CN217589008U - 一种新型的燃料电池固定电源的热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的燃料电池固定电源的热管理系统，包括作为固定电源的燃料电池发动机，与燃料电池发动机连接的用于散热保持燃料电池发动机在最优温度环境工作的散热主循环回路，以及通过热交换器回收散热主循环回路的热量并为用户提供储热供能使用的换热副循环回路。本实用新型利用散热主循环回路将作为固定电源的燃料电池发动机产生的热量散去，保持其最佳工作状态，并利用换热副循环回路热交换吸收散热主循环回路中的热量加热自来水，来为用户提供热水使用，实现了废热的有效利用。

Description

一种新型的燃料电池固定电源的热管理系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池热管理系统，具体地讲，是涉及一种新型的燃料电池固定电源的热管理系统。

背景技术

传统的固定电源如垃圾焚烧发电机组通过焚烧垃圾产生的热能进行汽轮发电，同时抽取部分蒸汽进行供热，达到热电联供的目的。其热电联供的原理是以牺牲发电功率的代价，实现热能的供应的。

燃料电池发动机作为新型的固定电源正在逐步被应用。燃料电池发动机的特点是在发电的同时，产生大量的热，这些热需要通过散热系统散去，以保证发动机在合适的温度环境下高效工作。这些热量通常是当作废热需要消耗能源强制散到空气中去。燃料电池发动机作为固定电源工作时，在对外输出电能的基础上，如何利用高效地废热来解决用户其他热量需求，是本领域亟需解决的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种新型的燃料电池固定电源的热管理系统，通过将燃料电池作为固定电源工作时产生的废热通过二次换热方式进行有效利用，不仅保证了燃料电池发动机正常工作的多余热量散去，保持良好的工作状态，而且充分利用了废热进气其他热能供给，实现高效的热管理。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种新型的燃料电池固定电源的热管理系统，包括作为固定电源的燃料电池发动机，与燃料电池发动机连接的用于散热保持燃料电池发动机在最优温度环境工作的散热主循环回路，以及通过热交换器回收散热主循环回路的热量并为用户提供储热供能使用的换热副循环回路。

具体地，所述散热主循环回路包括主循环泵、第一电磁三通阀、主散热器，所述主循环泵进口与燃料电池发动机的散热出管连接，主循环泵出口与热交换器连接，热交换器与第一电磁三通阀的一个接口连接，第一电磁三通阀的另两个接口分别连接主散热器和回水支管，主散热器和回水支管均通过回水主管连接燃料电池发动机的散热入管。

并且，所述燃料电池发动机的散热出管上设有第一温度传感器，散热入管上设有第二温度传感器。

具体地，所述燃料电池发动机还设有溢气管和膨胀水箱，燃料电池发动机产生的水蒸汽通过溢气管进入膨胀水箱回收液体，再由膨胀水箱上配置的补水管为散热主循环回路补充液体。

具体地，所述换热副循环回路包括副循环泵、第二电磁三通阀、储热水箱，所述第二电磁三通阀的一个接口接自来水路，第二电磁三通阀的另两个接口分别连接副循环泵出口和热交换器，副循环泵入口和热交换器均通过管道连接储热水箱构成循环回路。

并且，所述热交换器与储热水箱之间的管道上设有第三温度传感器，所述热交换器与第二电磁三通阀之间的管道上设有第四温度传感器，所述储热水箱内设有第五温度传感器。

进一步地，所述副循环泵和储热水箱之间的管道上设有第一通断阀。

进一步地，所述储热水箱通过用水管路为用户提供热水供能，该用水管路上设有第二通断阀。

进一步地，所述用水管路上设有用于对储热水箱出水进行二次加热的辅助加热器，所述用水管路上还设有用于检测用户用水温度的第六温度传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型利用散热主循环回路将作为固定电源的燃料电池发动机产生的热量散去，保持其最佳工作状态，并利用换热副循环回路热交换吸收散热主循环回路中的热量加热自来水，来为用户提供热水使用，实现了废热的有效利用。本实用新型设计巧妙，结构简单，实现方便，适于在燃料电池固定电源热管理系统中应用。

(2)本实用新型通过温度传感器对主循环回路和副循环回路的温度检测，实现了两个循环回路的高效运行，从而可实现对废热的最大化利用和能量的最小化消耗，真正做到高效的热管理，同时能更大范围上满足用户对热量的需求，最终提高整体的热电联供效率。

附图说明

图1为本实用新型-实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，该新型的燃料电池固定电源的热管理系统，包括作为固定电源的燃料电池发动机1，与燃料电池发动机连接的用于散热保持燃料电池发动机在最优温度环境工作的散热主循环回路，以及通过热交换器2回收散热主循环回路的热量并为用户提供储热供能使用的换热副循环回路。

具体地，所述散热主循环回路包括主循环泵11、第一电磁三通阀12、主散热器13，所述主循环泵进口与燃料电池发动机的散热出管连接，主循环泵出口与热交换器连接，热交换器与第一电磁三通阀的一个接口连接，第一电磁三通阀的另两个接口分别连接主散热器13和回水支管14，主散热器和回水支管均通过回水主管15连接燃料电池发动机的散热入管。并且，所述燃料电池发动机的散热出管上设有第一温度传感器16，散热入管上设有第二温度传感器17。

具体地，所述燃料电池发动机还设有溢气管3和膨胀水箱4，燃料电池发动机产生的水蒸汽通过溢气管进入膨胀水箱回收液体，再由膨胀水箱上配置的补水管5为散热主循环回路补充液体。所述主散热器产生的水蒸汽亦可通过溢气管进入膨胀水箱回收液体。

