CN217881581U - 一种大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其包括相变散热器，相变散热器的上端与横向的气液分离风道连通，气液分离风道上设置有冷凝水收集装置，冷凝水收集装置与水箱连接，水箱的底部通过高压泵与相变散热器连接；燃料电池发电系统的热源输出端与相变散热器的热源输入端连接，相变散热器的冷源输出端与燃料电池发电系统的冷源输入端连接。本方案降低了燃料电池热散热器的面积与安装难度，降低散热噪音，提高整套系统的环境适应性。

Description

一种大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池发电系统冷却技术领域，具体涉及一种大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统。

背景技术

燃料电池发电系统是通过氢气与氧气产生电化学反应生成水来产生电能的发电装置，由在产生电能的同时，还会产生大量的热，大功率燃料电池发电系统只能依靠水冷散热。常规散热方式为利用翅片换热器和风机结合，燃料电池发电系统的冷却液经过翅片散热器时，利用翅片管的大比表面积与风机吹出的高速冷空气进行充分的热交换，热量传递至高速冷空气中被带走，降温后的冷却液循环回燃料电池发电系统继续散热。

由于燃料电池整体反应温度低(质子交换膜燃料电池反应温度＜100℃)，且换热冷却液温差小(一般要求冷却液温差＜10℃)，导致冷却液与冷空气的传热温差低，需要增大换热面积才能实现有效散热，这大大增加了散热器的面积，增大了散热器的安装难度。尤其在大功率燃料电池发电系统的应用中，需要更大体积的散热器与风机，极大增加了系统的噪音的同时，大体积的散热设备也降低了整个系统的环境适应性，使得系统仅局限于占地要求低环境温度适中的开放露天环境。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种提高整套系统的环境适应性，有效降低散热器的体积，降低系统噪音的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统。

为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为：

提供一种大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其包括相变散热器，相变散热器的上端与横向的气液分离风道连通，气液分离风道上设置有冷凝水收集装置，冷凝水收集装置与水箱连接，水箱的底部通过高压泵与相变散热器连接；燃料电池发电系统的热源输出端与相变散热器的热源输入端连接，相变散热器的冷源输出端与燃料电池发电系统的冷源输入端连接。

进一步地，燃料电池发电系统的热源输出端与相变散热器的热源输入端之间设置有三通阀，且三通阀的旁路与相变散热器的冷源输出端和燃料电池发电系统的冷源输入端之间连通，相变散热器的冷源输出端和燃料电池发电系统的冷源输入端之间设置有温度传感器T3。

进一步地，三通阀与燃料电池发电系统的热源输出端之间设置有第一水泵，三通阀与相变散热器的热源输入端之间设置有温度传感器T1。

进一步地，燃料电池发电系统的尾排出口与气液分离器连接，气液分离器通过第二水泵与水箱连接。

进一步地，气液分离风道的两端开口，气液分离风道的进风端上设置有风机，气液分离风道的出风端上设置有若干挡风板，挡风板的下方设置有冷凝水收集槽，冷凝水收集槽的下端与水箱连通。

进一步地，水箱的上端通过补水管与补水阀连接，水箱的下端通过排水管与排水阀连接。

进一步地，相变散热器的底部设置有温度传感器T2、低液位传感器L1，相变散热器的中部设置有高液位传感器H1，相变散热器的上端设置有气压传感器P。

进一步地，水箱上依次设置有低液位传感器L2、中液位传感器M和高液位传感器H2。

本实用新型的有益效果为：

1、降低系统散热设备体积

由于真空环境下的相变散热器存在相变导热，相变潜热可带走大量的热量，因此其传热效率远远高于常规非相变散热器，因此所需散热面积远小于常规非相变散热器，导致设备体积也远小于常规散热器。

2、降低了散热设备的噪音

常规散热器常利用翅片管与大型风机结合的方式进行散热，高速风机噪音大，工作环境不友好。本系统利用相变散热，风机仅用于实现将散热所用水蒸气带走，并非利用风实现散热，因此仅需要常规通风风机即可满足本散热器的要求，基本无噪音污染。

3、提高燃料电池发电系统冷却控制响应时间

燃料电池发电系统发生输出功率变化时，产热量也会随之变化，需求的反应温度也不相同。常规板翅换热器由于传热效率低，温度响应较慢，而相变散热器传热效率高，冷却响应迅速快，因此冷却液冷却速度快，冷却控制响应时间短。同时有三通阀辅助调控，可实时控制燃料电池的冷源进口的温度，无延迟。

4、提高大功率燃料电池发电系统的环境适应性

利用常规散热手段，在无湖泊、河流和海洋等丰富水源的情况下，大功率燃料电池发电系统需要大量的风实现散热，因此必须要保证系统处于开放环境，环境温度不宜过高、海拔不宜过高。本系统不依赖外部环境实现散热，可适用于相对密封、环境温度高或者高海拔环境散热。无需风冷散热，散热不受海拔限制影响，也不受高原地区昼夜温差大的影响，可保证燃料电池稳定工作。提高了大功率燃料电池发电系统的环境适应性。

附图说明

图1为大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统的结构简图

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1所示，本方案的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统包括相变散热器，相变散热器的上端与横向的气液分离风道连通，气液分离风道上设置有冷凝水收集装置，冷凝水收集装置与水箱连接，水箱的底部通过高压泵与相变散热器连接；燃料电池发电系统的热源输出端与相变散热器的热源输入端连接，相变散热器的冷源输出端与燃料电池发电系统的冷源输入端连接。

