CN218414656U - 一种水热管理系统及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种水热管理系统及燃料电池，用于对燃料电池进行散热，包括燃料电池电堆、储水装置、第一回路和第二回路，第一回路与燃料电池电堆连接，第一回路内的水经过燃料电池电堆循环流动，第二回路分别与燃料电池电堆和储水装置连接，储水装置内的水能够在储水装置、第二回路和燃料电池电堆循环流动，且第二回路的长度大于第一回路的长度。通过第一回路和第二回路的水循环，实现对燃料电池电堆的散热，且储水装置内的水的温度上升，能够用于生活热水，该水热管理系统能够实现对燃料电池电堆的散热，对燃料电池电堆产生的热能有效利用，从而降低能耗和散热的成本。

Description

一种水热管理系统及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种水热管理系统及燃料电池。

背景技术

燃料电池通过电化学反应直接将燃料化学能转化为电能的过程中会产生大量的热能，导致燃料电池的温度升高，燃料电池的温度过高会影响燃料电池的稳定运行。为了保持燃料电池系统稳定的运行，需要对燃料电池进行散热降温。现有技术中的散热方式会将燃料电池产生的热能带走，不能对热能进行有效利用，从而增加能耗和散热的成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种水热管理装置，能够实现对燃料电池电堆的散热，对燃料电池电堆产生的热能的有效利用，从而降低能耗和散热的成本。

本实用新型提供的一种水热管理系统，用于对燃料电池进行散热，包括：

燃料电池电堆；

储水装置；

第一回路，所述第一回路与所述燃料电池电堆连接，所述第一回路内的水经过燃料电池电堆循环流动；及

第二回路，所述第二回路分别与所述燃料电池电堆和储水装置连接，所述储水装置内的水能够在所述储水装置、所述第二回路和所述燃料电池电堆循环流动，且所述第二回路的长度大于所述第一回路的长度。

进一步地，所述第一回路上设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀用于控制所述第一回路的流通和截止；和/或

所述第二回路上设置有第二电磁阀，所述第二电磁阀用于控制所述第二回路的流通和截止。

进一步地，所述第一回路包括入水段和出水段，所述入水段的一端与所述燃料电池电堆连接，另一端与所述出水段的一端连接，所述出水段的另一端与所述燃料电池电堆连接，所述入水段设置有第一温度测量仪，所述出水段设置有第二温度测量仪。

进一步地，所述出水段还设置有水泵。

在另一个实施例中，本实用新型还提供一种燃料电池，包括上述的水热管理系统、供氢装置和供氧装置，所述供氢装置和所述供氧装置均与燃料电池电堆连接，所述供氢装置向所述燃料电池电堆提供氢气，所述供氧装置向所述燃料电池电堆提供氧气。

进一步地，所述供氧装置包括储氢罐、第一管道和第二管道，所述燃料电池电堆开设有第一进气口和第一出气口，所述第一管道的一端与储氢罐连接，另一端与所述第一进气口的外端面密封连接，所述第二管道的一端与所述第一出气口的外端面密封连接。

进一步地，所述第二管道的另一端与所述第一管道连接，所述第二管道设置有气液分离器，所述气液分离器用于对所述燃料电池电堆输出至所述第二管道内的气体和液体进行分离，分离后的气体通过所述第一管道进入所述燃料电池电堆循环流动。

进一步地，所述供氧装置包括第三管道和第四管道，所述燃料电池电堆设置有第二进气口和第二出气口，所述第三管道的一端用于连接氧气源，另一端与第二进气口的外端面密封连接，所述第四管道的一端与所述第二出气口的外端面密封连接。

进一步地，所述第三管道还设置有加湿器，所述第四管道的另一端与所述加湿器连接。

进一步地，所述第三管道设置有空压机和中冷器，所述中冷器位于所述空压机和所述燃料电池电堆之间。

本实用新型提供的一种水热管理系统，用于对燃料电池进行散热，水热管理系统包括燃料电池电堆、储水装置、第一回路和第二回路，当燃料电池电堆开始运作后，温度开始上升，但此时的温度并不会太高，开启长度较短的第一回路，第一回路内的水进入燃料电池电堆进行换热，实现燃料电池电堆的散热。燃料电池电池持续工作后，温度会持续上升，当燃料电池电堆的温度上升到预设值时，开启长度较长的第二回路，储水装置内的水通过第二回路进入燃料电池电堆，第二回路的长度大于第一回路的长度，增加储水装置出来的水的流动路径，使得水进入燃料电池电堆之前的温度更低，温度更低的水进入燃料电池电堆进行换热，从而提高燃料电池电堆的散热效果。通过第一回路和第二回路的水循环，实现对燃料电池电堆的散热，且储水装置内的水的温度上升，能够用于生活热水，该水热管理系统能够实现对燃料电池电堆的散热，对燃料电池电堆产生的热能有效利用，从而降低能耗和散热的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型中一种水热管理系统及燃料电池的实施例的结构示意图。

