CN210668556U - 一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统，包括电堆，与电堆阴极连接的空气回路，以及用于向电堆提供冷却水的冷却回路；空气回路包括用于向电堆阴极输送空气的空压机；冷却回路包括用于向电堆送水的水泵，以及连接在水泵入口处的膨胀水箱；还包括从空压机与电堆阴极之间的管道连通至膨胀水箱的第一输气管。该系统的能耗较低、压力控制稳定性好、控制程序比较简单、成本较低。

Description

一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统。

背景技术

氢是一种洁净的二次能源载体，氢燃料电池具有能量转化率高、噪音低以及零排放等优点。目前，氢燃料电池技术快速发展，车用燃料电池系统也已初步实现商业化。

燃料电池发动机运行时，电堆阴极（空气）、阳极（氢气）及冷却水压力都需要准确的控制，一般要求阳极压力略大于阴极压力，冷却水压力略大于阳极压力。为提高发动机效率，在不同功率下整体运行压力不同。冷却水压力一般通过调整水泵转速来控制，具有较好的动态响应特性，却依旧存在以下缺陷和不足：

第一，由于水泵入口压力低，需要高转速来提高出口压力，以满足电堆压力要求，造成能耗增加；

第二，冷却水热胀冷缩或震荡会引起膨胀水箱压力变化，导致压力控制不稳定；

第三，电堆冷却水进出口温差同时也需要调整水泵转速来控制，增加了冷却系统控制复杂性。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统，旨在解决现有技术中需要调节水泵转速进行动态响应而导致的能耗增加、压力控制不稳和冷却系统控制复杂的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统，包括电堆，与电堆阴极连接的空气回路，以及用于向电堆提供冷却水的冷却回路；空气回路包括用于向电堆阴极输送空气的空压机；冷却回路包括用于向电堆送水的水泵，以及连接在水泵入口处的膨胀水箱；还包括从空压机与电堆阴极之间的管道连通至膨胀水箱的第一输气管。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中, 所述第一输气管上设置有一个第一调压件。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述第一输气管上连接有一根用于对电堆壳体进行吹扫的第二输气管，该第二输气管连接于第一调压件的下游，且该第二输气管上设置有一个第二调压件。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述第一调压件和第二调压件为节流孔板或减压阀。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述膨胀水箱顶部设置有泄压阀。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述空气回路还包括设置在空压机上游的过滤器，依次设置在空压机与电堆阴极之间的中冷器和加湿器，以及设置在排气管上的背压阀。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述第一输气管的一端连接在中冷器和加湿器之间。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述电堆阴极的入口和出口均与所述加湿器连接，该加湿器采用阴极尾气作为水分来源。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述冷却回路还包括与电堆冷却水出口连接的散热器，该散热器的出口与水泵的入口连接。

所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统中,所述电堆和/或散热器与所述膨胀水箱之间连接有回流管。

有益效果：

本实用新型提供的一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统，与现有技术相比，至少具有以下优点：

第一，通过把膨胀水箱与空压机出口连通，从而把水泵入口压力与空气回路关联起来，使之只跟随空气压力变化而变化，而不受其它因素的影响，压力控制更加稳定；

第二，可提高水泵入口处的压力，从而降低水泵的能耗，提高发动机运行效率；

第三，发动机变功率运行时，使水泵转速固定，当空气回路压力变化，膨胀水箱压力也产生变化，从而使整个冷却回路压力自动升高或降低，满足了电堆冷却水压力要求，冷却水压力不再需要额外控制，减低了控制程序的复杂程度；

第四，对水泵性能要求较低，使用固定转速水泵即可，降低了发动机成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的燃料电池发动机冷却水压力控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本实用新型提供的一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统，包括电堆A，与电堆A阴极连接的空气回路B，以及用于向电堆提供冷却水的冷却回路C；空气回路B包括用于向电堆A阴极输送空气的空压机1；冷却回路C包括用于向电堆A送水的水泵2，以及连接在水泵入口处的膨胀水箱3；还包括从空压机1与电堆A阴极之间的管道连通至膨胀水箱3的第一输气管4。

该系统通过把膨胀水箱3与空压机1出口连通，从而把水泵2入口压力与空气回路B关联起来，使之只跟随空气压力变化而变化，而不受其它因素的影响，压力控制更加稳定；高压空气进入膨胀水箱3后，可提高水泵2入口处的压力，从而降低水泵的能耗，提高发动机运行效率；发动机变功率运行时，可使水泵2转速固定，当空气回路B压力变化，膨胀水箱3压力也随之产生变化，从而使整个冷却回路C压力自动升高或降低，满足了电堆冷却水压力要求，冷却水压力不再需要额外控制，减低了控制程序的复杂程度；对水泵2性能要求较低，使用固定转速水泵即可，降低了发动机成本。

