CN216928641U - 一种新型燃料电池车热管理喷雾系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型燃料电池车热管理喷雾系统，包括燃料电池、散热器、连接燃料电池与散热器之间的冷却循环管路、储水箱、安装在储水箱与燃料电池之间的水气分离器、喷头、以及安装在储水箱与喷头之间的第一水泵，所述喷头设置在散热器外侧向；所述水气分离器与储水箱之间还依次设置有第二水泵、以及单向阀。本实用新型的水气分离器与储水箱之间设置有第二水泵、以及单向阀，第二水泵在控制组件的作用下将水气分离器中的水抽到储水箱中，并且通过单向阀避免储水箱中的水回流，克服了现有技术中水气分离器的位置必须高于储水箱的位置，从而优化了整车布置，便于实现整车更优化的排布方式。

Description

一种新型燃料电池车热管理喷雾系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池散热辅助设备技术领域，特别是涉及一种新型燃料电池车热管理喷雾系统。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电，另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。目前氢燃料电池在造车行业发展迅速。

氢燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。火力发电和核电的效率大约在30％～40％，虽然燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45％～60％，但伴随着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生，故需要采用散热装置对燃料电池系统进行降温。当前氢燃料电池系统散热需求高、液气温差小的现状，传统散热器方案性能已到瓶颈，目前氢燃料电池系统有效功率110kw、需求散热量180kw，但允许最高水温仅80℃，而传统燃油车允许最高水温为105℃左右。在同样45℃散热的环境温度下，氢燃料电池车对散热性能提出了更高要求。

基于上述技术问题，现有技术中公开号为CN101312246A的中国发明专利申请公开了一种燃料电池的高效散热方法，该专利的权利要求5中公开技术特征“所述水箱上设有溢流管，该溢流管位置低于水气分离器的水位警戒线”。又如现有技术中公开号为CN201048143Y的中国发明专利申请公开了一种冷却流体喷头装置，该专利的权利要求4中公开技术特征“所述水箱上设置有溢流管，该溢流管位置低于水气分离器的水位警戒线”。

在上述两个现有技术中，燃料电池系统的尾排接入水气分离器，分离器上设有水位警戒线，在低于水位警戒线的位置设有溢流管，在低于水气分离器的位置设有水箱，燃料电池系统的尾排水经水气分离器后，通过溢流管靠重力自然流动至水箱，再经高压水泵、电磁阀、喷头喷至散热器上。但上述两个现有技术均对水气分离器、水箱、水泵布置位置在高度上有严格要求。由于燃料电池系统尾排口基本为系统最低点，即要求水气分离器、水箱、水泵需布置在更低位置，结合整车最低点通过性要求，对整车布置方案提出较高要求，在实际工程方案中，实现难度较大。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种新型技术方案，在氢燃料电池车中无需对水气分离器、水箱、水泵的高度严格要求，优化整车布置，生产难度低的燃料电池车热管理喷雾系统。

为实现上述目的，本实用新型提供一种新型燃料电池车热管理喷雾系统，包括燃料电池、散热器、连接燃料电池与散热器之间的冷却循环管路、储水箱、安装在储水箱与燃料电池之间的水气分离器、喷头、以及安装在储水箱与喷头之间的第一水泵，所述喷头设置在散热器外侧向；所述水气分离器与储水箱之间还依次设置有第二水泵、以及单向阀，所述燃料电池与水气分离器之间、水气分离器与储水箱之间、储水箱与喷头之间均通过管路连通，所述新型燃料电池车热管理喷雾系统还包括控制组件，所述第一水泵、第二水泵与控制组件通讯连接。

优选的，所述水气分离器包括第一排水管，该第一排水管上安装有第一电磁排水阀，所述水气分离器的侧壁上设有第一低液位传感器和第一高液位传感器、且第一低液位传感器与第一高液位传感器的感应端都设置在水气分离器的内部，所述第一排水管设置在水气分离器的下半部；所述第一低液位传感器、第一高液位传感器、第一电磁排水阀均与控制组件通讯连接。

