CN212991130U - 一种燃料电池冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池，提供一种燃料电池冷却系统，包括用于冷却燃料电池的冷却循环回路和连接于所述冷却循环回路的排气回路，其中所述冷却循环回路上设有泵送装置，且在所述泵送装置的进口端和出口端的两侧流路上连接有热量调节支路，所述热量调节支路上设有去离子器和加热装置，其中所述去离子器在所述热量调节支路的冷却液流动路径上，且设置为相对于所述加热装置更靠近所述泵送装置的出口端，以能够稳定流经所述加热装置内的冷却液的电导率；所述排气回路的出口端与存储容器连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。本实用新型所述的燃料电池冷却系统能够有效控制冷却液循环量，并有效排除系统内气体，热交换率高，系统稳定性高。

Description

一种燃料电池冷却系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，特别涉及一种燃料电池冷却系统。

背景技术

燃料电池是一种以氢气、氧气为反应物，产生电与水的清洁能量转换装置。燃料电池将化学能转换为电能时，除了输出大量电能以外，还输出大量热能，这些热能一方面能够有利于电化学反应，但是同时也会对其他零部件(如质子交换膜)产生不利影响，进而影响燃料电池的性能。因此，合理控制燃料电池在化学反应过程中的热能就显得非常重要。

目前，燃料电池冷却系统中零件数量较多，包括燃料电池、去离子器、散热器等，各零件连接后不仅结构复杂，并且现有技术的燃料电池冷却系统中虽然在冷却循环回路中设置了去离子器以去除冷却液中的导电离子，但是由于该设置不能对冷却液的循环量进行有效控制，从而导致冷却液电导率不可控，并且由于去离子器的阻力较大，使得主循环回路的热交换量低，系统能耗大。同时，现有技术的燃料电池冷却系统中的循环回路也不利于系统内的气体排出，系统运行稳定性不高。

因此，需要设计一种燃料电池冷却系统，以解决或克服上述技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种燃料电池冷却系统，以能够有效控制冷却液的循环量，并有效排除系统内气体，提高系统热交换率，提高系统稳定性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种燃料电池冷却系统，包括用于冷却燃料电池的冷却循环回路和连接于所述冷却循环回路的排气回路，其中，所述冷却循环回路上设有泵送装置，且在所述泵送装置的进口端和出口端的两侧流路上连接有热量调节支路，所述热量调节支路上设有去离子器和加热装置，其中所述去离子器在所述热量调节支路的冷却液流动路径上，且设置为相对于所述加热装置更靠近所述泵送装置的出口端，以能够稳定流经所述加热装置内的冷却液的电导率；所述排气回路的出口端与存储容器连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。

进一步的，所述冷却循环回路上还设有散热器，以使得冷却液能够通过所述泵送装置的泵送经由所述燃料电池区和所述散热器形成循环，所述冷却循环回路的燃料电池区管段经过所述燃料电池内部的冷却通道。

进一步的，所述燃料电池冷却系统还包括连接于所述散热器两侧流路上的辅助循环支路，该辅助循环支路与所述冷却循环回路的其中一个连接点通过三通温控阀连接，以能够通过该三通温控阀的控制使得冷却液选择性地经由所述散热器或者所述辅助循环支路形成冷却液循环。

更进一步的，所述排气回路包括与所述热量调节支路和所述存储容器连接的第一排气回路、连接于所述燃料电池区的所述燃料电池区管段与所述存储容器之间的第二排气回路以及设于所述散热器和所述存储容器之间的第三排气回路，所述第一排气回路、所述第二排气回路和所述第三排气回路的排气出口端均与所述存储容器连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。