具体地，所述换热副循环回路包括副循环泵21、第二电磁三通阀22、储热水箱23，所述第二电磁三通阀的一个接口接自来水路，第二电磁三通阀的另两个接口分别连接副循环泵出口和热交换器，副循环泵入口和热交换器均通过管道连接储热水箱构成循环回路。并且，所述热交换器与储热水箱之间的管道上设有第三温度传感器24，所述热交换器与第二电磁三通阀之间的管道上设有第四温度传感器25，所述储热水箱内设有第五温度传感器26。所述副循环泵和储热水箱之间的管道上设有第一通断阀27。

进一步地，所述储热水箱23通过用水管路31为用户提供热水供能，该用水管路上设有第二通断阀32。所述用水管路上设有用于对储热水箱出水进行二次加热的辅助加热器33，所述用水管路上还设有用于检测用户用水温度的第六温度传感器34。辅助加热器可选择为电加热器或燃气加热器等。

本实用新型的热管理系统的原理是通过为作为固定电源的燃料电池发电机配置两个循环——散热主循环回路和换热副循环回路来为用户提供热水使用，实现热能的高效利用。该散热主循环回路由主循环泵作为动力进行散热介质循环(该散热介质可以是添加有防冻液的冷却液、水，也可以是其他高效热介质)，来将燃料电池发动机的热量散去，以使其保持在最佳的温度环境状态高效工作，此部分需要散去的热量即为所要重新利用进行供热的能量部分，因此其无需牺牲发电功率代价机壳实现热能的供应。该换热副循环回路则是由自来水本身压力或副循环泵的动力维持，以自来水作为换热介质通过热交换器吸收散热主循环回路内的热量，在温度升高后流入储热水箱，以备热水供用户使用。

本实用新型可以配置控制器来基于温度传感器的检测数据对各部件进行准确的控制，如主循环泵、主散热器、副循环泵、电磁三通阀、通断阀等，根据以下阐述内容可以实现：

当环境温度低，用户需要热水时。主循环回路中，散热介质从燃料电池发动机中吸收热量，通过主循环泵。当用户需求热水时，第一电磁三通阀选择从回水支管，高温的散热介质通过热交换器换热器后直接从回水支管、回水主管回到燃料电池发动机内，完成散热循环。通过第一温度传感器和第二温度传感器来控制燃料电池发动机内的工作温度。副循环回路中，当储热水箱中无水时，第二电磁三通阀选择自来水路，自来水通过自身压力，进入到热交换器中，吸收主循环回路中高温散热介质的热量，从而温度升高，进入到储热水箱内。储热水箱内达到最大液位时，第二电磁三通阀选择副循环泵回路，第一通断阀打开，通过副循环泵开始循环储热水箱内的热水，通过第三温度传感器和第四温度传感器来控制副循环泵的转速。当第四温度传感器升到既定温度时，此时无法通过副循环进行散热，储热水箱内的水的焓值达到既定饱和状态，此时断开第一通断阀，停止副循环泵，第一电磁三通阀选择主散热器回路，开始通过主散热器风扇强制散热。

当储热水箱内的水温(第五温度传感器监测)达到了用户直接使用的温度时，打开第二通断阀，用户可以通过用水管路直接使用储热水箱内的热水。当储热水箱内的水温未达到用户直接使用的温度时，打开辅助加热器，直接二次加热储热水箱的出水，供用户使用，用户需求使用的热水温度由第六温度传感器监测。

通过上述设置，本实用新型提高了燃料电池固定电源的废热利用率，降低了热管理系统中的能源消耗，同时能更大范围上满足用户对热量的需求，最终提高整体的热电联供效率。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型的燃料电池固定电源的热管理系统，包括作为固定电源的燃料电池发动机，其特征在于，还包括与燃料电池发动机连接的用于散热保持燃料电池发动机在最优温度环境工作的散热主循环回路，以及通过热交换器回收散热主循环回路的热量并为用户提供储热供能使用的换热副循环回路。

2.根据权利要求1所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述散热主循环回路包括主循环泵、第一电磁三通阀、主散热器，所述主循环泵进口与燃料电池发动机的散热出管连接，主循环泵出口与热交换器连接，热交换器与第一电磁三通阀的一个接口连接，第一电磁三通阀的另两个接口分别连接主散热器和回水支管，主散热器和回水支管均通过回水主管连接燃料电池发动机的散热入管。

3.根据权利要求2所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述燃料电池发动机的散热出管上设有第一温度传感器，散热入管上设有第二温度传感器。

4.根据权利要求2所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述燃料电池发动机还设有溢气管和膨胀水箱，燃料电池发动机产生的水蒸汽通过溢气管进入膨胀水箱回收液体，再由膨胀水箱上配置的补水管为散热主循环回路补充液体。

5.根据权利要求1～4任一项所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述换热副循环回路包括副循环泵、第二电磁三通阀、储热水箱，所述第二电磁三通阀的一个接口接自来水路，第二电磁三通阀的另两个接口分别连接副循环泵出口和热交换器，副循环泵入口和热交换器均通过管道连接储热水箱构成循环回路。

6.根据权利要求5所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述热交换器与储热水箱之间的管道上设有第三温度传感器，所述热交换器与第二电磁三通阀之间的管道上设有第四温度传感器，所述储热水箱内设有第五温度传感器。

7.根据权利要求5所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述副循环泵和储热水箱之间的管道上设有第一通断阀。

8.根据权利要求5所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述储热水箱通过用水管路为用户提供热水供能，该用水管路上设有第二通断阀。

9.根据权利要求8所述的新型的燃料电池固定电源的热管理系统，其特征在于，所述用水管路上设有用于对储热水箱出水进行二次加热的辅助加热器，所述用水管路上还设有用于检测用户用水温度的第六温度传感器。

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