优选的，所述水气分离器还包括排气管，所述排气管一端连接在水气分离器的上半部、另一端连接燃料电池的燃料进气装置。

优选的，所述储水箱包括第二排水管，该第二排水管上安装有第二电磁排水阀，所述储水箱的侧壁上设有第二低液位传感器与第二高液位传感器、且第二低液位传感器与第二高液位传感器的感应端都设置在储水箱的内部，所述第二排水管设置在储水箱的下半部；所述第二低液位传感器、第二高液位传感器、第二电磁排水阀均与控制组件通讯连接。

优选的，所述第一水泵出水口与储水箱之间还设置有回水管。

优选的，所述冷却循环管路包括节温器、以及循环水泵，所述循环水泵的进水口与燃料电池通过管路连接，所述循环水泵的出水口与散热器的进水口通过管路连接，所述节温器设有三个接口，所述节温器的三个接口分别通过管路与燃料电池、散热器的出水口、以及循环水泵的出水口连接；所述燃料电池、节温器、散热器、以及循环水泵之间构成大循环管路，所述燃料电池、节温器、以及循环水泵之间构成小循环管路；所述节温器、循环水泵均与控制组件通讯连接。

优选的，所述冷却循环管路还包括与大循环管路连通的膨胀罐；所述燃料电池内还设置有温度传感器，所述温度传感器与控制组件通讯连接。

如上所述，本实用新型涉及的新型燃料电池车热管理喷雾系统，具有以下有益效果：

本实用新型涉及的新型燃料电池车热管理喷雾系统，所述水气分离器与储水箱之间设置有第二水泵、以及单向阀，所述第二水泵与控制组件通讯连接，第二水泵在控制组件的作用下将水气分离器中的水抽到储水箱中，并且通过单向阀避免储水箱中的水回流，克服了现有技术中水气分离器的位置必须高于储水箱的位置，从而优化了整车布置，便于实现整车更优化的排布方式。

附图说明

图1为本实用新型燃料电池车热管理喷雾系统的示意图；

图2为图1中A处的放大图。

元件标号说明

1、燃料电池；101、温度传感器；2、水气分离器；201、排气管；202、第一排水管；203、第一电磁排水阀；204、第一高液位传感器；205、第一低液位传感器；3、第二水泵；4、单向阀；5、储水箱；501、第二排水管；502、第二电磁排水阀；503、第二高液位传感器；504、第二低液位传感器；6、第一水泵；7、喷洒管；701、喷头；8、回水管；9、散热器；10、大循环管路；11、小循环管路；12、循环水泵；13、节温器；14、膨胀罐。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，本实用新型提供一种新型燃料电池车热管理喷雾系统，包括燃料电池1、散热器9、连接燃料电池1与散热器9之间的冷却循环管路、储水箱5、通过管路连接在储水箱5与燃料电池1之间的水气分离器2、喷头701、以及通过管路连接在储水箱5与喷头701之间的第一水泵6，喷头701设置在散热器9外侧向；水气分离器2与储水箱5之间还依次设置有第二水泵3、以及单向阀4，燃料电池1与水气分离器2之间、水气分离器2与储水箱5之间、储水箱5与喷头701之间均通过管路连通，第一水泵6安装在储水箱5与喷头701之间的管路上，第二水泵3和单向阀4都安装在水气分离器2与储水箱5之间的管路上，新型燃料电池车热管理喷雾系统还包括控制组件，第一水泵6、第二水泵3与控制组件通讯连接。

本实用新型涉及的新型燃料电池车热管理喷雾系统，在燃料电池1中燃料与氧气反应发电时，产生的水气和剩余的燃料从燃料电池1的阴极经过管路进入到水气分离器2中，第二水泵3在控制组件的作用下将水气分离器2中的水抽入到储水箱5中，进而第一水泵6在控制组件的作用下将储水箱5中的水抽入到喷头701中，对散热器9进行喷水降温；在第二水泵3将水气分离器2中的水抽入到储水箱5中时，单向阀4用来阻止储水箱5中的水回流到水气分离器2中。