进一步的，所述第一排气回路的气体入口连接端设于所述去离子器与所述加热装置之间；和/或

所述第二排气回路的气体入口连接端设于所述燃料电池的上端；和/或

所述第三排气回路的气体入口连接端设于所述散热器的上端。

进一步的，所述三通温控阀连接于所述燃料电池冷却系统的控制装置，以能够控制该三通温控阀的导通方向。

进一步的，所述散热器包括风扇，所述风扇能够朝向所述散热器鼓风。

进一步的，所述冷却循环回路的所述燃料电池区管段等间距均匀设置。

进一步的，所述存储容器与所述冷却循环回路之间设有补液支路，所述补液支路的进口端连接于所述存储容器的下部，所述补液支路的出口端设于所述泵送装置的进口端的流路上。

更进一步的，所述燃料电池冷却系统的控制装置电连接于所述泵送装置、所述加热装置和所述散热器，以能够控制所述冷却循环回路和所述热量调节支路。

相对于现有技术，本实用新型所述的燃料电池冷却系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的燃料电池冷却系统中，将去离子器和加热装置设置为热量调节支路，在各零部件布置上高度集成，并且流经加热装置的冷却液首先是要经过去离子器，因此，流经加热装置的冷却液能够保持比较稳定的电导率的状态，从而能够保证燃料电池冷却系统的绝缘性和燃料电池的安全。同时，与冷却循环回路连接的排气回路还能够有效解决系统内气体排出问题，提高系统稳定性。

(2)本实用新型所述的燃料电池冷却系统的排气回路设置为三条，其中第一排气回路的气体入口连接端设置在热量调节支路上，且位于去离子器和加热装置之间。同时还设置了补液支路，并且补液支路的出口端设置在泵送装置的进口端的流路上，因为泵送装置的前端是系统压力最低点，补液口设置在此处能够与第一排气回路形成串联，并能够始终保持较大的压差而推动冷却液流动，进而能够更加有效且迅速的排除系统内的空气，同步还能实现对燃料电池冷却系统补液。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施方式所述的料电池冷却系统的连接示意图。

附图标记说明：

1 冷却循环回路 11 泵送装置

12 燃料电池 13 散热器

131 风扇 14 三通温控阀

2 热量调节支路 21 去离子器

22 加热装置 3 辅助循环支路

4 存储容器 5 第一排气回路

6 第二排气回路 7 第三排气回路

8 补液支路

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。

图1为本实用新型实施例所述的燃料电池冷却系统，包括用于冷却燃料电池12的冷却循环回路1和连接于所述冷却循环回路1的排气回路，其中，所述冷却循环回路1上设有泵送装置11，且在所述泵送装置11的进口端和出口端的两侧流路上连接有热量调节支路2，所述热量调节支路2上设有去离子器21和加热装置22，其中所述去离子器21在所述热量调节支路2的冷却液流动路径上，且设置为相对于所述加热装置22更靠近所述泵送装置11的出口端，以能够稳定流经所述加热装置22内的冷却液的电导率；所述排气回路的出口端与存储容器4连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。

从图1中可以看出，首先，本实用新型的燃料电池冷却系统包括冷却循环回路1和热量调节支路2，冷却循环回路1满足燃料电池12在工作过程中的散热要求，因燃料电池冷却系统中零部件数量多，管路复杂，因此，本实用新型的冷却循环回路1上增设热量调节支路2，当然，也可以理解为将现有技术的燃料电池冷却系统中的去离子器21和加热装置22集成为热量调节支路2，在该热量调节支路2中，将去离子器21设置在加热装置22的前端，这样，去离子器21和加热装置22能够串联，在零部件布置上高度集成。冷却液首先经过去离子器21，然后再经过加热装置22，加热后的冷却液则再次进入到冷却循环回路1中，满足冷却循环回路1中冷却液的温度要求。冷却液在燃料电池冷却系统经过各个零部件时均会产生一定量的离子，而伴随着冷却液内的离子的不断积累，会造成冷却系统绝缘阻值降低，从而给燃料电池12的安全运行造成一定风险，而本实用新型的去离子器21能够在加热装置22加热冷却液的同时，由去离子器21同步过滤冷却液，保证冷却液的导电率处于正常状态。这种由整化零的管路结构，能够简化原有繁杂的管路结构形式，能够降低开发成本、开发周期和开发难度，为管路结构的重新优化、设计、改造提供便利基础。

