换热支路与中央冷却水系统连通,主换热器的第二换热支路与电堆换热组件连通,主换热器的第一换热支路和主换热器的第二换热支路用于进行热交换;加热组件,加热组件的出水口与电堆换热组件的入水口连通;节温器,节温器的入水口与电堆换热组件的出水口连通,节温器的第一出水口与主换热器的第二换热支路的入水口连通,节温器的第二出水口与加热组件的入水口连通;本发明技术方案将氢燃料电池热管理系统进行改造,使热管理系统能够适用于船舶。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域,特别涉及一种船用氢燃料电池热管理系统及船舶。
背景技术
目前的氢燃料电池热管理系统不适合应在用船舶中,面对海洋波谲云诡的天气情况,海洋温度对氢燃料电池的影响较大,并且,海洋环境盐雾严重,市场上的散热器还未能承受海洋中的盐雾等级,容易损坏。因此,需要将氢燃料电池热管理系统进行改造,使热管理系统能够适用于船舶。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种船用氢燃料电池热管理系统及船舶,旨在将氢燃料电池热管理系统进行改造,使热管理系统能够适用于船舶。
为实现上述目的,本发明提出的船用氢燃料电池热管理系统,应用于船舶,所述船舶包括电堆。
可选地,所述船用氢燃料电池热管理系统包括:
中央冷却水系统;
电堆换热组件,所述电堆换热组件用于与所述电堆进行换热;
主换热器,具有第一换热支路和第二换热支路,所述主换热器的第一换热支路与所述中央冷却水系统连通,所述主换热器的第二换热支路与所述电堆换热组件连通,所述主换热器的第一换热支路和所述主换热器的第二换热支路用于进行热交换,以对所述电堆进行散热;
加热组件,所述加热组件的出水口与所述电堆换热组件的入水口连通,所述加热组件用于加热输入所述电堆换热组件的冷却液,以对所述电堆进行加热;
节温器,具有入水口、第一出水口及第二出水口,所述节温器的入水口与所述电堆换热组件的出水口连通,所述节温器的第一出水口与所述主换热器的第二换热支路的入水口连通,所述节温器的第二出水口与所述加热组件的入水口连通,所述节温器用于调节输出至第一出水口及第二出水口的流量比。
可选地,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
去离子器,所述去离子器的入水口与所述电堆换热组件的出水口连通,所述去离子器的出水口与所述电堆换热组件的入水口连通,所述去离子器用于去除冷却液中的导电离子;
过滤器,所述过滤器的入水口分别与所述主换热器的第二换热支路的出水口及所述加热组件的出水口连通,所述过滤器的出水口与所述电堆换热组件的入水口连通,所述过滤器用于过滤冷却液中的杂质。
可选地,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第一膨胀水箱,具有第一入水口、第二入水口及出水口,所述第一膨胀水箱的第一入水口与所述节温器的第一出水口连通,所述第一膨胀水箱的第二入水口与所述去离子器的出水口连通,所述第一膨胀水箱的出水口与所述过滤器的入水口连通,所述第一膨胀水箱用于平衡所述电堆换热组件内的压力。
可选地,所述船舶还包括空压机,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
中冷器,所述中冷器的入水口与所述过滤器的出水口连通,所述中冷器的出水口与所述节温器的入水口连通,所述中冷器用于接收所述主换热器和/或所述加热组件输出的冷却液,以对所述空压机压缩空气产生的热量进行换热。
可选地,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第一截止阀,串联设置于所述中央冷却水系统的出水口与所述主换热器的第一换热支路的入水口之间,所述第一截止阀用于控制所述中央冷却水系统的出水口与所述主换热器的第一换热支路的入水口之间的通/断;
第二截止阀,串联设置于所述中央冷却水系统的入水口与所述主换热器的第一换热支路的出水口之间,所述第二截止阀用于控制所述中央冷却水系统的入水口与所述主换热器的第一换热支路的出水口之间的通/断。
可选地,所述船舶还包括多个电器设备,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
电器设备换热组件,所述电器设备换热组件用于与多个所述电器设备进行换热;
