CN218918963U - 一种用于燃料电池的换热系统、燃料电池系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供用于燃料电池的换热系统、燃料电池系统和车辆，属于新能源领域。换热系统包括：第一换热通道和第二换热通道，其中，第一换热通道用于供冷却液流通，第一换热通道的入口与燃料电池冷却液出口连通，在第一换热通道的入口和第一换热通道的出口之间依次设置有三通阀、散热装置和鼓风装置；第二换热通道与燃料电池的尾气排放口连通；其中，三通阀的入口和第一换热通道的入口连通，三通阀的第一出口通过散热装置与第一换热通道的出口连通，三通阀的第二出口通过鼓风装置与第一换热通道的出口连通。该技术方案使燃料电池产生的高温尾气和冷却液进行热交换，降低了尾气排放的温度，提高尾气排放口的寿命，还可以避免能源浪费。

Description

一种用于燃料电池的换热系统、燃料电池系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，具体地涉及一种用于燃料电池的换热系统、燃料电池系统及车辆。

背景技术

燃料电池是一种将氢气和空气中的氧气通过电化学反应转化为电能和水的发电装置。燃料电池具有能量转化效率高、噪音低、能源补充方便、无排放污染等优点，因而在新能源汽车、大型电站、各行业的备用电源等方面有着广泛的应用前景。

燃料电池在工作过程中会生成水和热，一方面大部分的热量都会通过双极板中间的冷却液进行热量交换；另一方面燃料电池中主要是在阴极侧生成水，阴极侧未反应的空气作为动力源将反应产生的水和部分热量以尾气的方式传送至尾排管进行排出。然而，直接将冷却液的热量散发掉或者将高温尾气排出至外部环境均会造成热能的浪费，并且长期将高温高湿气体通过尾气排放口的尾排管排出，会对尾排管及其周围产生一定的腐蚀从而影响零部件使用寿命。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种用于燃料电池的换热系统，该系统解决了高温尾气直接排放造成能源浪费同时影响尾排气管的使用寿命的问题，还能将产生的热量通过暖风水路用于取暖，充分利用热能的目的，避免能源浪费。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种用于燃料电池的换热系统，所述换热系统包括第一换热通道和第二换热通道，其中，所述第一换热通道用于供冷却液流通，所述第一换热通道的入口与燃料电池冷却液出口连通，在所述第一换热通道的入口和第一换热通道的出口之间依次设置有三通阀、散热装置和鼓风装置；所述第二换热通道与所述燃料电池的尾气排放口连通；其中，所述三通阀的入口和所述第一换热通道的入口连通，所述三通阀的第一出口通过散热装置与第一换热通道的出口连通，所述三通阀的第二出口通过鼓风装置与第一换热通道的出口连通。

可选的，所述三通阀为电动三通阀。

可选的，所述系统还包括控制器，所述控制器与所述电动三通阀信号连接，用于控制冷却液从第一出口或第二出口流出。

可选的，所述换热系统还包冷却液流路，所述冷却液流路连通在所述燃料电池的冷却液出口和所述第一换热通道的入口之间，所述冷却液流路所述三通阀的入口相连。

可选的，所述冷却液流路上设置有沿所述冷却液的流动方向，位于所述散热装置和鼓风装置的下游的泵和水箱。

可选的，所述燃料电池冷却液入口和/或所述第一换热通道的出口处设置有第一温度传感器，所述控制器分别与所述泵和所述第一温度传感器信号连接。

可选的，所述换热系统还包括尾气流路和调节阀，其中，所述尾气流路连通在所述第二换热通道的入口和所述燃料电池的尾气排放口之间；所述调节阀设置在所述尾气流路上。

可选的，所述换热系统还包括设置在所述尾气流路上的第二温度传感器，所述控制器分别与调节阀和所述第二温度传感器信号连接。

另一方面，本申请还提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池和上述的换热系统。

另一方面，本申请还提供一种车辆，所述车辆包括上述的燃料电池系统。

通过上述技术方案，热交换系统的第一换热通道的出口与燃料电池的冷却液入口相连，第二换热通道与燃料电池的尾气排放口连通，使得流经第一换热通道的冷却液和流经第二换热通道的高温尾气进行热交换，从而降低了燃料电池尾气排放的温度，避免长时间高温高湿气体对尾排气管腐蚀；另外，在第一换热通道上还设置有鼓风装置和三通阀，当需要暖风功能时，可以通过切换三通阀将流经发动机的冷却液作为热源引入鼓风装置中，充分利用热能，避免造成能源浪费。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1是本实用新型一个实施例中用于燃料电池的换热系统结构图；

