CN218414654U - 一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，用于对流入燃料电池发动机的水体进行换热控温，所述燃料电池发动机的主机出水口至入水口、辅机出水口至辅机入水口间的通路分别串接入主换热模块、辅换热模块的热侧；所述主换热模块和辅换热模块的冷侧接入外部冷水回路；所述主换热模块包括两个主路并联的第一板式换热器和第二板式换热器，分别构成第一换热支路和第二换热支路；所述第一板式换热器和第二板式换热器冷侧入口管路上设置有设有用于调节冷水流量的第一比例阀与第二比例阀。与现有技术相比，本实用新型适用于不同功率的燃料电池发动机，尤其是大功率燃料电池发动机。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统。
背景技术
燃料电池发动机作为一种新型的绿色动力源，因其所具有的高效率和低排放等优良特性，正逐渐成为车载发动机的研发重点之一。燃料电池发动机的本质是燃料电池膜电极上的电化学反应，而这种电化学反应对温度十分敏感。所以在燃料电池发动机的产品测试中，需重点检测发动机在不同温度下工作能力。
目前有关燃料电池测试温控的产品很少，且散热功率大多在200kW以下。随着燃料电池技术的发展，燃料电池发动机的功率不断提高，尤其是针对400kW的大功率燃料电池发动机，没有适用的测试温控系统，亟需设计一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
本实用新型提供了一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，用于对流入燃料电池发动机的水体进行换热控温，所述燃料电池发动机的主机出水口至入水口、辅机出水口至辅机入水口间的管道分别串接入主换热模块、辅换热模块的热侧；所述主换热模块和辅换热模块的冷侧接入外部冷水回路；
所述主换热模块包括两个主路并联的第一板式换热器和第二板式换热器，分别构成第一换热支路和第二换热支路；所述第二板式换热器热侧前后端各设有一个用于控制第二换热支路通断的球阀；所述第一板式换热器和第二板式换热器冷侧入口管路上分别设有用于调节冷水流量的第一比例阀与第二比例阀；
所述温控系统还包括用于给燃料电池发动机主机补水的主补水模块、用于给燃料电池发动机辅机补水的辅补水模块和电控模块；所述电控模块分别与主换热模块、辅换热模块、主补水模块、辅补水模块连接。
优选地，所述燃料电池发动机主机出水口至主换热模块的主路管道上依次设有与电控模块连接的出水球阀、温度传感器和压力传感器；
所述第一板式换热器和第二板式换热器热侧出口支路上均设有与电控模块连接的温度传感器和压力传感器；
所述主换热模块与燃料电池发动机入水口的主路管道上依次设有分别与电控模块连接的电导率变送器和进水球阀。
优选地，所述主补水模块的进水口接入所述燃料电池发动机的出水口与主换热模块之间的主路管道，所述主补水模块的出水口接入所述燃料电池发动机的主机补水口，构成主补水支路；所述辅补水模块的进水口接入所述燃料电池发动机的辅出水口与辅换热模块之间的管道，所述辅补水模块的出水口接入燃料电池发动机的辅机补水口，构成辅补水支路。
优选地，所述主补水支路接入主补水模块之前的管道上依次设有与电控模块连接的闸阀和去离子罐。
优选地，所述主补水模块包括主水箱、第一液位传感器、第一排水阀以及第一隔膜泵；当所述主水箱的水位高于预设高值时，打开所述第一排水阀进行排水，水位低于预设低值时，通过所述第一隔膜泵抽取外部去离子水补入所述主水箱；
所述辅补水模块包括辅水箱、第二液位传感器、第二排水阀以及第二隔膜泵；当所述辅水箱的水位高于预设高值时，打开第二排水阀进行排水，水位低于预设低值，通过第二隔膜泵抽取外部去离子水补入所述辅水箱；
所述电控模块分别与第一液位传感器、第一隔膜泵、第一排水阀、第一隔膜泵、第二液位传感器、第二排水阀以及第二隔膜泵连接。
优选地，所述辅水箱出水口与燃料电池发动机的辅机入水口的管道上依次设有水泵、辅换热模块、压力传感器和闸阀。
优选地，所述辅换热模块包括第三板式换热器；所述第三板式换热器的冷侧入水口设有用于调节冷水流量的第一闸阀。