辅助换热器,所述辅助换热器具有第一换热支路和第二换热支路,所述辅助换热器的第一换热支路与所述中央冷却水系统连通,所述辅助换热器的第二换热支路与所述电器设备换热组件连通,所述电器设备换热组件的第一换热支路和所述电器设备换热组件的第二换热支路用于进行热交换,以对多个所述电器设备进行散热。
可选地,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第二膨胀水箱,所述第二膨胀水箱的入水口与所述电器设备换热组件的出水口连通,所述第二膨胀水箱的出水口与所述电器设备换热组件的入水口连通,所述第二膨胀水箱用于平衡所述电器设备换热组件内的压力。
可选地,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
密封水容器,所述主换热器及所述辅助换热器设置于所述密封水容器内,所述密封水容器与所述中央冷却水系统连通,所述密封水容器用于储存所述中央冷却水系统输出的中央冷却水;
所述主换热器的第二换热支路还用于与所述密封水容器储存的中央冷却水进行热交换,以对所述电堆进行散热;
所述辅助换热器的第二换热支路还用于与所述密封水容器储存的中央冷却水进行热交换,以对多个所述电器设备进行散热。
可选地,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
电控阀,具有入水口、第一出水口及第二出水口,所述电控阀的入水口与所述节温器的第一出水口连通,所述电控阀的第一出水口与所述主换热器的第二换热支路的入水口连通,所述电控阀的第二出水口与所述主换热器的第二换热支路的出水口连通,所述电控阀用于控制流入所述主换热器的冷却液的流量大小。
本发明还提出一种船舶,所述船舶包括电堆、空压机、多个电器设备及上述的船用氢燃料电池热管理系统。
本发明技术方案通过采用中央冷却水系统、电堆换热组件、主换热器、加热组件及节温器,所述主换热器的第一换热支路与所述中央冷却水系统连通,所述主换热器的第二换热支路与所述电堆换热组件连通,所述主换热器的第一换热支路和所述主换热器的第二换热支路进行热交换,使冷却液输入所述电堆换热组件前进行冷却;所述加热组件冷却液输入所述电堆换热组件前进行加热;所述节温器用于调节输出至第一出水口及第二出水口的流量比,来控制流入所述电堆换热组件的冷却液的温度,从而使所述电堆换热组件通过内部流经的冷却液与所述电堆换热,调节所述电堆的工作温度。所述主换热器将流经电堆换热组件的冷却液与中央冷却水进行换热,通过换热器进行散热,不需要对用于散热的元器件进行特殊布置,相对于风机散热减小了耗电功率、成本更低,并且水流换热产生的噪声相对于其他散热方式更小。本发明利用船舶中现有条件使用换热器来给氢燃料电池系统冷却,减小了占用船舶的空间,通过船舶中原有的中央冷却水系统对流经电堆换热组件的冷却液进行冷却,受环境温度的影响小,所述中央冷却水系统通过将海水与淡水进行换热,使流出中央冷却水系统的中央冷却水始终为冷却后的淡水,因此流入所述主换热器的中央冷却水不会存在海水造成的损坏隐患,面对具有严重盐雾海洋环境,能承受的海洋盐雾等级更高,同时通过调节节温器能够改变流入所述电堆换热组件的冷却液的温度,从而使所述电堆在冷启动时不会由于无法调节冷却液的加热温度,使电堆工作温度突增,实现了将氢燃料电池热管理系统进行改造,使热管理系统能够适用于船舶的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明船用氢燃料电池热管理系统一实施例的结构示意图;
图2为本发明船用氢燃料电池热管理系统另一实施例的结构示意图;
图3为本发明船用氢燃料电池热管理系统又一实施例的结构示意图。
附图标号说明:
标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
000 | 中央冷却水系统 | 122 | 过滤器 |
011 | 第一截止阀 | 130 | 第一膨胀水箱 |
012 | 第二截止阀 | 140 | 中冷器 |
100 | 电堆换热组件 | 150 | 电控阀 |
111 | 主换热器 | 200 | 电器设备换热组件 |
112 | 加热组件 | 210 | 辅助换热器 |
113 | 节温器 | 220 | 第二膨胀水箱 |