图2是本实用新型另一个实施例中用于燃料电池的换热系统结构图。

附图标记说明

10     燃料电池            20    换热系统

201    三通阀              202   散热装置

203    鼓风装置            204   第一温度传感器

205    泵                  206   水箱

211    第二温度传感器      212   调节阀

30     尾气排放口

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

图1示出了本实用新型一个实施例中用于燃料电池的换热系统结构图，本实用新型实施例提供一种用于燃料电池的换热系统，所述换热系统20包括第一换热通道(图中实线部分，流动方向如图中箭头方向)和第二换热通道(图中虚线部分，流动方向如图中箭头方向)，其中，所述第一换热通道用于供冷却液流通，所述第一换热通道的入口与燃料电池冷却液出口连通，在所述第一换热通道的入口和第一换热通道的出口之间依次设置有三通阀201、散热装置202和鼓风装置203；所述第二换热通道与所述燃料电池的尾气排放口30连通；其中，所述三通阀201的入口和所述第一换热通道的入口相连，所述三通阀的第一出口通过散热装置202与第一换热通道的出口相连，所述三通阀201的第二出口通过鼓风装置203与第一换热通道的出口相连。

具体地，所述第一换热通道的入口与所述燃料电池冷却液出口连通，在所述第一换热通道的入口和第一换热通道的出口之间依次设置有三通阀201、散热装置202和鼓风装置203，由于经过燃料电池冷却液出口出来的冷却液为热冷却液，因此，当空调需要暖风功能时，调节三通阀201将燃料电池10排出的热冷却液，通过三通阀201的第二出口引入到暖风水路通道中，为自身提供热能，经过鼓风装置203散发热量后的热冷却液散热后变成低温冷却液；若不需要暖风功能时，调节三通阀201使热冷却液经过第一出口，通过散热装置202将热量散出变成低温冷却液；所述第二换热通道与所述燃料电池10的尾气排放口30连通，与第一换热通道中的冷却液进行热交换，所述第二换热通道内的温度降低，同时低温冷却液升温，再次流入燃料电池冷却液入口；由于尾气的温度一般和燃料电池的工作温度十分接近，因此通过高温尾气对冷却液进行预热，保证流入燃料电池的温度更适宜；同时由于第一换热通道的低温冷却液对所述第二换热通道的高温气体进行降温，使经过尾气排放口30排出的尾气温度降低。

如此，将流经第二散热通道的高温尾气与流经第一散热通道的冷却液在热量交换器中进行热交换，从而既降低了尾气的排放温度，提高了尾排管等部件的使用寿命。同时，第一散热通道中与散热器并列设置的鼓风机利用流经燃料电池的冷却液作为热源，通过控制三通阀，在空调需要暖风功能的时候将燃料电池排出的热冷却液引入，而在不需要暖风的时候将暖风水路通道关闭，以便达到充分利用燃料电池自身热能的目的；此外，因为尾气温度一般和燃料电池的工作温度十分接近，因此通过高温尾气对冷却液进行预加热，以保证其流入燃料电池时处于更合理的温度，同时通过回收高温尾气的热量，避免了直排高温尾气的能源浪费。

进一步地，所述三通阀采用电动三通阀，所述系统还包括控制器(图中未示出)，所述控制器与所述电动三通阀信号连接，用于控制冷却液从第一出口或第二出口流出。其中，所述控制器可以是整车控制器，也可以是燃料电池控制器。

图2示出了本实用新型另一个实施例中用于燃料电池的换热系统结构图，所述换热系统还包冷却液流路，所述冷却液流路连通在所述燃料电池的冷却液出口和所述第一换热通道的入口之间，所述冷却液流路与所述三通阀201的入口相连。所述冷却液流路上设置有沿所述冷却液的流动方向，位于所述散热装置和鼓风装置的下游的泵205和水箱206。如此，冷却液流路、散热装置202或鼓风装置203、泵205和水箱206实现冷却液的循环，即，通过冷却液流路将燃料电池10与第一换热通道相连，冷却液通过冷却液流路进入第一换热通道的入口。所述换热系统还包括尾气流路和调节阀212，其中，所述尾气流路连通在所述第二换热通道的入口和所述燃料电池的尾气排放口之间；所述调节阀212设置在所述尾气流路上。