本实用新型涉及的新型燃料电池车热管理喷雾系统，通过设置有第二水泵3和单向阀4，从而克服了现有技术中水气分离器2的位置必须高于储水箱5的位置，优化了整车布置。

优选的，如图1、图2所示，水气分离器2包括第一排水管202，该第一排水管202上安装有第一电磁排水阀203，水气分离器2的侧壁上设有第一低液位传感器205和第一高液位传感器204、且第一低液位传感器205与第一高液位传感器204的感应端都设置在水气分离器2的内部，第一排水管202设置在水气分离器2的下半部；第一低液位传感器205、第一高液位传感器204、第一电磁排水阀203均与控制组件通讯连接。水气分离器2还包括排气管201，排气管201一端连接在水气分离器2的上半部、另一端连接燃料电池1的燃料进气装置。进一步的，在本实施例中，水气分离器2上开设有一个进水口、一个出水口、一个排水口、一个排气口，水气分离器2的进水口通过管路连接燃料电池1的阴极，水气分离器2的出水口通过管路连接第二水泵3的进水口，水气分离器2的排水口连接第一排水管202，水气分离器2的排气口连接排气管201，排气管201将水气分离器2中的剩余燃料排入到燃料压缩机中，从而再次进入到燃料电池1的阳极再次反应。

在本实施例中，水气分离器2中设置有第一低液位传感器205以及第一高液位传感器204，当第一高液位传感器204以及第一低液位传感器205中均无信号时(即水气分离器2中液位＜第一低液位传感器205位置)，此时第二水泵3不工作，避免剩余的燃料进入到储水箱5中；当第一高液位传感器204无信号、第一低液位传感器205有信号(即第一低液位传感器205位置≤水气分离器2中液位＜第一高液位传感器204位置)，此时第二水泵3工作，将水气分离器2中的水抽入到储水箱5中；当第一高液位传感器204、第一低液位传感器205均有信号(即水气分离器2中液位≥第一高液位传感器204位置)，第二水泵3工作并且第一电磁排水阀203打开，水气分离器2中的水被抽入到储水箱5的同时经过第一排水管202排出水气分离器2外。

优选的，如图1所示，储水箱5包括第二排水管501，该第二排水管501上安装有第二电磁排水阀502，储水箱5的侧壁上设有第二低液位传感器504与第二高液位传感器503、且第二低液位传感器504与第二高液位传感器503的感应端都设置在储水箱5的内部，第二排水管501设置在储水箱5的下半部；第二低液位传感器504、第二高液位传感器503、第二电磁排水阀502均与控制组件通讯连接。进一步的，在本实施例中，储水箱5的进水口通过管路连接在第二水泵3的出水口上，储水箱5的出水口通过管路与第一水泵6的进水口连接，储水箱5的排水口与第二排水管501连接。

在本实施例中，储水箱5中设置有第二低液位传感器504以及第二高液位传感器503，当第二高液位传感器503以及第二低液位传感器504中均无信号时(即储水箱5中液位＜第二低液位传感器504位置)，此时第一水泵6不工作；当第二高液位传感器503无信号、第二低液位传感器504有信号(即第二低液位传感器504位置≤储水箱5中液位＜第二高液位传感器503位置)，此时第一水泵6工作，将储水箱5的水抽入到喷头701中，对散热器9进行降温；当第二高液位传感器503、第二低液位传感器504均有信号(即储水箱5中液位≥第二高液位传感器503位置)，第一水泵6工作并且第二电磁排水阀502打开，储水箱5中的水被抽入到喷头701的同时经过第二排水管501排到储水箱5外。

优选的，如图1所示，第一水泵6出水口与储水箱5之间还设置有回水管8。进一步的，在本实施例中，第一水泵6出水口与喷头701之间的管路定义为喷洒管7，喷洒管7上引出一根支管作为回水管8与储水箱5连接，因喷头701口径小，第一水泵6的出水口水压很高，采用回水管8用来分流泄压，延长第一水泵6的使用寿命。