121 | 去离子器 | 300 | 密封水容器 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,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作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。
另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种船用氢燃料电池热管理系统,应用于船舶。
参照图1,在一实施例中,所述船舶包括电堆,所述船用氢燃料电池热管理系统包括:
中央冷却水系统000;
电堆换热组件100,所述电堆换热组件100用于与电堆进行换热;
主换热器111,具有第一换热支路和第二换热支路,所述主换热器111的第一换热支路与所述中央冷却水系统000连通,所述主换热器111的第二换热支路与所述电堆换热组件100连通,所述主换热器111的第一换热支路和所述主换热器111的第二换热支路用于进行热交换,以对所述电堆进行散热;
加热组件112,所述加热组件112出水口与所述电堆换热组件100的入水口连通,所述加热组件112用于加热输入所述电堆换热组件100的冷却液,以对所述电堆进行加热;
节温器113,具有入水口、第一出水口及第二出水口,所述节温器113的入水口与所述电堆换热组件100的出水口连通,所述节温器113的第一出水口与所述主换热器111的第二换热支路的入水口连通,所述节温器113的第二出水口与所述加热组件112的入水口连通,所述节温器113用于调节输出至第一出水口及第二出水口的流量比。
在本实施例中,所述中央冷却水系统000具有两条换热支路,通过海水与中央冷却水换热,从而使输出所述中央冷却水系统000的中央冷却水时刻保持冷却,其中所述中央冷却水可以为淡水,寒冷天气下还可以为防冻液;所述加热组件112可以包括PTC水加热器;所述主换热器111的第一换热支路的入水口与所述中央冷却水系统000的出水口之间设置有第一水泵,可以通过调节所述第一水泵的功率,控制流入所述主换热器111的第一换热支路的中央冷却水的流速,从而对所述主换热器111的换热能力进行控制。
需要说明的是,柴油机作为船舶电力拖进系统最主要的原动机,所呈现的问题日趋突出:航运燃料燃烧时产生的大量浓缩氮和硫,海运业成为了温室气体主要排放源之一。氢是目前所知能源中最为清洁的能源,其燃烧产物只有水,不会产生二氧化碳和其他污染物,而且氢的热值高,因此用氢燃料电池系统替换柴油机是未来的发展趋势。热管理子系统作为氢燃料电池系统中重要组成部分,该系统如何设计则变得尤为重要。热管理系统的主要作用是让电池在适宜的温度和压力下工作。目前,氢燃料电池热管理系统不适合应在用船舶中,面对海洋波谲云诡的天气情况,海洋温度对氢燃料电池的影响较大,并且热管理系统常用的散热器风机噪声大、占用空间大。此外,海洋环境盐雾严重,市场上的散热器还未能承受海洋中的盐雾等级,容易损坏。因此,如何对船用氢燃料电池进行散热成为了人们的需求所在。
为了解决上述问题,本实施例的船用氢燃料电池热管理系统中采用了中央冷却水系统000、电堆换热组件100、主换热器111、加热组件112及节温器113,所述主换热器111的第一换热支路与所述中央冷却水系统000连通,所述主换热器111的第二换热支路与所述电堆换热组件100连通,所述主换热器111的第一换热支路和所述主换热器111的第二换热支路进行热交换,通过船舶中原有的中央冷却水系统000对流经电堆换热组件100的冷却液进行冷却,从而利用船舶中现有条件使用换热器来给氢燃料电池系统冷却,本发明通过增加节温器113并结合应用于船用氢燃料电池的加热组件112,实现了通过调节节温器113改变流入所述电堆换热组件100的冷却液的温度,使所述电堆在冷启动时能够灵活调节冷却液的加热温度的目的,避免了电堆由于持续加热工作温度突增,停止加热工作温度又过低的情况,进而实现了将氢燃料电池热管理系统进行改造,使热管理系统能够适用于船舶的目的。
