CN212695194U - 一种燃料电池降温的温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体公开了一种燃料电池降温的温度控制系统，包括过滤增压组件、第一冷凝器、温度控制组件、空气加湿器、氢气输送反应装置和燃料电池堆，所述过滤增压组件与所述第一冷凝器的入口连通，所述第一冷凝器的出口通过管路与空气加湿器连通，所述氢气输送反应装置上设有第一换热器组，所述第一换热器组与第一冷凝器连通，所述温度控制组件分别连接在第一冷凝器与过滤增压组件之间的管路和第一冷凝器与空气加湿器之间的管路上，所述空气加湿器与燃料电池堆连通。本实用新型的温度控制系统可以有效的控制空压机进入电堆的温度不高于合适值，防止由于气体温度过高、水分蒸发，导致电池的性能变差，极大地减少寿命。

Description

一种燃料电池降温的温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池降温的温度控制系统。

背景技术

燃料电池是一种高效、绿色环保的发电装置，可直接将化学能转化为电能，为连接的用电设备提供电力，膜电极是燃料电池内部组件的核心，其工作的条件需要具有一定温度和湿度。进入燃料电池内的氢气和空气的温度会极大的影响到电堆的性能。空气的来源是由外部空气过滤后进入空压机后，将压缩空气提供给电堆，由于电堆对高功率的需求，故而空气的需求量也更高，空压机对空气的压缩会导致空气的温度急剧升高，一般可达到100℃-130℃左右，高于电堆的正常运行温度，不适合燃料电池正常工作温度，会影响燃料电池的使用寿命甚至会发生意外。

实用新型内容

本实用新型发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种燃料电池降温的温度控制系统。该温度控制系统可以有效的控制空压机进入电堆的温度不高于合适值，防止由于气体温度过高、水分蒸发，导致电池的性能变差，极大地减少寿命。

本发明所要解决的上述问题通过以下技术方案以实现：

一种燃料电池降温的温度控制系统，包括过滤增压组件、第一冷凝器、温度控制组件、空气加湿器、氢气输送反应装置和燃料电池堆，所述过滤增压组件通过管路与所述第一冷凝器的入口连通，所述第一冷凝器的出口通过管路与空气加湿器连通，所述氢气输送反应装置上设有第一换热器组，所述第一换热器组与第一冷凝器连通，所述温度控制组件分别连接在第一冷凝器与过滤增压组件之间的管路和第一冷凝器与空气加湿器之间的管路上，所述温度控制组件还与第一冷凝器电连接，所述空气加湿器与燃料电池堆连通。

优选的，所述过滤增压组件包括空气过滤器和空气压缩机，所述空气过滤器通过管路与空气压缩机连通，所述空气压缩机通过管路与第一冷凝器的入口连通。

优选的，所述温度控制组件包括温度控制器、第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器连接在第一冷凝器与空气压缩机之间的管路上，所述第二温度传感器连接在第一冷凝器与空气加湿器之间的管路上，所述温度控制器分别与第一温度传感器和第二温度传感器电连接并且所述温度控制器与第一冷凝器电连接。

优选的，所述氢气输送反应装置包括高压氢气瓶、控制阀组、第一换热器组和加热加湿器，所述高压氢气瓶通过管路与控制阀组连通，所述控制阀组通过管路与第一换热器组连通，所述第一换热器组通过管路与加热加湿器连通，所述加热加湿器通过管路与燃料电池堆连通。

优选的，所述控制阀组包括第一减压阀和第二减压阀，所述第一减压阀和第二减压阀并列连通排布在高压氢气瓶与第一换热器组之间的管路上。

优选的，所述第一换热器组包括第一分换热器和第二分换热器，所述控制阀组包括第一膨胀阀和第二膨胀阀，所述第一膨胀阀的出口与第一分换热器的第一入口连通，所述第一分换热器的第一出口与第二膨胀阀的入口连通，所述第二膨胀阀的出口与第二分换热器的第一入口连通，所述第二分换热器的第一出口与加热加湿器的入口连通。

优选的，所述第一膨胀阀和第二膨胀阀均选用活塞型膨胀器。

优选的，所述氢气输送反应装置还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器的第一入口与燃料电池堆的出口连通，所述第二冷凝器的第二入口均与第一分换热器的第二出口和第二分换热器的第二出口连通。

优选的，所述氢气输送反应装置还包括水箱，所述第二冷凝器的出口与水箱的入口连通，所述水箱的出口分别与加热加湿器的入口、燃料电池堆的入口连通。

有益效果：采用本实用型所述的结构后，由于结构设有利用高压氢气降压降温，温度可以降低约10-15℃，通过第一换热器组释放冷量，将冷量送入第一冷凝器中，从空气出口以及第一冷凝器出口处采集气体温度信号，若温度控制组件测得温度高于80℃，反馈信号到第一换热器组继续释放冷量到第一冷凝器中，直到温度控制组件中温度信号不高于80℃空气才可流入电堆中。通过这样的方法，可以有效地控制空压机进入电堆的温度不高于80℃，防止由于气体温度过高，水分蒸发，导致电池的性能变差，极大地减少寿命；并且充分利用了高压氢气降压时产生的能量损失用于燃料空气的降温。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种燃料电池降温的温度控制系统的结构示意图。