优选地，当换热量低于设定换热量时，所述主换热模块仅使用第一板式换热器进行换热，关闭第二板式换热器热侧前后端的球阀。
优选地，所述设定换热量为200kw。
优选地，所述电控模块为FC控制器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1)本实用新型的温控系统专门针对燃料电池发动机而设计，能对大功率燃料电池发动机进行精准控温，同时也满足小功率下的控温精准度，当发动机功率大于预设值采用主路两个板式换热器并联换热；发动机功率小于预设时，仅使用主路一个板式换热器进行换热；
2)本实用新型通过在板式换热器冷侧入口处设置比例阀，可根据实际热侧换热效果调节冷水流量，进而实现目标精准控温。
3)本实用新型设计的温控系统设有的补水模块以及去离子罐，使得温控系统具备补水以及去离子功能，满足燃料电池发动机长时间测试的需求。
附图说明
图1为本实用新型的用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统结构示意图；
图2为本实用新型各模块间的连接关系简图；
图3为主换热模块内部连接图；
图4为主补水模块内部连接图；
图5为辅换热模块与辅补水模块内部连接图；
图6为电控模块示意图；
其中：1-主换热模块，11-第一板式换热器，12-第二板式换热器，2-辅换热模块，21-第三板式换热器，3-主补水模块，31-主水箱，32-第一液位传感器，33-第一排水阀，34-第一隔膜泵，4-辅补水模块，41-辅水箱，42-第二液位传感器，43-第二排水阀，44-第二隔膜泵，5-电控模块；A1-燃料电池发动机主机出水口；A2-燃料电池发动机辅机出水口；B1-燃料电池发动机主机进水口；B2-燃料电池发动机辅机进水口；C-冷水进口。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
实施例1
本实施例给出了一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，用于对流入燃料电池发动机的水体进行换热控温，所述燃料电池发动机的主机出水口至入水口、辅机出水口至辅机入水口间的管道分别串接入主换热模块1、辅换热模块2的热侧；所述主换热模块1和辅换热模块2的冷侧接入外部冷水回路；
所述主换热模块1包括两个主路并联的第一板式换热器11和第二板式换热器12，分别构成第一换热支路和第二换热支路；所述第二板式换热器12热侧前后端各设有一个用于控制第二换热支路通断的球阀；所述第一板式换热器11和第二板式换热器12冷侧入口管路上分别设有用于调节冷水流量的第一比例阀111与第二比例阀121；所述辅换热模块2包括第三板式换热器21；
所述温控系统还包括用于给燃料电池发动机主机补水的主补水模块3、用于给燃料电池发动机辅机补水的辅补水模块4和电控模块5；所述电控模块5分别与主换热模块1、辅换热模块2、主补水模块3、辅补水模块4连接。
所述燃料电池发动机主机出水口至主换热模块1的主路管道上依次设有与电控模块5连接的出水球阀、温度传感器和压力传感器；
所述第一板式换热器11和第二板式换热器12热侧出口支路上均设有与电控模块5连接的温度传感器和压力传感器；
所述主换热模块1与燃料电池发动机入水口的主路管道上依次设有分别与电控模块5连接的电导率变送器和进水球阀。所述主换热模块1与燃料电池发动机入水口的主路管道上通过设有的排水阀向外排水。
所述主补水模块3的进水口接入所述燃料电池发动机的出水口与主换热模块1之间的主路管道，所述主补水模块3的出水口接入所述燃料电池发动机的主机补水口，构成主补水支路；所述辅补水模块4的进水口接入所述燃料电池发动机的辅出水口与辅换热模块2之间的管道，所述辅补水模块4的出水口接入燃料电池发动机的辅机补水口，构成辅补水支路。
所述主补水支路接入主补水模块3之前的管道上依次设有与电控模块5连接的闸阀和去离子罐35。
所述主补水模块3包括主水箱31、第一液位传感器32、第一排水阀33以及第一隔膜泵34；当所述主水箱31的水位高于预设高值时，打开所述第一排水阀34进行排水，水位低于预设低值时，通过所述第一隔膜泵34抽取外部去离子水补入所述主水箱31；