具体地,在船舶中的氢燃料电池在低温环境下,如冬天等,冷启动时需要通过加热器对电堆进行加热,所述节温器113开启与所述加热组件112连接的第二出水口,关闭与所述主换热器111连接的第一出水口,从而调节管道内输出至第一出水口及第二出水口的流量比,使冷却液流向加热组件112,通过加热组件112对管道内的冷却液加热,使加热后的所述冷却液由所述加热组件112输出至所述电堆换热组件100时,通过所述电堆换热组件100与氢燃料电堆进行换热,为所述电堆进行加热,在所述电堆加热至第一预设加热温度时,电堆会启动,开始反应放热,加热组件112及电堆产生的反应热使冷却液迅速升温,当达到第二预设加热温度时,加热组件112停止工作,由电堆本身反应热使冷却液升温,当达到第三预设加热温度时,所述节温器113逐渐开启第一出水口,并缓慢关闭第二出水口,使所述热管理系统对电堆的加热速度下降,从而使所述电堆缓慢上升至所述电堆的工作温度,此时关闭节温器113第二出水口并打开第一出水口,通过主换热器111对氢燃料电池系统产生热量进行换热,以维持电堆在合适工作温度。
其中,所述第一预设温度、第二预设温度及第三预设温度所代表的温度值依次递增。
在氢燃料电池电堆处于合适的工作温度时,所述节温器113关闭与所述加热组件112连接的第二出水口,开启与所述主换热器111的第二换热支路连接的第一出水口,从而使调节电堆换热组件100输出的冷却液流向主换热器111的第二换热支路的进水口。所述主换热器111的第二换热支路的进水口与第二换热支路的出水口与船舶中的中央冷却水系统000连通,所述电堆换热组件100在热量扩散下通过冷却液吸收电堆反应产生的热量,中央冷却水流经主换热器111时与所述电堆换热组件100输出的冷却液进行热量置换,所述中央冷却水系统000通过将海水与管道内的淡水进行换热,使流出中央冷却水系统000的中央冷却水始终为冷却后的淡水,因而中央冷却水的冷能能够吸收冷却液的热量,使冷却液降温后再次流入所述电堆换热组件100,能够通过热量置换对电堆进行散热。
本发明技术方案通过采用中央冷却水系统000、电堆换热组件100、主换热器111、加热组件112及节温器113,所述主换热器111的第一换热支路与所述中央冷却水系统000连通,所述主换热器111的第二换热支路与所述电堆换热组件100连通,所述主换热器111的第一换热支路和所述主换热器111的第二换热支路进行热交换,使冷却液输入所述电堆换热组件100前进行冷却;所述加热组件112冷却液输入所述电堆换热组件100前进行加热;所述节温器113用于调节输出至第一出水口及第二出水口的流量比,来控制流入所述电堆换热组件100的冷却液的温度,从而使所述电堆换热组件100通过内部流经的冷却液与所述电堆换热,调节所述电堆的工作温度。所述主换热器111将流经电堆换热组件100的冷却液与中央冷却水进行换热,通过换热器进行散热,不需要对用于散热的元器件进行特殊布置,相对于风机散热减小了耗电功率、成本更低,并且水流换热产生的噪声相对于其他散热方式更小。本发明利用船舶中现有条件使用换热器来给氢燃料电池系统冷却,减小了占用船舶的空间,通过船舶中原有的中央冷却水系统000对流经电堆换热组件100的冷却液进行冷却,受环境温度的影响小,所述中央冷却水系统000通过将海水与淡水进行换热,使流出中央冷却水系统000的中央冷却水始终为冷却后的淡水,因此流入所述主换热器111的中央冷却水不会存在海水造成的损坏隐患,面对具有严重盐雾海洋环境,能承受的海洋盐雾等级更高,同时通过调节节温器113能够改变流入所述电堆换热组件100的冷却液的温度,从而使所述电堆在冷启动时不会由于无法调节冷却液的加热温度,使电堆工作温度突增,实现了将氢燃料电池热管理系统进行改造,使热管理系统能够适用于船舶的目的。
参照图2,在一实施例中,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
去离子器121,所述去离子器121的入水口与所述电堆换热组件100的出水口连通,所述去离子器121的出水口与所述电堆换热组件100的入水口连通,所述去离子器121用于去除冷却液中的导电离子;
过滤器122,所述过滤器122的入水口分别与所述主换热器111的第二换热支路的出水口、所述加热组件112的出水口连通,所述过滤器122的出水口与所述电堆换热组件100的入水口连通,所述过滤器122用于过滤冷却液中的杂质。
在本实施例中,所述去离子器121设置在所述电堆换热组件100出水口处,所述电堆换热组件100流出的冷却液经去离子器121回流,从而降低所述船用氢燃料电池热管理系统中冷却液的电导率。在氢燃料电堆运行进行反应放热时,所述电堆用于放热反应的双极板上会产生高电压,为了防止用于氢反应的高电压不会通过双极板中间的冷却液传递至整个冷却循环流道,因此为了防止冷却液导电,需要去除流经电堆换热组件100的冷却液中的导电离子。