图2是本实用新型所述的一种燃料电池降温的温度控制系统的氢气输送反应装置的其一实施例的结构示意图。

图1-2:1-空气过滤器；2-空气压缩机；3-第一冷凝器；4-温度控制组件；5-空气加湿器；6-燃料电池堆；7-氢气输送反应装置；10-温度控制器；11-第一温度传感器；12-第二温度传感器；13-高压氢气瓶；14-控制阀组；15-第一换热器组；16-加热加湿器；17-第一减压阀；18-第二减压阀；19-第一膨胀阀；20-第二膨胀阀；21-第一分换热器；22-第二分换热器；23-第二冷凝器；24-水箱；25-过滤增压组件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。

实施例1：

如图1所示的一种燃料电池降温的温度控制系统，包括过滤增压组件25、第一冷凝器3、温度控制组件4、空气加湿器5、氢气输送反应装置7和燃料电池堆6，所述过滤增压组件25通过管路与所述第一冷凝器3的入口连通，所述第一冷凝器3的出口通过管路与空气加湿器5连通，所述氢气输送反应装置7上设有第一换热器组15，所述第一换热器组15通过管路与第一冷凝器3连通，所述温度控制组件4分别连接在第一冷凝器3与过滤增压组件25之间的管路和第一冷凝器3与空气加湿器5之间的管路上，所述温度控制组件4还与第一冷凝器3电连接，所述空气加湿器5通过管路与燃料电池堆6连通。

在本实施例中，本发明创造利用高压氢气降压降温，温度可以降低约10-15℃，通过第一换热器组释放冷量，将冷量送入第一冷凝器中，从空气出口以及第一冷凝器出口处采集气体温度信号，若温度控制组件测得温度高于80℃，反馈信号到第一换热器组继续释放冷量到第一冷凝器中，增加第一冷凝器的散热速率，第二温度传感器持续反馈温度给第一换热器端，直到温度控制组件中温度信号不高于80℃空气才可流入电堆中。通过这样的方法，可以有效的控制空压机进入电堆的温度不高于80℃，防止由于气体温度过高，水分蒸发，导致电池的性能变差，极大地减少寿命；并且充分利用了高压氢气降压时产生的能量损失用于燃料空气的降温。

实施例2：

本实施例的其它结构与实施例1的一致，不同在于：如图1所示的一种燃料电池降温的温度控制系统，所述过滤增压组件25包括空气过滤器1和空气压缩机2，所述空气过滤器1通过管路与空气压缩机2连通，所述空气压缩机2通过管路与第一冷凝器3的入口连通。

具体地，所述温度控制组件4包括温度控制器10、第一温度传感器11和第二温度传感器12，所述第一温度传感器11连接在第一冷凝器3与空气压缩机2之间的管路上，所述第二温度传感器12连接在第一冷凝器3与空气加湿器5之间的管路上，所述温度控制器10分别与第一温度传感器11和第二温度传感器12电连接并且所述温度控制器10与第一冷凝器3电连接，由于质子在质子交换膜中的传递需要依靠水分子作为传导介质，如果温度过高，将导致水分蒸发，从而引起干化现象，质子交换膜的导电性大幅降低，导致差的电池性能。而且质子交换膜的玻璃化转变温度较低，高温下会失去机械和尺寸稳定性，通过快速精准地检测到空气压缩机出口处的温度以及第一冷凝器出口处的温度，判断第二传感器的温度否高于80℃，进行持续控制循环，还可以快速有效地降低压缩机空气的温度，达到适宜进入电堆时的温度。

具体地，所述氢气输送反应装置7包括高压氢气瓶13、控制阀组14、第一换热器组15和加热加湿器16，所述高压氢气瓶13通过管路与控制阀组14连通，所述控制阀组14通过管路与第一换热器组15连通，所述第一换热器组15通过管路与加热加湿器16连通，所述加热加湿器16通过管路与燃料电池堆6连通。

由于加热加湿器内置有电加热器，进气管和出气管，电加热器将水加热保持70-80℃,氢气从进气管进入罐内水中，加热加湿后从出气管输出到燃料电池中以供使用。

使用方法：空气经过空气过滤器，干净的空气进入压缩机，得到高压高温的气体，流经第一冷凝器中得到散热，并通过从第一换热器组带来的冷量加快降温，达到适宜的燃料电池进口温度，再经过加湿，进入电堆。

