CN215633189U - 燃料电池的热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池技术领域，本实用新型提出了一种燃料电池的热系统，该燃料电池的热系统包括有机工质回路和第一冷却介质回路，有机工质回路包括依次连接并形成回路的第一换热器、气液分离器、膨胀机、冷凝器和工质泵，第一冷却介质回路包括依次连接形成回路的燃料电池换热部、气液分离器加热部和有机工质换热部，燃料电池换热部用于与燃料电池进行换热，气液分离器加热部用于加热气液分离器内的气体，有机工质换热部通过第一换热器与有机工质回路进行换热。燃料电池的热系统通过设置气液分离器在实现气液分离的同时加热蒸汽，提升其过热度，解决燃料电池散热问题的同时回收了电能。

Description

燃料电池的热系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的热系统。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

目前部分燃料电池汽车配置了大功率氢燃料电池，由于燃料电池的功率越来越大，对散热器的散热能力要求也越来越高，散热器的体积也是越来越大，目前整车已经没有更好的位置布置散热器，存在散热器布置空间紧张的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决现有技术中燃料电池的散热器布置空间紧张的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的第一方面提出了一种燃料电池的热系统，所述燃料电池的热系统包括：

有机工质回路，所述有机工质回路包括依次连接并形成回路的第一换热器、气液分离器、膨胀机、冷凝器和工质泵；

第一冷却介质回路，所述第一冷却介质回路包括依次连接形成回路的燃料电池换热部、气液分离器加热部和有机工质换热部，所述燃料电池换热部用于与燃料电池进行换热，所述气液分离器加热部用于加热所述气液分离器内的气体，所述有机工质换热部通过所述第一换热器与所述有机工质回路进行换热。

本实用新型提出的燃料电池的热系统配置有气液分离器，在实现气液分离的同时加热蒸汽，提升其过热度，进而提升了燃料电池的电能输出。燃料电池的冷却介质回路中的热量先经过气液分离器对其进行加热，然后经换热器与有机工质回路换热，有机工质的低沸点较低，蒸发气化后，经过气液分离器分离且再次加热，变为高温过热蒸汽，经过高温过热工质回路至膨胀机将内能转化为动能，进而转化为电能；然后经冷凝器冷却后液化后，经工质泵回到换热器实现有机朗肯循环。

另外，根据本实用新型的燃料电池的热系统，还可具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述燃料电池的热系统还包括控制器、散热器和电子三通阀，所述散热器通过所述电子三通阀与所述第一冷却介质回路并联，所述控制器与所述电子三通阀和所述工质泵均电连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述燃料电池的热系统还包括液态工质管路和设于所述液态工质管路上的电控阀，所述液态工质管路连通所述气液分离器和所述膨胀机的出口管，所述电控阀与所述控制器电连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述燃料电池的热系统还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述冷凝器的出口管。

在本实用新型的一些实施例中，所述燃料电池的热系统还包括回热器，所述回热器设置于第一换热管及第二换热管上，且用于对所述第一换热管及所述第二换热管中的流体进行换热；所述第一换热管为所述膨胀机与所述冷凝器的进口之间的连接管；所述第二换热管为所述冷凝器的出口管。

在本实用新型的一些实施例中，所述燃料电池的热系统还包括第二冷却介质回路和第二换热器，所述第二冷却介质回路用于与辅机进行换热，所述第二冷却介质回路通过所述第二换热器与所述有机工质回路进行换热。

在本实用新型的一些实施例中，所述控制器与所述膨胀机和所述冷凝器均电连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述燃料电池的热系统还包括设于所述第一冷却介质回路和/或所述第二冷却介质回路上的冷却介质泵，所述冷却介质泵用于泵送冷却介质。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本

实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的燃料电池的热系统的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本实用新型的另一种实施方式的燃料电池的热系统的结构示意图；

附图中各标记表示如下：

1：膨胀机、2：回热器、3：冷凝器、4：工质泵、5：冷却介质泵、6：第一换热器、7：第二换热器、8：气液分离器、9：电控阀、10：辅机、11：燃料电池12：温度传感器、13：控制器、14：散热器、15：电子三通阀。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1所示，本实用新型的第一方面提出了一种燃料电池的热系统，燃料电池的热系统包括：

有机工质回路，有机工质回路包括依次连接并形成回路的第一换热器6、气液分离器8、膨胀机1、冷凝器3和工质泵4；

第一冷却介质回路，第一冷却介质回路包括依次连接形成回路的燃料电池换热部、气液分离器加热部和有机工质换热部，燃料电池换热部用于与燃料电池11进行换热，气液分离器加热部用于加热气液分离器8内的气体，有机工质换热部通过第一换热器6与有机工质回路进行换热。