其次，燃料电池冷却系统的排气问题一直是困扰研发人员的重要难题，而本实用新型的燃料电池冷却系统则是在在冷却循环回路1和热量调节支路2上分别设置排气回路，简化系统中的管路布置，并且能够排除燃料电池冷却系统中的气体，尤其是在热量调节支路2中，由于去离子器21和加热装置22串联形成为一个回路，而且通常会形成为倒U形回路结构，因此会造成此处压损过大，极易造成排气困难，因此，在热量调节支路2上设置排气回路，就能够有效排除热量调节支路2内的气体，保证热交换效率。

在这里需要说明的是，本实用新型的存储容器4一般采用溢水罐，当然也可以采用其他结构形式的能够存储冷却液的容器，均属于本实用新型的保护范围。

进一步的，所述冷却循环回路1上还设有散热器13，以使得冷却液能够通过所述泵送装置11的泵送经由所述燃料电池12区和所述散热器13形成循环，所述冷却循环回路1的燃料电池区管段经过所述燃料电池12内部的冷却通道。

另外，所述散热器13包括风扇131，所述风扇131能够朝向所述散热器13鼓风。

从图1中可以看出，散热器13作为冷却循环回路1中的重要零部件，与泵送装置11、燃料电池12串联为冷却循环回路1，各零部件之间采用管连接，根据燃料电池12的结构特殊性，燃料电池区管段经过燃料电池12内部的冷却通道，以能够增大管与燃料电池12的接触面积，更大程度地将热量传递到管中的冷却液中，以满足燃料电池12正常工作。

当然，管也可以采用其他结构形式，以满足传递燃料电池12工作过程中产生的热量，例如，可以将分布在燃料电池12内部的管路分为多组管路，多组管路之间可以串联连接，从而形成连续的管路分布结构，而每组管路则可以根据燃料电池12内部的冷却通道的结构和尺寸大小随意变换，变换量较小，变换形式也比较灵活。当然，也可以采用其他结构形式，其目的是为了散发燃料电池12工作时所产生的热量，均属于本实用新型的保护范围。

为了增强散热器13的散热效果，本实用新型的散热器13还包括风扇131，风扇131能够由内向外鼓风，将散热器13上的热量传导出去。同样的，风扇131也可以用其他可以增强散热器13表面热量散发的零件代替，如风机，均是能够增加散热器13表面的空气流动速度，以此来迅速散发散热器13表面的热量，均属于本实用新型的保护范围。

进一步的，所述燃料电池冷却系统还包括连接于所述散热器13两侧流路上的辅助循环支路3，该辅助循环支路3与所述冷却循环回路1的其中一个连接点通过三通温控阀14连接，以能够通过该三通温控阀14的控制使得冷却液选择性地经由所述散热器13或者所述辅助循环支路3形成冷却液循环。

在这里需要说明的是，辅助循环支路3的作用是能够在冷却循环回路1内的冷却液温度达不到设定温度时，引导冷却液由辅助循环支路3经过，此时的冷却循环回路1由泵送装置11和燃料电池12串联形成，冷却液经过冷却循环回路1内的管道即可实现最初始的散热需求。这种情况下，冷却液可以不用经过散热器13，延长散热器13使用寿命的同时，也能够减少冷却液内因经过散热器13而产生的离子的数量，从而能够降低系统能耗。

图1中所示的三通温控阀14设置在散热器13与泵送装置11之间的流路上，当然，三通温控阀14也可以设置在散热器13的液体进口端与燃料电池12之间的流路上，同样能够起到辅助循环的作用，均属于本实用新型的保护范围。

进一步的，所述排气回路包括与所述热量调节支路2和所述存储容器4连接的第一排气回路5、连接于所述燃料电池12区的所述燃料电池区管段与所述存储容器4之间的第二排气回路6以及设于所述散热器13和所述存储容器4之间的第三排气回路7，所述第一排气回路5、所述第二排气回路6和所述第三排气回路7的排气出口端均与所述存储容器4连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。

更进一步的，所述第一排气回路5的气体入口连接端设于所述去离子器21与所述加热装置22之间；和/或所述第二排气回路6的气体入口连接端设于所述燃料电池12的上端；和/或所述第三排气回路7的气体入口连接端设于所述散热器13的上端。