主要元件：

100、燃料电池电堆；200、储水装置；300、第一回路；310、入水段；311、第一温度测量仪；320、出水段；321、第二温度测量仪；322、水泵；400、第二回路；500、第一电磁阀；600、第二电磁阀；700、供氢装置；710、储氢罐；720、第一管道；721、开关阀；722、第一阻火器；723、流量计；724、比例阀；725、氢气喷射器；726、泄压阀；727、第二阻火器；730、第二管道；731、氢气循环泵；740、第一进气口；741、第二进气口；750、第一出气口；751、第二出气口；760、气液分离器；800、供氧装置；810、第三管道；811、过滤器；812、空气流量计；820、第四管道；830、加湿器；840、空压机；850、中冷器；900、氮气源。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1所示，在一些实施例中，一种水热管理系统，用于对燃料电池进行散热，包括燃料电池电堆100、储水装置200、第一回路300和第二回路400，第一回路300与燃料电池电堆100连接，第一回路300内的水经过燃料电池电堆100循环流动，第二回路400分别与燃料电池电堆100和储水装置200连接，储水装置200内的水能够在储水装置200、第二回路400和燃料电池电堆100循环流动，且第二回路400的长度大于第一回路300的长度。

当燃料电池电堆100开始运作后，温度开始上升，但此时的温度并不会太高，开启长度较短的第一回路300，第一回路300的水进入燃料电池电堆100进行换热，实现燃料电池电堆100的散热。燃料电池电堆100持续工作后，温度会持续上升，当燃料电池电堆100的温度上升到预设值（例如65℃）时，开启长度较长的第二回路400，储水装置200内的水通过第二回路400进入燃料电池电堆100，第二回路400的长度大于第一回路300的长度，增加储水装置200出来的水的流动路径，使得水进入燃料电池电堆100之前的温度更低，也可以向储水装置200内注入冷却水，从而降低第一回路300和第二回路400内的流水的温度，从而提高燃料电池电堆100的散热效果。通过第一回路300和第二回路400的水循环，实现对燃料电池电堆100的散热，且储水装置200内的水的温度上升，能够用于生活热水，该水热管理系统能够实现对燃料电池电堆100的散热，对燃料电池电堆100产生的热能有效利用，从而降低能耗和散热的成本。

具体地，第一回路300上设置有第一电磁阀500，第一电磁阀500用于控制第一回路300的流通和截止。第二回路400上设置有第二电磁阀600，第二电磁阀600用于控制第二回路400的流通和截止。该结构相当于两条并联的管道，第一电磁阀500和第二电磁阀600分别设置在这两条并联的管道上，即是第一电磁阀500和第二电磁阀600也是并联状态。

更具体地，第一回路300包括入水段310和出水段320，入水段310的一端与燃料电池电堆100连接，另一端与出水段320的一端连接，出水段320的另一端与燃料电池电堆100连接，入水段310设置有第一温度测量仪311，出水段320设置有第二温度测量仪321。通过第一温度测量仪311能够测量入水段310内的流水的温度。通过第二温度测量仪321能够测量出水段320的流水的温度。通过第一温度测量仪311和第二温度测量仪321能够实时监测到出水段320和入水段310内流水的温度。

进一步地，出水段320还设置有水泵322，以增加出水段320至储水装置200的压力，确保从燃料电池电堆100出来的流体有足够的压力能够流入储水装置200。储水装置200可以但不限于为园区供热水塔，园区供热水塔的高度比较高，通过水泵322将出水段320的水抽到园区供热水塔内。

在另一个实施例中，一种燃料电池包括水热管理系统、供氢装置700和供氧装置800，供氢装置700和供氧装置800均与燃料电池电堆100连接，供氢装置700向燃料电池电堆100提供氢气，供氧装置800向燃料电池电堆100提供氧气。

具体地，供氧装置800包括储氢罐710、第一管道720和第二管道730，燃料电池电堆100开设有第一进气口740和第一出气口750，第一管道720的一端与储氢罐710连接，另一端与第一进气口740的外端面密封连接，第二管道730的一端与第一出气口750的外端面密封连接。第二管道730的另一端与第一管道720连接，第二管道730设置有气液分离器760，气液分离器760用于对燃料电池电堆100输出至第二管道730内的气体和液体进行分离，分离后的气体通过第一管道720进入燃料电池电堆100循环流动。分离后的液体排放到外部。进一步地，第二管道730设置有氢气循环泵731，以增加氢气循环的压力。氢气循环泵731有辅助冷却水经过。