所述过滤器122与所述电堆换热组件100的进水口之间设置有第二水泵,流经所述主换热的第二换热支路的冷却液及流经所述加热组件112的冷却液,均需要流经所述过滤器122,将各个回路产生的杂质进行过滤,然后将所述冷却液在所述第二水泵的驱动下输入所述电堆换热组件100,从而为氢燃料电堆提供高质量的空气、氢气和冷却液,提高了电堆中化学反应的质量。
参照图2,在一实施例中,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第一膨胀水箱130,具有第一入水口、第二入水口及出水口,所述第一膨胀水箱130的第一入水口与所述节温器113的第一出水口连通,所述第一膨胀水箱130的第二入水口与所述去离子器121的出水口连通,所述第一膨胀水箱130的出水口与所述过滤器122的入水口连通,所述第一膨胀水箱130用于平衡所述电堆换热组件100内的冷却液的压力。
在本实施例中,所述第一膨胀水箱130可以由塑料制作而成,在其他实施例中还可以由金属或化合材料制成。
具体地,在船用氢燃料电池热管理系统加热氢燃料电堆,使所述电堆冷启动时,所述加热组件112将流入的冷却液进行加热输出至所述电堆换热组件100中,由于水及空气具有热胀冷缩的作用,因此在所述加热组件112加热冷却液,或者所述氢燃料电堆进行放热反应时,流道内的冷却液和空气会受热膨胀,流道内的液体和空气体积增加,超出流道内的压强及可用空间体积,因此多余的冷却液会流入所述第一膨胀水箱130,使流道内的液体有足够空间,防止了船体在航行过程中由于流道内压强过大而炸裂。
在所述船用氢燃料电池热管理系统对所述电堆进行冷却时,所述主换热器111通过将流入的冷却液与中央冷却水进行换热,使流道内的冷却液降温冷却,由于流道内的液体和空气冷却后体积缩小,所述第一膨胀水箱130内的冷却液和空气流入流道中,为流道进行补水并平衡压强。由于船舶在航行过程中,不便在海面上对流道内的冷却液随时进行补充与减少,因此增加所述第一膨胀水箱130,能够使船舶不需要经常对流道内的冷却液进行补充,防止了船舶在燃烧时流道内的液体减小而无法正常对电堆进行冷却的问题,进而提高了船舶装配氢燃料能源的安全性。
参照图2,在一实施例中,所述船舶还包括空压机,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
中冷器140,所述中冷器140的入水口与所述过滤器122的出水口连通,所述中冷器140的出水口与所述节温器113的入水口连通,所述中冷器140用于接收所述主换热器111和/或所述加热组件112输出的冷却液,以对所述空压机压缩空气产生的热量进行换热。
在本实施例中,由于所述电堆换热组件100和所述中冷器140的换热量有所差异,因此所需冷却液的流量也不同,因而将所述电堆换热组件100和所述中冷器140采用并联形式,通过设置不用的管路内径来控制流经两路的流量。
在船舶中的氢燃料电池需要冷启动进行加热时,所述节温器113开启与所述加热组件112连接的第二出水口,关闭与所述主换热器111连接的第一出水口,从而调节管道内的冷却液的流量比,使冷却液流向加热组件112,通过加热组件112对管道内的冷却液加热,使加热后的所述冷却液由所述加热组件112输出至所述中冷器140时,通过所述中冷器140与空压机的压缩空气进行换热,但由于空压机在压缩空气时产生的热量在100摄氏度以上,而电堆在正常工作时的工作温度在50摄氏度~80摄氏度,因此管道内的冷却液经所述加热组件112加热后的热量仍然远低于压缩空气产生的热量,因此所述中冷器140能够在热量扩散下,通过冷却液吸收空压机压缩空气产生的热量,为所述空压机进行冷却。
在氢燃料电池电堆处于合适的工作温度时,所述节温器113关闭与所述加热组件112连接的第二出水口,开启与所述主换热器111连接的第一出水口,从而使调节电堆换热组件100输出的冷却液流向主换热器111的第一进水口。所述主换热器111的第一进水口与第一出水口与船舶中的中央冷却水系统000连通,所述中冷器140在热量扩散下通过冷却液吸收空压机压缩空气产生的热量,中央冷却水流经主换热器111时与所述中冷器140输出的冷却液进行热量置换,使中央冷却水的冷能吸收冷却液的热量,从而使冷却液降温再次流入所述中冷器140,通过热量置换对空压机压缩空气产生的热量进行散热。