本实用新型的燃料电池冷却系统共形成有冷却循环回路1、热量调节支路2和辅助循环支路3，本实用新型的第一排气回路5气体入口连接端设于去离子器21与所述加热装置22之间，也就是连接在热量调节支路2上，第二排气回路6的气体入口连接端设于燃料电池12的上端，也就是连接在冷却循环回路1上，而第三排气回路7的气体入口连接端设于散热器13的上端，也就是连接在辅助循环支路3上，这样形成为每个循环回路或支路上均设置有排气回路，管路中的气体能够迅速从排气回路进入到存储容器4中，不会影响冷却液在燃料电池冷却系统内的循环，提高了冷却效率。

更进一步的，所述三通温控阀14连接于所述燃料电池冷却系统的控制装置，以能够控制该三通温控阀14的导通方向。一般情况下，控制装置能够检测到冷却液的温度，并能够与提前设定好的温度进行对比，从而控制三通温控阀14的导通方向，从而进一步地控制冷却液是流经散热器13所在的冷却循环回路1，还是流经辅助循环支路3，而当冷却液流经辅助循环支路3时，散热器13和风扇131均处于待机或停机状态，可以有效节约能源，降低整个系统的能耗。

进一步的，所述冷却循环回路1的所述燃料电池区管段等间距均匀设置。

为了能够将管路与燃料电池12的接触面积设置为最大，一般情况下，会采用将管路设置在燃料电池12内部的冷却通道内，并且是等间距均匀缠绕，以便于更加高效地吸收燃料电池12在工作过程中产生的热量。

进一步的，所述存储容器4与所述冷却循环回路1之间设有补液支路8，所述补液支路8的进口端连接于所述存储容器4的下部，所述补液支路8的出口端设于所述泵送装置11的进口端的流路上。

可以理解的是，如图1所示，去离子器21、加热装置22和泵送装置11串联形成为一个回路，而且去离子器21和加热装置22通常会形成为倒U形回路结构，因此会造成此处压损过大，极易造成排气困难，同时，由于泵送装置11的进口端是系统的压力最低点，因而可以将补液支路8的出口端即补液口位置设置在泵送装置11的进口端，从而可以实现补液支路8与第一排气回路5串联，并能够保持较大的压差而推动管路内的冷却液流动，进而能够更加持续且稳定有效的排除燃料电池冷却系统内的气体，并且在排除气体的同时同步实现冷却液补充。

由此可以看出，存储容器4不仅能够储存冷却液，保证燃料电池冷却系统中的冷却液的量，同时还能够接纳由排气回路中排出的气体，避免发生气阻现象。

进一步的，所述燃料电池冷却系统的控制装置电连接于所述泵送装置11、所述加热装置22和所述散热器13，以能够控制所述冷却循环回路1和所述热量调节支路2，当然，燃料电池冷却系统的控制装置还能够控制燃料电池12的正常工作。

综上所述，本实用新型的燃料电池冷却系统的热交换过程可以理解为：

首先，燃料电池12开始工作，刚开始工作的过程中，燃料电池12产生的热量会被其他温度较低的零件吸收，所以此时管路中的冷却液温度较低，此时，燃料电池冷却系统的控制装置控制三通温控阀14的导通方向，冷却液不经过散热器13，而是经过辅助循环支路3；

其次，燃料电池12工作一段时间后，冷却液温度逐渐升高，超过预先设定的对比温度，此时，冷却循环回路1工作，辅助循环支路3不工作，散热器13开始工作，同时也可以控制风扇131开始工作。

在冷却循环过程中，热量调节支路2一直处于运行状态，去离子器21去除冷却液中累积的离子，加热装置22则可对过低的冷却液进行加热，保证冷却循环回路1中的冷却液的温度适中，去离子器21能够保证冷却液一直处于比较稳定的电导率状态，整个燃料电池冷却系统的绝缘性较高，能够有效保持燃料电池12的安全使用。同时，对于燃料电池冷却系统中产生的气体，则可通过排气回路排出。