所述辅补水模块4包括辅水箱41、第二液位传感器42、第二排水阀43以及第二隔膜泵44；当所述辅水箱41的水位高于预设高值时，打开第二排水阀43进行排水，水位低于预设低值，通过第二隔膜泵44抽取外部去离子水补入所述辅水箱41；
所述电控模块5分别与第一液位传感器32、第一隔膜泵34、第一排水阀33、第一隔膜泵34、第二液位传感器42、第二排水阀43以及第二隔膜泵44连接。
所述辅水箱41出水口与燃料电池发动机的辅机入水口的管道上依次设有水泵、第三板式换热器21、压力传感器和闸阀。
所述第三板式换热器21的冷侧入水口设有用于调节冷水流量的第一闸阀211。
当换热量低于设定换热量时，所述主换热模块1仅使用第一板式换热器11进行换热，关闭第二板式换热器12热侧前后端的球阀。
所述电控模块5为亿华通公司的FC控制器，型号为EC3616CCP008。
工作原理：
燃料电池发动机测试中产生的热量通过板式换热器进行散热，对燃料电池发动机维持在设定的目标温度。
如图3所示，燃料电池发动机出水口的热水流经球阀、温度传感器、压力传感器后，进入主路并联的两个板式换热器进行换热，降温成冷水后流经温度传感器、压力传感器、电导率变送器、压力传感器、温度传感器、球阀后进入发动机入水口。
通过控制板式换热器冷侧的比例阀，调节冷水流量，使得热侧的水温维持在目标温度，从而达到发动机控温要求。
在两个并联的板式换热器中，其中一个板式换热器热侧的前后端各设有一个球阀；若换热量小于设定换热量时，只使用一个板式换热器，通过关闭其中一个板式换热器热侧入口和出口的球阀实现。
燃料电池发动机出水口的热水在进入并联的两个板式换热器之前，有一段支路流经闸阀、去离子罐进入主水箱，再从主水箱出口，流经球阀后连入发动机补水口。其中，主水箱配备有液位传感器，当主水箱的水位高于设定高值时，通过打开排水处的球阀进行排水；当主水箱的水位低于设定低值时，通过隔膜泵抽取外部去离子水补入主水箱。
燃料电池发动机辅机出水口的热水流经球阀、温度传感器进入辅水箱，再从辅水箱出口流经水泵、板式换热器、温度传感器、压力传感器、闸阀和球阀后，流入燃料电池发动机辅件入水口。辅水箱补水排水逻辑与主水箱一致。水泵负责给辅路循环提供动力，板式换热器给辅路的水降温，闸阀负责调节进入发动机辅件入水口的流量。
外部冷水机供应的冷水分两路流动。其中，一路流经比例阀、温度传感器、压力传感器、主路并联的两个板式换热器、压力传感器、温度传感器后，回到冷水机，此路通过比例阀调节冷水流量精准控温；另一路流经闸阀、辅路的板式换热器后，回到冷水机，此路通过闸阀调节冷水流量粗略的控温。
图6为本实施例电控模块5的输入输出控制逻辑。
实施例2
所述设定换热量为200kw。其余设置与实施例1相同。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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 (10)
1.一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，用于对流入燃料电池发动机的水体进行换热控温，其特征在于，所述燃料电池发动机的主机出水口至入水口、辅机出水口至辅机入水口间的管道分别串接入主换热模块(1)、辅换热模块(2)的热侧；所述主换热模块(1)和辅换热模块(2)的冷侧接入外部冷水回路；
所述主换热模块(1)包括两个主路并联的第一板式换热器(11)和第二板式换热器(12)，分别构成第一换热支路和第二换热支路；所述第二板式换热器(12)热侧前后端各设有一个用于控制第二换热支路通断的球阀；所述第一板式换热器(11)和第二板式换热器(12)冷侧入口管路上分别设有用于调节冷水流量的第一比例阀(111)与第二比例阀(121)；