参照图2,在一实施例中,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第一截止阀011,串联设置于所述中央冷却水系统000的出水口与所述主换热器111的第一换热支路的入水口之间,所述第一截止阀011用于控制所述中央冷却水系统000的出水口与所述主换热器111的第一换热支路的入水口之间的通/断;
第二截止阀012,串联设置于所述中央冷却水系统000的入水口与所述主换热器111的第一换热支路的出水口之间,所述第二截止阀012用于控制所述中央冷却水系统000的入水口与所述主换热器111的第一换热支路的出水口之间的通/断。
在本实施例中,通过设置所述第一截止阀011及所述第二截止阀012,使所述船用氢燃料电池热管理系统在需要维修时,能够将中央冷却水系统000与氢燃料热管理系统之间的闭合,使通往氢燃料热管理系统的流道单独断开。由于所述氢燃料电池热管理系统在维修时,需要拆掉管路对管路内部进行维修,因此需要将中央冷却水系统000通往所述氢燃料电池热管理系统的支路与通往其他回路的流道隔断,防止因对氢燃料电池热管理系统维修将整个中央冷却水系统000中的中央冷却水排出,减少了排水与维修结束后加水的工作量,由于所述船用氢燃料电池热管理系统与中央冷却水系统000之间设置所述第一截止阀011及所述第二截止阀012,因此在对所述船用氢燃料电池热管理系统维修时只需要排掉此条支路的水即可,增加了维修时的便利性。
参照图2,在一实施例中,所述船舶还包括多个电器设备,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
电器设备换热组件200,所述电器设备换热组件200用于通过内部流经的冷却液分别与多个所述电器设备换热,以调节多个所述电器设备的工作温度;
辅助换热器210,所述辅助换热器210分别与所述第一进水管、所述第一出水管、所述主换热器111及所述电器设备换热组件200连通,所述辅助换热系统用于接收中央冷却水所产生的冷能,并与所述电器设备换热组件200输出的冷却液进行换热,以给多个所述电器设备进行散热。
在本实施例中,所述辅助换热器210的第二换热支路的出水口与所述电器设备换热组件200的入水口之间设置有第三水泵,所述第三水泵用于控制冷却液通过所述辅助换热器210流向所述电器设备换热组件200,实现流道内冷却液的动力循环。
在船舶航行时,多个所述电器设备工作放热,所述电器设备换热组件200在热量扩散下通过冷却液吸收多个所述电器设备反应产生的热量,并将换热后的冷却液流入所述辅助换热器210中,所述辅助换热器210的第一进水口与第一出水口与船舶中的中央冷却水系统000连通,中央冷却水流经辅助换热器210时与所述电器设备换热组件200输出的冷却液进行热量置换,使中央冷却水的冷能吸收冷却液的热量,从而使冷却液降温再次流入所述电器设备换热组件200,通过热量置换对多个所述电器设备进行散热。
参照图2,在一实施例中,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第二膨胀水箱220,所述第二膨胀水箱220分别与所述电器设备换热组件200及所述辅助换热器210连通,所述第二膨胀水箱220用于为冷却液提供膨胀空间。
在本实施例中,在所述船用氢燃料电池热管理系统对多个所述电器设备进行冷却时,所述辅助换热器210通过将流入的冷却液与中央冷却水进行换热,使流道内的冷却液降温冷却,由于流道内的液体和空气冷却后体积缩小,所述第二膨胀水箱220内的冷却液和空气流入流道中,为流道进行补水并平衡压强。由于船舶在航行过程中,不便在海面上对流道内的冷却液随时进行补充与减少,因此增加所述第二膨胀水箱220,能够使船舶不需要经常对流道内的冷却液进行补充,防止了船舶在对电器设备进行冷却时,流道内的液体减小而无法正常对多个所述电器设备进行冷却的问题。
参照图2及图3,在一实施例中,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
密封水容器300,所述主换热器111及所述辅助换热器210设置于所述密封水容器300内,所述密封水容器300与所述中央冷却水系统000连通,所述密封水容器300用于储存所述中央冷却水系统000输出的中央冷却水;
所述主换热器111的第二换热支路还用于与所述密封水容器300储存的中央冷却水进行热交换,以对所述电堆进行散热;
所述辅助换热器210的第二换热支路还用于与所述密封水容器300储存的中央冷却水进行热交换,以对多个所述电器设备进行散热。