如上所述，本实用新型的燃料电池冷却系统包括用于冷却燃料电池12的冷却循环回路1和连接于所述冷却循环回路1的排气回路，其中，所述冷却循环回路1上设有泵送装置11，且在所述泵送装置11的进口端和出口端的两侧流路上连接有热量调节支路2，所述热量调节支路2上设有去离子器21和加热装置22，其中所述去离子器21在所述热量调节支路2的冷却液流动路径上，且设置为相对于所述加热装置22更靠近所述泵送装置11的出口端，以能够稳定流经所述加热装置22内的冷却液的电导率；所述排气回路的出口端与存储容器4连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。本实用新型的燃料电池冷却系统将去离子器21和加热装置22串联形成热量调节支路2，在将去离子器21和加热装置22高度集成的同时，还能够优化冷却循环回路1的管路结构。同时，优化后的管路结构能够有效减小零部件压损，从而能够更好地排除系统内的气体，保证燃料电池冷却系统具有较高的热交换效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池冷却系统，其特征在于，包括用于冷却燃料电池(12)的冷却循环回路(1)和连接于所述冷却循环回路(1)的排气回路，其中

所述冷却循环回路(1)上设有泵送装置(11)，且在所述泵送装置(11)的进口端和出口端的两侧流路上连接有热量调节支路(2)，所述热量调节支路(2)上设有去离子器(21)和加热装置(22)，其中所述去离子器(21)在所述热量调节支路(2)的冷却液流动路径上，且设置为相对于所述加热装置(22)更靠近所述泵送装置(11)的出口端，以能够稳定流经所述加热装置(22)内的冷却液的电导率；

所述排气回路的出口端与存储容器(4)连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。

2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述冷却循环回路(1)上还设有散热器(13)，以使得冷却液能够通过所述泵送装置(11)的泵送经由所述燃料电池(12)区和所述散热器(13)形成循环，所述冷却循环回路(1)的燃料电池区管段经过所述燃料电池(12)内部的冷却通道。

3.根据权利要求2所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述燃料电池冷却系统还包括连接于所述散热器(13)两侧流路上的辅助循环支路(3)，该辅助循环支路(3)与所述冷却循环回路(1)的其中一个连接点通过三通温控阀(14)连接，以能够通过该三通温控阀(14)的控制使得冷却液选择性地经由所述散热器(13)或者所述辅助循环支路(3)形成冷却液循环。

4.根据权利要求3所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述排气回路包括与所述热量调节支路(2)和所述存储容器(4)连接的第一排气回路(5)、连接于所述燃料电池(12)区的所述燃料电池区管段与所述存储容器(4)之间的第二排气回路(6)以及设于所述散热器(13)和所述存储容器(4)之间的第三排气回路(7)，所述第一排气回路(5)、所述第二排气回路(6)和所述第三排气回路(7)的排气出口端均与所述存储容器(4)连接，以能够排出所述燃料电池冷却系统内的气体。

5.根据权利要求4所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述第一排气回路(5)的气体入口连接端设于所述去离子器(21)与所述加热装置(22)之间；和/或

所述第二排气回路(6)的气体入口连接端设于所述燃料电池(12)的上端；和/或

所述第三排气回路(7)的气体入口连接端设于所述散热器(13)的上端。

6.根据权利要求3所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述三通温控阀(14)连接于所述燃料电池冷却系统的控制装置，以能够控制该三通温控阀(14)的导通方向。

7.根据权利要求3所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述散热器(13)包括风扇(131)，所述风扇(131)能够朝向所述散热器(13)鼓风。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述冷却循环回路(1)的所述燃料电池区管段等间距均匀设置。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述存储容器(4)与所述冷却循环回路(1)之间设有补液支路(8)，所述补液支路(8)的进口端连接于所述存储容器(4)的下部，所述补液支路(8)的出口端设于所述泵送装置(11)的进口端的流路上。

10.根据权利要求2至7中任一项所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述燃料电池冷却系统的控制装置电连接于所述泵送装置(11)、所述加热装置(22)和所述散热器(13)，以能够控制所述冷却循环回路(1)和所述热量调节支路(2)。

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