更具体地，在第一管道720上依次设置有开关阀721、第一阻火器722、流量计723、比例阀724和氢气喷射器725，开关阀721用于控制第一管道720内氢气的流通和截止。氢气是一种易燃气体，第一阻火器722能够避免氢气燃烧的安全隐患。流量计723可以计算出第一管道720内氢气的流量。氢气喷射器725能够增加第一管道720内氢气进入燃料电池电堆100的压力，便于氢气能够进入燃料电池电堆100内。

在第一管道720内还设置有泄压阀726，当第一管道720内的气压达到阈值（例如1.7bar）时，泄压阀726就会开启，将氢气从第一管道720内排放出去，以降低第一管道720内的气压，在排放路径中设置有第二阻火器727，且排放的高度要大于两米，从而确保第一管道720内的安全。具体地，在第一管道720上设置有氮气源900，氮气源900用于吹扫第一管道720，以扫除残留在第一管道720内的氢气。

在一些实施例中，供氧装置800包括第三管道810和第四管道820，燃料电池电堆100设置有第二进气口741和第二出气口751，第三管道810的一端用于连接氧气源，另一端与第二进气口741的外端面密封连接，第四管道820的一端与第二出气口751的外端面密封连接。具体地，供氧装置800是空气管道，相当于向燃料电池电堆100提供空气。第三管道810设置有过滤器811和空气流量计812，过滤器811用于过滤空气中的杂质，空气流量计812用于计算第三管道810内的空气流量。

第三管道810还设置有加湿器830，第四管道820的另一端与加湿器830连接，加湿器830能够增加空气的湿度，以提高空气与燃料电池电堆100内的催化剂的反应效率，燃料电池电堆100反应后会产生水，产生的水通过第四管道820进入加湿器830，为加湿器830补充水，进而使得水能够循环使用。

第三管道810设置有空压机840和中冷器850，中冷器850位于空压机840和燃料电池电堆100之间。空压机840对含氧气体（即是空气）进行压缩，经过空压机840处理后的含氧气体的温度进行降温，通过中冷器850对升温后的含氧气体进行冷却降温。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水热管理系统，用于对燃料电池进行散热，其特征在于，包括：

燃料电池电堆；

储水装置；

第一回路，所述第一回路与所述燃料电池电堆连接，所述第一回路内的水经过所述燃料电池电堆循环流动；及

第二回路，所述第二回路分别与所述燃料电池电堆和储水装置连接，所述储水装置内的水能够在所述储水装置、所述第二回路和所述燃料电池电堆循环流动，且所述第二回路的长度大于所述第一回路的长度。

2.根据权利要求1所述的水热管理系统，其特征在于，所述第一回路上设置有第一电磁阀，所述第一电磁阀用于控制所述第一回路的流通和截止；和/或

所述第二回路上设置有第二电磁阀，所述第二电磁阀用于控制所述第二回路的流通和截止。

3.根据权利要求1所述的水热管理系统，其特征在于，所述第一回路包括入水段和出水段，所述入水段的一端与所述燃料电池电堆连接，另一端与所述出水段的一端连接连接，所述出水段的另一端与所述燃料电池电堆连接，所述入水段设置有第一温度测量仪，所述出水段设置有第二温度测量仪。

4.根据权利要求3所述的水热管理系统，其特征在于，所述出水段还设置有水泵。

5.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求1至4任意一项所述的水热管理系统、供氢装置和供氧装置，所述供氢装置和所述供氧装置均与所述燃料电池电堆连接，所述供氢装置向所述燃料电池电堆提供氢气，所述供氧装置向所述燃料电池电堆提供氧气。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述供氢装置包括储氢罐、第一管道和第二管道，所述燃料电池电堆开设有第一进气口和第一出气口，所述第一管道的一端与储氢罐连接，另一端与所述第一进气口的外端面密封连接，所述第二管道的一端与所述第一出气口的外端面密封连接。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第二管道的另一端与所述第一管道连接，所述第二管道设置有气液分离器，所述气液分离器用于对所述燃料电池电堆输出至所述第二管道内的气体和液体进行分离，分离后的气体通过所述第一管道进入所述燃料电池电堆循环流动。

8.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述供氧装置包括第三管道和第四管道，所述燃料电池电堆设置有第二进气口和第二出气口，所述第三管道的一端用于连接氧气源，另一端与第二进气口的外端面密封连接，所述第四管道的一端与所述第二出气口的外端面密封连接。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述第三管道还设置有加湿器，所述第四管道的另一端与所述加湿器连接。

10.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述第三管道设置有空压机和中冷器，所述中冷器位于所述空压机和所述燃料电池电堆之间。

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