优选的，如图1所示，冷却循环管路包括节温器13、以及循环水泵12，循环水泵12的进水口与燃料电池1通过管路连接，循环水泵12的出水口与散热器9的进水口通过管路连接，节温器13设有三个接口，节温器13的三个接口分别通过管路与燃料电池1、散热器9的出水口、以及循环水泵12的出水口连接；燃料电池1、节温器13、散热器9、以及循环水泵12之间构成大循环管路10，燃料电池1、节温器13、以及循环水泵12之间构成小循环管路11；节温器13、循环水泵12均与控制组件通讯连接。进一步的，在本实施例中，节温器13的三个接口通过设置在节温器13上的电机进行驱动控制开闭，电机旋转一定的角度驱动节温器13中的阀门控制三个接口的开闭，从而控制冷却循环管路是大循环还是小循环。

优选的，如图1所示，冷却循环管路还包括与大循环管路10连通的膨胀罐14；燃料电池1内还设置有温度传感器101，温度传感器101与控制组件通讯连接。在本实施例中，膨胀罐14为冷却循环管路中补水；温度传感器101用来检测燃料电池1内的温度，反馈给控制组件进而控制节温器13中三个接口的开闭。

本实用新型涉及的新型燃料电池车热管理喷雾系统，通过燃料压缩泵将燃料压入燃料电池1的阳极处，通过空气压缩泵将空气压入燃料电池1的阴极处，燃料与氧气在燃料电池1内部发生反应，产生电流以及产生热量。温度传感器101检测燃料电池1中的温度，当燃料电池1内部达到某个较低温度时，温度传感器101反馈给控制组件一个信号，控制组件控制节温器13上的电机打开小循环管路11的接口，同时循环水泵12工作，小循环管路11中冷却水循环对燃料电池1内部进行冷却降温；当燃料电池1内部达到某个较高温度时，温度传感器101反馈给控制组件一个信号，控制组件控制节温器13上的电机打开大循环管路10的接口，同时循环水泵12工作，大循环管路10中冷却水循环对燃料电池1内部进行冷却降温，同时散热器9辅助散热。

燃料电池1中反应产生的水以及剩余的燃料从阴极进入到水气分离器2中，剩余的燃料从排气管201中流出，第一低液位传感器205以及第一高液位传感器204检测水气分离器2中液面的高度，当第一低液位传感器205、第一高液位传感器204均没有检测到信号时，第二水泵3不工作；当第一低液位传感器205有信号、第一高液位传感器204无信号，第二水泵3工作；当第一低液位传感器205、第一高液位传感器204均有信号时，第二水泵3工作同时第一电磁排水阀203打开，水气分离器2中的水通过第二水泵3进入到储水箱5中。当储水箱5的位置高于第二水泵3以及水气分离器2的位置、且第二水泵3不工作时，单向阀4避免了第二水泵3与储水箱5之间管路内的水回流到第二水泵3以及水气分离器2中。

水气分离器2中的水在第二水泵3的作用下进入到储水箱5中，第二低液位传感器504以及第二高液位传感器503检测储水箱5中液面的高度，当第二低液位传感器504、第二高液位传感器503均没有检测到信号时，第一水泵6不工作；当第二低液位传感器504有信号、第二高液位传感器503无信号，第一水泵6工作将水抽到喷头701中，喷洒向散热器9；当第二低液位传感器504、第二高液位传感器503均有信号时，第一水泵6工作同时第二电磁排水阀502打开，储水箱5中的水通过第一水泵6进入到喷头701中以及通过第二排水管501排出。当第一水泵6工作时，第一水泵6出水口与储水箱5之间的回水管8用来分压泄流，避免第一水泵6压力过大，保证第一水泵6的使用寿命。

本实用新型涉及的新型燃料电池车热管理喷雾系统，通过在水气分离器2与储水箱5之间设置第二水泵3以及单向阀4，克服现有技术中水气分离器2的位置一定要高于储水箱5的位置，从而对整车的布局进行优化；水气分离器2中设置有第一低液位传感器205、第一高液位传感器204，当水气分离器2中液面的高度低于第一低液位传感器205的位置时，第二水泵3不工作，避免剩余燃料进入到第二水泵3中；设置有回水管8，能够有效对第一水泵6进行分压泄流，保证了第一水泵6的寿命。

本实用新型涉及的新型燃料电池车热管理喷雾系统，经过整车试验测试，同一个散热模块总成的换热系数从3.6提升到4.7，对散热器9换热性能的提升幅度达到31％。具体如下表：