本实用新型提出的燃料电池的热系统配置有气液分离器8，在实现气液分离的同时加热蒸汽，提升其过热度，进而提升了燃料电池的电能输出。燃料电池11的冷却介质回路中的热量先经过气液分离器8对其进行加热，然后经换热器与有机工质回路换热，有机工质的低沸点较低，蒸发气化后，经过气液分离器8分离且再次加热，变为高温过热蒸汽，经过高温过热工质回路至膨胀机1将内能转化为动能，进而转化为电能；然后经冷凝器3冷却后液化后，经工质泵4回到换热器实现有机朗肯循环。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池的热系统还包括控制器13、散热器14和电子三通阀15，散热器14通过电子三通阀15与第一冷却介质回路并联，控制器13与电子三通阀15和工质泵4均电连接。

当燃料电池11在小功率状态下工作，控制器13控制三通电子阀打开散热器14的冷却回路，同时关闭工质泵4，实现系统高效节能。

当燃料电池11在较大功率状态下工作，控制器13控制三通电子阀关闭散热器14的冷却回路，开启工质泵4，加强散热，使系统根据燃料电池11工况调节冷却方式。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池的热系统还包括液态工质管路和设于液态工质管路上的电控阀9，液态工质管路连通气液分离器8和膨胀机1的出口管，电控阀9与控制器13电连接。如果气液分离器8中液体太多，控制器13控制电控阀9开启将液态工质导入回路中，实现排出多余液体，提高气液分离器8的工作效率。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池的热系统还包括温度传感器12，温度传感器12设于冷凝器3的出口管。控制器13依据温度传感器12来调节工质泵4的转速，控制有机工质回路的流量压力，控制冷凝器3的风机转速，实现系统稳定工作。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池的热系统还包括回热器2，回热器2设置于第一换热管及第二换热管上，且用于对第一换热管及第二换热管中的流体进行换热；第一换热管为膨胀机1与冷凝器3的进口之间的连接管；第二换热管为冷凝器3的出口管。通过设置回热器2对有机工质进行预冷，使第一换热管内的高温有机工质在回热器2中被第二换热管内的低温有机工质冷却。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池的热系统还包括第二冷却介质回路和第二换热器7，第二冷却介质回路用于与辅机10进行换热，第二冷却介质回路通过第二换热器7与有机工质回路进行换热。辅机10与第二冷却介质回路进行换热，然后第二冷却介质回路再与有机工质回路进行换热，通过设置第二冷却介质回路提高系统冷却能力，使其对辅机10也具有冷却能力。

在本实用新型的一些实施例中，控制器13与膨胀机1和冷凝器3均电连接，通过控制器13控制膨胀机1和冷凝器3工作状态，使系统稳定运行。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池的热系统还包括设于第一冷却介质回路和/或第二冷却介质回路上的冷却介质泵5，冷却介质泵5用于泵送冷却介质，通过设置冷却介质泵5提高冷却介质输送效率，进而提高系统冷却效率。

在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，燃料电池的热系统不设置第一冷却介质循环，燃料电池11直接用有机工质循环冷却，该布置形式系统部件更少成本低，但效果不如配置第一冷却介质循环的方式。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种燃料电池的热系统，其特征在于，所述燃料电池的热系统包括：

有机工质回路，所述有机工质回路包括依次连接并形成回路的第一换热器、气液分离器、膨胀机、冷凝器和工质泵；

第一冷却介质回路，所述第一冷却介质回路包括依次连接形成回路的燃料电池换热部、气液分离器加热部和有机工质换热部，所述燃料电池换热部用于与燃料电池进行换热，所述气液分离器加热部用于加热所述气液分离器内的气体，所述有机工质换热部通过所述第一换热器与所述有机工质回路进行换热。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的热系统，其特征在于，所述燃料电池的热系统还包括控制器、散热器和电子三通阀，所述散热器通过所述电子三通阀与所述第一冷却介质回路并联，所述控制器与所述电子三通阀和所述工质泵均电连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的热系统，其特征在于，所述燃料电池的热系统还包括液态工质管路和设于所述液态工质管路上的电控阀，所述液态工质管路连通所述气液分离器和所述膨胀机的出口管，所述电控阀与所述控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的燃料电池的热系统，其特征在于，所述燃料电池的热系统还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述冷凝器的出口管。

5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池的热系统，其特征在于，所述燃料电池的热系统还包括回热器，所述回热器设置于第一换热管及第二换热管上，且用于对所述第一换热管及所述第二换热管中的流体进行换热；所述第一换热管为所述膨胀机与所述冷凝器的进口之间的连接管；所述第二换热管为所述冷凝器的出口管。

6.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池的热系统，其特征在于，所述燃料电池的热系统还包括第二冷却介质回路和第二换热器，所述第二冷却介质回路用于与辅机进行换热，所述第二冷却介质回路通过所述第二换热器与所述有机工质回路进行换热。

7.根据权利要求2至4任一项所述的燃料电池的热系统，其特征在于，所述控制器与所述膨胀机和所述冷凝器均电连接。

8.根据权利要求6所述的燃料电池的热系统，其特征在于，所述燃料电池的热系统还包括设于所述第一冷却介质回路和/或所述第二冷却介质回路上的冷却介质泵，所述冷却介质泵用于泵送冷却介质。

Images