此处，第一输气管4优选连接在膨胀水箱3的上部高于水面的位置，以避免空气进入膨胀水箱3时搅动冷却水而使水压扰动。

一些实施方式中, 所述第一输气管4上设置有一个第一调压件5。通过第一调压件使空压机1出口压力与膨胀水箱3的压力维持一定的差值，满足阴极、阳极与冷却水之间的压差要求。

进一步的,所述第一输气管4上连接有一根用于对电堆壳体进行吹扫的第二输气管6，该第二输气管6连接于第一调压件5的下游，且该第二输气管上设置有一个第二调压件7。通过对电堆壳体进行吹扫可进一步进行冷却，提高冷却效率。

具体的,所述第一调压件5和第二调压件7为减压元器件，主要起降低气压的作用，包括但不限于是节流孔板或减压阀。

优选的,可在所述膨胀水箱3顶部设置泄压阀8。当膨胀水箱3内压力超过阈值时会冲开该泄压阀8进行泄压，包证系统安全。

本实施例中,所述空气回路B还包括设置在空压机1上游的过滤器9，依次设置在空压机1与电堆A阴极之间的中冷器10和加湿器11，以及设置在排气管12（排气管为与电堆A阴极出口连接并用于排气的管道）上的背压阀13。其中，过滤器9用于对空气进行过滤，避免灰尘、砂石等杂质进入电堆；中冷器10用于降低被压缩的空气的温度，避免温度过高影响燃料电池正常工作；加湿器11用于对进入电堆A阴极的空气进行加湿，以确保燃料电池正常工作；背压阀13用于调节电堆A阴极的压力，使其满足与阳极的压差要求。

进一步的,所述第一输气管4的一端连接在中冷器10和加湿器11之间。把冷却后的高压空气引入膨胀水箱3，可避免把过多的热量引入冷却回路C中，影响冷却效果。

较优的,所述电堆A阴极的入口和出口均与所述加湿器11连接，该加湿器采用阴极尾气作为水分来源。具体的，该加湿器11具有湿阴极气体出口和阴极尾气入口，湿阴极气体出口连接在通往电堆A阴极入口的管道上，阴极尾气入口连接在排气管12靠近电堆A阴极出口处，该加湿器把尾气中的水分送往湿阴极气体出口处对空气进行加湿，此为现有技术。由于在燃料电池工作过程中，氢气和氧气反应产生水，从而令尾气中含有较多的水，利用该部分水进行加湿，无需额外设置水箱储水进行加湿，简化了系统的结构，降低了系统的重量，从而可降低能耗。

本实施例中,所述冷却回路C还包括与电堆A冷却水出口连接的散热器14，该散热器14的出口与水泵2的入口连接。冷却水在电堆A中对电堆进行冷却后会升温，升温后的冷却水在散热器14处进行冷却减温后再次流到水泵2的入口处，形成冷却水循环；该散热器14可以是风冷式的散热器，也可以是液冷式的散热器。

进一步的,所述电堆A和/或散热器14与所述膨胀水箱3之间连接有回流管15、16，通过回流管15、16可把部分冷却水回流到膨胀水箱3中的同时，可把混在冷却水中的空气排回膨胀水箱3中。该回流管15、16优选连接在膨胀水箱3的上部高于水面的位置，以避免空气进入膨胀水箱3时搅动冷却水而使水压扰动。

此外，可在电堆A的阴极入口处和第一调压件5下游的第一输气管4处设置压力测量装置17、18（压力传感器、压力表等），以实时监测输入电堆A的阴极和膨胀水箱3的气压值，以便判断燃料电池是否正常工作。

综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本实用新型实质上相同。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机冷却水压力控制系统，包括电堆，与电堆阴极连接的空气回路，以及用于向电堆提供冷却水的冷却回路；空气回路包括用于向电堆阴极输送空气的空压机；冷却回路包括用于向电堆送水的水泵，以及连接在水泵入口处的膨胀水箱；其特征在于，还包括从空压机与电堆阴极之间的管道连通至膨胀水箱的第一输气管。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于, 所述第一输气管上设置有一个第一调压件。

3.根据权利要求2所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述第一输气管上连接有一根用于对电堆壳体进行吹扫的第二输气管，该第二输气管连接于第一调压件的下游，且该第二输气管上设置有一个第二调压件。

4.根据权利要求3所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述第一调压件和第二调压件为节流孔板或减压阀。

5.根据权利要求1所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述膨胀水箱顶部设置有泄压阀。

6.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述空气回路还包括设置在空压机上游的过滤器，依次设置在空压机与电堆阴极之间的中冷器和加湿器，以及设置在排气管上的背压阀。

7.根据权利要求6所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述第一输气管的一端连接在中冷器和加湿器之间。

8.根据权利要求6所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述电堆阴极的入口和出口均与所述加湿器连接，该加湿器采用阴极尾气作为水分来源。

9.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述冷却回路还包括与电堆冷却水出口连接的散热器，该散热器的出口与水泵的入口连接。

10.根据权利要求9所述的燃料电池发动机冷却水压力控制系统，其特征在于,所述电堆和/或散热器与所述膨胀水箱之间连接有回流管。

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