在本实施例中,在氢燃料电池电堆处于合适的工作温度时,所述节温器113开启与所述主换热器111的第二换热支路连接的第一出水口,使调节电堆换热组件100输出的冷却液流向主换热器111的进水口。所述电堆换热组件100在热量扩散下通过冷却液吸收电堆反应产生的热量,并将换热后的冷却液输入所述主换热器111。所述中央冷却水流经主换热器111时与所述电堆换热组件100输出的冷却液进行热量置换,所述中央冷却水系统000通过将海水与管道内的淡水进行换热,使流入所述密封水容器300内的中央冷却水始终为冷却后的淡水,所述主换热器111设置于所述密封水容器300内,因而能够使流经所述主换热器111的冷却液直接通过密封容器与中央冷却水进行换热,使中央冷却水的冷能吸收冷却液的热量,从而使冷却液降温再次流入所述电堆换热组件100,通过热量置换对电堆进行散热。
在多个所述电器设备工作放热时,所述电器设备换热组件200在热量扩散下通过冷却液吸收多个所述电器设备反应产生的热量,并将换热后的冷却液流入所述辅助换热器210中,所述辅助换热器210设置于所述密封水容器300内,使流经所述辅助换热器210的冷却液直接通过密封容器与中央冷却水进行换热,使中央冷却水的冷能吸收冷却液的热量,从而使冷却液降温再次流入所述电器设备换热组件200,通过热量置换对多个所述电器设备进行散热。
参照图1及图3,在一实施例中,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
电控阀150,具有入水口、第一出水口及第二出水口,所述电控阀150的入水口与所述节温器113的第一出水口连通,所述电控阀150的第一出水口与所述主换热器111的第二换热支路的入水口连通,所述电控阀150的第二出水口与所述主换热器111的第二换热支路的出水口连通,所述电控阀150用于控制流入所述主换热器111的冷却液的流量。
在本实施例中,在氢燃料电池电堆处于合适的工作温度时,若所述氢燃料电堆在工作时放出的反应热热量较低,正常流速下的冷却液对电堆的冷却效果过强,容易降低所述氢燃料电堆的工作温度,使所述氢燃料电池进行反应时工作不稳定,因此通过调节所述电控阀150减小流入所述主换热器111内的冷却液流量比,减少通过所述主换热器111与中央冷却水进行换热的冷却液的流量,从而使冷却液冷却的冷却后的温度不会过低,使冷却液降温后再次流入所述电堆换热组件100对电堆进行散热时,减小对电堆的散热量。
若所述氢燃料电堆在工作时放出的反应热热量较高,正常流速下的冷却液对电堆的冷却效果过弱,容易使所述氢燃料电堆的维持过高的工作温度,使所述氢燃料电池进行反应时功率过大,因此通过调节所述电控阀150增大流入所述主换热器111内的冷却液流量比,增加通过所述主换热器111与中央冷却水进行换热的冷却液的流量,从而使冷却水的比例增加,使冷却液降温后再次流入所述电堆换热组件100对电堆进行散热时,能够增加对所述电堆的散热量。
本发明技术方案通过采用电控阀150,调节流入所述主换热器111的冷却液的流量,根据不同工作状态下的所述氢燃料电堆,对流入所述电堆换热组件100的冷却液温度进行调节,使冷却液的冷却能力能够根据氢燃料电堆的工作状态进行适应性调节。
本发明还提出一种船舶,该船舶包括电堆、空压机、多个电器设备及上述的船用氢燃料电池热管理系统,该船用氢燃料电池热管理系统的具体结构参照上述实施例,由于本船舶采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种船用氢燃料电池热管理系统,应用于船舶,所述船舶包括电堆,其特征在于,所述船用氢燃料电池热管理系统包括:
中央冷却水系统;
电堆换热组件,所述电堆换热组件用于与所述电堆进行换热;
主换热器,具有第一换热支路和第二换热支路,所述主换热器的第一换热支路与所述中央冷却水系统连通,所述主换热器的第二换热支路与所述电堆换热组件连通,所述主换热器的第一换热支路和所述主换热器的第二换热支路用于进行热交换,以对所述电堆进行散热;
加热组件,所述加热组件的出水口与所述电堆换热组件的入水口连通,所述加热组件用于加热输入所述电堆换热组件的冷却液,以对所述电堆进行加热;
节温器,具有入水口、第一出水口及第二出水口,所述节温器的入水口与所述电堆换热组件的出水口连通,所述节温器的第一出水口与所述主换热器的第二换热支路的入水口连通,所述节温器的第二出水口与所述加热组件的入水口连通,所述节温器用于调节输出至第一出水口及第二出水口的流量比;