实施例3：

本实施例的其它结构与实施例2的一致，不同在于：如图1所示的一种燃料电池降温的温度控制系统，所述控制阀组14包括第一减压阀17和第二减压阀18，所述第一减压阀17和第二减压阀18并列连通排布在高压氢气瓶13与第一换热器组15之间的管路上，氢气从高压气瓶中流出，经过第一减压阀和第二减压阀的一级减压和二级减压，气体降温吸热，会释放部分冷量，流入换热器中，将冷量送入空气路的冷凝器中，用于制冷，并增加散热；降压后的氢气经过加热加湿器，气体的温度和湿度均达到进入燃料电池的正常需求。

实施例4：

本实施例的其它结构与实施例2的一致，不同在于：如图1所示的一种燃料电池降温的温度控制系统，所述第一换热器组15包括第一分换热器21和第二分换热器22，所述控制阀组14包括第一膨胀阀19和第二膨胀阀20，所述第一膨胀阀19的出口与第一分换热器21的第一入口连通，所述第一分换热器21的第一出口与第二膨胀阀20的入口连通，所述第二膨胀阀20的出口与第二分换热器22的第一入口连通，所述第二分换热器22的第一出口与加热加湿器16的入口连通，通过第一换热器组和控制阀组交错并排安装可以实现两级的边降压边散热，降压后的氢气经过加热加湿器，气体的温度和湿度均达到进入燃料电池的正常需求，提高运行效率；

具体地，所述第一膨胀阀19和第二膨胀阀20均选用活塞型膨胀器；

具体地，所述氢气输送反应装置7还包括第二冷凝器23和水箱24，所述第二冷凝器23的第一入口与燃料电池堆6的出口连通，所述第二冷凝器23的第二入口均与第一分换热器21的第二出口和第二分换热器22的第二出口连通，所述第二冷凝器23的出口与水箱24的入口连通，所述水箱24的出口分别与加热加湿器16的入口、燃料电池堆6的入口连通；高压氢气罐中的氢气流入膨胀器中，氢气减压并膨胀，可对外做功，并降温流入第一或二分换热器中，带来冷量。经过几级膨胀系统后，氢气降到低压状态，经过加热加湿器中，达到流入燃料电池的的温度和湿度的要求。再犹豫膨胀器可以回收高压氢气的冷量，通过换热器，供给从燃料电池中出来的冷却循环水；冷却循环水从燃料电池中出来带走废热，经过冷凝器中放出热量，从膨胀器带来的冷量可以直接加速冷凝器散热，并且不需要较大型的冷凝器，散热后的冷却水以常温状态循环回水箱中，继续重复使用。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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以及术语“第一”、“第二”，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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点 ,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，包括过滤增压组件、第一冷凝器、温度控制组件、空气加湿器、氢气输送反应装置和燃料电池堆，所述过滤增压组件通过管路与所述第一冷凝器的入口连通，所述第一冷凝器的出口通过管路与空气加湿器连通，所述氢气输送反应装置上设有第一换热器组，所述第一换热器组与第一冷凝器连通，所述温度控制组件分别连接在第一冷凝器与过滤增压组件之间的管路和第一冷凝器与空气加湿器之间的管路上，所述温度控制组件还与第一冷凝器电连接，所述空气加湿器与燃料电池堆连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述过滤增压组件包括空气过滤器和空气压缩机，所述空气过滤器通过管路与空气压缩机连通，所述空气压缩机通过管路与第一冷凝器的入口连通。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制组件包括温度控制器、第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器连接在第一冷凝器与空气压缩机之间的管路上，所述第二温度传感器连接在第一冷凝器与空气加湿器之间的管路上，所述温度控制器分别与第一温度传感器和第二温度传感器电连接并且所述温度控制器与第一冷凝器电连接。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述氢气输送反应装置包括高压氢气瓶、控制阀组、第一换热器组和加热加湿器，所述高压氢气瓶通过管路与控制阀组连通，所述控制阀组通过管路与第一换热器组连通，所述第一换热器组通过管路与加热加湿器连通，所述加热加湿器通过管路与燃料电池堆连通。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述控制阀组包括第一减压阀和第二减压阀，所述第一减压阀和第二减压阀并列连通排布在高压氢气瓶与第一换热器组之间的管路上。

6.根据权利要求4所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述第一换热器组包括第一分换热器和第二分换热器，所述控制阀组包括第一膨胀阀和第二膨胀阀，所述第一膨胀阀的出口与第一分换热器的第一入口连通，所述第一分换热器的第一出口与第二膨胀阀的入口连通，所述第二膨胀阀的出口与第二分换热器的第一入口连通，所述第二分换热器的第一出口与加热加湿器的入口连通。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述第一膨胀阀和第二膨胀阀均选用活塞型膨胀器。

8.根据权利要求6所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述氢气输送反应装置还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器的第一入口与燃料电池堆的出口连通，所述第二冷凝器的第二入口均与第一分换热器的第二出口和第二分换热器的第二出口连通。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池降温的温度控制系统，其特征在于，所述氢气输送反应装置还包括水箱，所述第二冷凝器的出口与水箱的入口连通，所述水箱的出口分别与加热加湿器的入口、燃料电池堆的入口连通。

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