本申请实施例与上述实施例相比，第一换热通道上增设了第一温度传感器204以及位于于所述散热装置202和鼓风装置203的下游的泵205和水箱206，具体地，所述燃料电池冷却液入口和/或所述第一换热通道的出口处设置有第一温度传感器204，所述控制器分别与所述泵205和所述第一温度传感器204信号连接。所述水箱206用于调节冷却液的液位，便于控制器控制泵205对冷却液在循环冷却回路中的流量。所述换热系统还包括设置在所述尾气流路上的第二温度传感器211和调节阀212，所述控制器分别与所述第二温度传感器211和调节阀212信号连接。

具体地，通过第一温度传感器204采集燃料电池冷却液入口处的温度，从而通过控制器控制泵205的功率来调节冷却液在循环冷却回路中的流量，例如，当第一温度传感器204采集到冷却液入口处的温度低于第一设定温度时，即冷却液因流量过大，从而导致与尾气热交换不充分，此时，通过控制器降低泵205的功率，从而降低冷却液的流量，使冷却液在热交换系统中与尾气充分交换，使冷却液以第一设定温度进入燃料电池中。

同理，所述第二温度传感器211用于采集尾气排出的温度，从而通过控制器控制调节阀212的开度，使得高温尾气在热交换系统中与低温的冷却液进行热交换后，冷却液能够以第二设定温度从尾气排放口30排出。例如，当采集的尾气温度较高时，通过控制器调小调节阀212的开度，降低尾气通过第二换热通道的流量，从而使尾气与第一换热通道中的冷却液充分地热交换，使燃料电池的尾气以第二设定温度排出。

其中，第一设定温度和第二设定温度，仅为了区分冷却液的温度和尾气的温度，可根据实际需要进行需要设定，本申请实施例不做具体限制。

另一方面，本申请还提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池和上述的换热系统。

另一方面，本申请还提供一种车辆，所述车辆包括上述的燃料电池系统。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的换热系统，其特征在于，所述换热系统包括第一换热通道和第二换热通道，其中，

所述第一换热通道用于供冷却液流通，所述第一换热通道的入口与燃料电池冷却液出口连通，在所述第一换热通道的入口和第一换热通道的出口之间依次设置有三通阀、散热装置和鼓风装置；

所述第二换热通道与所述燃料电池的尾气排放口连通；其中，

所述三通阀的入口和所述第一换热通道的入口连通，所述三通阀的第一出口通过散热装置与第一换热通道的出口连通，所述三通阀的第二出口通过鼓风装置与第一换热通道的出口连通。

2.根据权利要求1所述的换热系统，其特征在于，所述三通阀为电动三通阀。

3.根据权利要求2所述的换热系统，其特征在于，所述系统还包括控制器，所述控制器与所述电动三通阀信号连接，用于控制冷却液从第一出口或第二出口流出。

4.根据权利要求3所述的换热系统，其特征在于，所述换热系统还包冷却液流路，所述冷却液流路连通在所述燃料电池的冷却液出口和所述第一换热通道的入口之间，所述冷却液流路与所述三通阀的入口相连。

5.根据权利要求4所述的换热系统，其特征在于，所述冷却液流路上设置有沿所述冷却液的流动方向，位于所述散热装置和鼓风装置的下游的泵和水箱。

6.根据权利要求5所述的换热系统，其特征在于，所述燃料电池冷却液入口和/或所述第一换热通道的出口处设置有第一温度传感器，所述控制器分别与所述泵和所述第一温度传感器信号连接。

7.根据权利要求3所述的换热系统，其特征在于，所述换热系统还包括尾气流路和调节阀，其中，

所述尾气流路连通在所述第二换热通道的入口和所述燃料电池的尾气排放口之间；

所述调节阀设置在所述尾气流路上。

8.根据权利要求7所述的换热系统，其特征在于，所述换热系统还包括设置在所述尾气流路上的第二温度传感器，所述控制器分别与调节阀和所述第二温度传感器信号连接。

9.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括燃料电池和权利要求1-8任一项所述的换热系统。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求9所述的燃料电池系统。

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