去离子器,所述去离子器的入水口与所述电堆换热组件的出水口连通,所述去离子器的出水口与所述电堆换热组件的入水口连通,所述去离子器用于去除冷却液中的导电离子;
过滤器,所述过滤器的入水口分别与所述主换热器的第二换热支路的出水口及所述加热组件的出水口连通,所述过滤器的出水口与所述电堆换热组件的入水口连通,所述过滤器用于过滤冷却液中的杂质;
第一膨胀水箱,具有第一入水口、第二入水口及出水口,所述第一膨胀水箱的第一入水口与所述节温器的第一出水口连通,所述第一膨胀水箱的第二入水口与所述去离子器的出水口连通,所述第一膨胀水箱的出水口与所述过滤器的入水口连通,所述第一膨胀水箱用于平衡所述电堆换热组件内的压力。
2.如权利要求1所述的船用氢燃料电池热管理系统,所述船舶还包括空压机,其特征在于,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
中冷器,所述中冷器的入水口与所述过滤器的出水口连通,所述中冷器的出水口与所述节温器的入水口连通,所述中冷器用于接收所述主换热器和/或所述加热组件输出的冷却液,以对所述空压机压缩空气产生的热量进行换热。
3.如权利要求1所述的船用氢燃料电池热管理系统,其特征在于,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第一截止阀,串联设置于所述中央冷却水系统的出水口与所述主换热器的第一换热支路的入水口之间,所述第一截止阀用于控制所述中央冷却水系统的出水口与所述主换热器的第一换热支路的入水口之间的通/断;
第二截止阀,串联设置于所述中央冷却水系统的入水口与所述主换热器的第一换热支路的出水口之间,所述第二截止阀用于控制所述中央冷却水系统的入水口与所述主换热器的第一换热支路的出水口之间的通/断。
4.如权利要求1所述的船用氢燃料电池热管理系统,所述船舶还包括多个电器设备,其特征在于,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
电器设备换热组件,所述电器设备换热组件用于与多个所述电器设备进行换热;
辅助换热器,所述辅助换热器具有第一换热支路和第二换热支路,所述辅助换热器的第一换热支路与所述中央冷却水系统连通,所述辅助换热器的第二换热支路与所述电器设备换热组件连通,所述电器设备换热组件的第一换热支路和所述电器设备换热组件的第二换热支路用于进行热交换,以对多个所述电器设备进行散热。
5.如权利要求4所述的船用氢燃料电池热管理系统,其特征在于,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
第二膨胀水箱,所述第二膨胀水箱的入水口与所述电器设备换热组件的出水口连通,所述第二膨胀水箱的出水口与所述电器设备换热组件的入水口连通,所述第二膨胀水箱用于平衡所述电器设备换热组件内的压力。
6.如权利要求4所述的船用氢燃料电池热管理系统,其特征在于,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
密封水容器,所述主换热器及所述辅助换热器设置于所述密封水容器内,所述密封水容器与所述中央冷却水系统连通,所述密封水容器用于储存所述中央冷却水系统输出的中央冷却水;
所述主换热器的第二换热支路还用于与所述密封水容器储存的中央冷却水进行热交换,以对所述电堆进行散热;
所述辅助换热器的第二换热支路还用于与所述密封水容器储存的中央冷却水进行热交换,以对多个所述电器设备进行散热。
7.如权利要求6所述的船用氢燃料电池热管理系统,其特征在于,所述船用氢燃料电池热管理系统还包括:
电控阀,具有入水口、第一出水口及第二出水口,所述电控阀的入水口与所述节温器的第一出水口连通,所述电控阀的第一出水口与所述主换热器的第二换热支路的入水口连通,所述电控阀的第二出水口与所述主换热器的第二换热支路的出水口连通,所述电控阀用于控制流入所述主换热器的冷却液的流量大小。
8.一种船舶,其特征在于,所述船舶包括电堆、空压机、多个电器设备及如权利要求1-7任意一项所述的船用氢燃料电池热管理系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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