燃料电池发电系统工作时产生热量以冷却液为载体，携带至相变散热器中，在相变散热器中，冷却液经过换热，将冷却液的热量传递至冷侧的液相水中，通过真空泵的作用液相水处于真空环境，具有较低的沸点，热量导致液相水温度升高到达沸点时，液相水发生相变生成水蒸气，同时吸收大量热，水蒸气通过真空泵吸出，利用风机引风将水蒸气携带的热量带走；冷却后的冷却液循环回燃料电池发电系统，继续为燃料电池散热。

本实施例中，燃料电池发电系统的热源输出端与相变散热器的热源输入端之间设置有三通阀，且三通阀的旁路与相变散热器的冷源输出端和燃料电池发电系统的冷源输入端之间连通，相变散热器的冷源输出端和燃料电池发电系统的冷源输入端之间设置有温度传感器T3。三通阀与燃料电池发电系统的热源输出端之间设置有第一水泵，三通阀与相变散热器的热源输入端之间设置有温度传感器T1。

由于燃料电池发电系统工作需要在额定的温度和温差条件下进行，为了保证额定温度，由温度传感器T3监控进燃料电池发电系统的冷却液温度，控制真空泵抽取的真空度高低进一步控制相变速率，同时控制三通阀，使其能保证燃料电池发电系统可工作在正常工作温度范围内(进燃料电池发电系统的冷却液温度过高，开大真空泵，关闭三通阀旁路；进燃料电池发电系统的冷却液温度过低，开小真空泵，开启三通阀旁路)。

为了保证额定温差，利用温度传感器T1温度传感器T3配合，分别监控进出燃料电池发电系统的冷却液温差，控制第一水泵的转速使其能保证燃料电池发电系统可工作在正常冷却液温差范围内。

本实施例中，燃料电池发电系统的尾排出口与气液分离器连接，气液分离器通过第二水泵与水箱连接。利用气液分离器将燃料电池发电系统产生的水收集，输送到水箱中，用于换热。

本实施例中，气液分离风道的两端开口，气液分离风道的进风端上设置有风机，气液分离风道的出风端上设置有若干挡风板，挡风板的下方设置有冷凝水收集槽，冷凝水收集槽的下端与水箱连通。若干挡风板排列在气液分离风道内，若干挡风板之间形成排风的通道，并增加了排风通道的长度，确保水蒸气的冷凝效果，

本实施例中，水箱的上端通过补水管与补水阀连接，水箱的下端通过排水管与排水阀连接。水箱上依次设置有低液位传感器L2、中液位传感器M和高液位传感器H2。

水箱设置的高液位传感器H2用于监控内部液相水液位，液位过低时，开启补水阀为其补水，当液位到达中液位传感器M时，关闭补水阀；液位过高时，开启排水阀，当液位到达中液位传感器M时，关闭排水阀。

本实施例中，相变散热器的底部设置有温度传感器T2、低液位传感器L1，相变散热器的中部设置有高液位传感器H1，相变散热器的上端设置有气压传感器P。

温度传感器T2用于监控相变散热器工作温度压力是否正常，高液位传感器H1用于监控相变散热器内部液相水的液位，液位过低时，开启小型高压泵为其补水，当液位到达高液位传感器H1时，关闭小型高压泵。

本方案降低了燃料电池热散热器的面积与安装难度，降低散热噪音，提高整套系统的环境适应性，并利用低压低沸点的原理，在较低温度下实现相变，利用相变潜热可吸收热量大的原理，实现燃料电池的散热，有效降低散热器的体积，降低系统噪音。

Claims (8)

1.一种大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，包括相变散热器，所述相变散热器的上端与横向的气液分离风道连通，所述气液分离风道上设置有冷凝水收集装置，所述冷凝水收集装置与水箱连接，所述水箱的底部通过高压泵与相变散热器连接；所述燃料电池发电系统的热源输出端与相变散热器的热源输入端连接，所述相变散热器的冷源输出端与燃料电池发电系统的冷源输入端连接。

2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，所述燃料电池发电系统的热源输出端与相变散热器的热源输入端之间设置有三通阀，且三通阀的旁路与相变散热器的冷源输出端和燃料电池发电系统的冷源输入端之间连通，所述相变散热器的冷源输出端和燃料电池发电系统的冷源输入端之间设置有温度传感器T3。

3.根据权利要求2所述的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，所述三通阀与燃料电池发电系统的热源输出端之间设置有第一水泵，所述三通阀与相变散热器的热源输入端之间设置有温度传感器T1。

4.根据权利要求1所述的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，所述燃料电池发电系统的尾排出口与气液分离器连接，所述气液分离器通过第二水泵与水箱连接。

5.根据权利要求1所述的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，所述气液分离风道的两端开口，所述气液分离风道的进风端上设置有风机，所述气液分离风道的出风端上设置有若干挡风板，所述挡风板的下方设置有冷凝水收集槽，所述冷凝水收集槽的下端与水箱连通。

6.根据权利要求1所述的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，所述水箱的上端通过补水管与补水阀连接，所述水箱的下端通过排水管与排水阀连接。

7.根据权利要求1所述的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，所述相变散热器的底部设置有温度传感器T2、低液位传感器L1，所述相变散热器的中部设置有高液位传感器H1，所述相变散热器的上端设置有气压传感器P。

8.根据权利要求1所述的大功率燃料电池发电系统用真空变相散热系统，其特征在于，所述水箱上依次设置有低液位传感器L2、中液位传感器M和高液位传感器H2。

Images