所述温控系统还包括用于给燃料电池发动机主机补水的主补水模块(3)、用于给燃料电池发动机辅机补水的辅补水模块(4)和电控模块(5)；所述电控模块(5)分别与主换热模块(1)、辅换热模块(2)、主补水模块(3)、辅补水模块(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述燃料电池发动机主机出水口至主换热模块(1)的主路管道上依次设有与电控模块(5)连接的出水球阀、温度传感器和压力传感器；
所述第一板式换热器(11)和第二板式换热器(12)热侧出口支路上均设有与电控模块(5)连接的温度传感器和压力传感器；
所述主换热模块(1)与燃料电池发动机入水口的主路管道上依次设有分别与电控模块(5)连接的电导率变送器和进水球阀。
3.根据权利要求1所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述主补水模块(3)的进水口接入所述燃料电池发动机的出水口与主换热模块(1)之间的主路管道，所述主补水模块(3)的出水口接入所述燃料电池发动机的主机补水口，构成主补水支路；所述辅补水模块(4)的进水口接入所述燃料电池发动机的辅出水口与辅换热模块(2)之间的管道，所述辅补水模块(4)的出水口接入燃料电池发动机的辅机补水口，构成辅补水支路。
4.根据权利要求3所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述主补水支路接入主补水模块(3)之前的管道上依次设有与电控模块(5)连接的闸阀和去离子罐(35)。
5.根据权利要求3所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述主补水模块(3)包括主水箱(31)、第一液位传感器(32)、第一排水阀(33)以及第一隔膜泵(34)；当所述主水箱(31)的水位高于预设高值时，打开所述第一排水阀(33)进行排水，水位低于预设低值时，通过所述第一隔膜泵(34)抽取外部去离子水补入所述主水箱(31)；
所述辅补水模块(4)包括辅水箱(41)、第二液位传感器(42)、第二排水阀(43)以及第二隔膜泵(44)；当所述辅水箱(41)的水位高于预设高值时，打开第二排水阀(43)进行排水，水位低于预设低值，通过第二隔膜泵(44)抽取外部去离子水补入所述辅水箱(41)；
所述电控模块(5)分别与第一液位传感器(32)、第一隔膜泵(34)、第一排水阀(33)、第一隔膜泵(34)、第二液位传感器(42)、第二排水阀(43)以及第二隔膜泵(44)连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述辅水箱(41)出水口与燃料电池发动机的辅机入水口的管道上依次设有水泵(45)、辅换热模块(2)、压力传感器和闸阀。
7.根据权利要求1所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述辅换热模块(2)包括第三板式换热器(21)；所述第三板式换热器(21)的冷侧入水口设有用于调节冷水流量的第一闸阀(211)。
8.根据权利要求1所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，当换热量低于设定换热量时，所述主换热模块(1)仅使用第一板式换热器(11)进行换热，关闭第二板式换热器(12)热侧前后端的球阀。
9.根据权利要求8所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述设定换热量为200kw。
10.根据权利要求1所述的一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统，其特征在于，所述电控模块(5)为FC控制器。
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| CN202220409192.1U Active CN218414654U (zh) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | 一种用于大功率燃料电池发动机测试的温控系统 |
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