在储水箱5中的水在给散热器9进行喷雾降温外，还可以对汽车的制动盘进行喷水散热，有效解决重卡制动时间长后刹车失效问题的发生。本实用新型选用31T自卸车进行集成布置以及整车试验，整车方案选择110Kw燃料电池1系统，测试时产生热量163kw，测试时环境温度32℃。经过实车测试，显示各部件运行正常，喷雾方案有效。散热器9散热性能提升31％，可确保燃料电池1系统高效、稳定运行的最大功率。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种新型燃料电池车热管理喷雾系统，包括燃料电池(1)、散热器(9)、连接燃料电池(1)与散热器(9)之间的冷却循环管路、储水箱(5)、安装在储水箱(5)与燃料电池(1)之间的水气分离器(2)、喷头(701)、以及安装在储水箱(5)与喷头(701)之间的第一水泵(6)，其特征在于：所述喷头(701)设置在散热器(9)外侧向；所述水气分离器(2)与储水箱(5)之间还依次设置有第二水泵(3)、以及单向阀(4)，所述燃料电池(1)与水气分离器(2)之间、水气分离器(2)与储水箱(5)之间、储水箱(5)与喷头(701)之间均通过管路连通，所述新型燃料电池车热管理喷雾系统还包括控制组件，所述第一水泵(6)、第二水泵(3)与控制组件通讯连接。

2.根据权利要求1所述的新型燃料电池车热管理喷雾系统，其特征在于：所述水气分离器(2)包括第一排水管(202)，该第一排水管(202)上安装有第一电磁排水阀(203)，所述水气分离器(2)的侧壁上设有第一低液位传感器(205)和第一高液位传感器(204)、且第一低液位传感器(205)与第一高液位传感器(204)的感应端都设置在水气分离器(2)的内部，所述第一排水管(202)设置在水气分离器(2)的下半部；所述第一低液位传感器(205)、第一高液位传感器(204)、第一电磁排水阀(203)均与控制组件通讯连接。

3.根据权利要求2所述的新型燃料电池车热管理喷雾系统，其特征在于：所述水气分离器(2)还包括排气管(201)，所述排气管(201)一端连接在水气分离器(2)的上半部、另一端连接燃料电池(1)的燃料进气装置。

4.根据权利要求1所述的新型燃料电池车热管理喷雾系统，其特征在于：所述储水箱(5)包括第二排水管(501)，该第二排水管(501)上安装有第二电磁排水阀(502)，所述储水箱(5)的侧壁上设有第二低液位传感器(504)与第二高液位传感器(503)、且第二低液位传感器(504)与第二高液位传感器(503)的感应端都设置在储水箱(5)的内部，所述第二排水管(501)设置在储水箱(5)的下半部；所述第二低液位传感器(504)、第二高液位传感器(503)、第二电磁排水阀(502)均与控制组件通讯连接。

5.根据权利要求1所述的新型燃料电池车热管理喷雾系统，其特征在于：所述第一水泵(6)出水口与储水箱(5)之间还设置有回水管(8)。

6.根据权利要求1所述的新型燃料电池车热管理喷雾系统，其特征在于：所述冷却循环管路包括节温器(13)、以及循环水泵(12)，所述循环水泵(12)的进水口与燃料电池(1)通过管路连接，所述循环水泵(12)的出水口与散热器(9)的进水口通过管路连接，所述节温器(13)设有三个接口，所述节温器(13)的三个接口分别通过管路与燃料电池(1)、散热器(9)的出水口、以及循环水泵(12)的出水口连接；所述燃料电池(1)、节温器(13)、散热器(9)、以及循环水泵(12)之间构成大循环管路(10)，所述燃料电池(1)、节温器(13)、以及循环水泵(12)之间构成小循环管路(11)；所述节温器(13)、循环水泵(12)均与控制组件通讯连接。

7.根据权利要求6所述的新型燃料电池车热管理喷雾系统，其特征在于：所述冷却循环管路还包括与大循环管路(10)连通的膨胀罐(14)；所述燃料电池(1)内还设置有温度传感器(101)，所述温度传感器(101)与控制组件通讯连接。

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