CN219800933U - 一种燃料电池发电单元热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池发电单元热管理系统，所述热管理系统包括L1和L2两个回路，所述回路L1上依次设置燃料电池电堆、过滤器A、冷却水箱、冷却泵、加热器、去离子器及三通阀，所述回路L1上连接回路L2，回路L2为集中散热系统。当燃料电池电堆处于冷启动状态时，电堆的温度低于使用温度时，通过关闭比例阀A、比例阀B和集中散热系统，同时，利用板式换热器B，对阳极侧的氢气进行预热后再通入电堆。本实用新型充分回收利用了经过空压机压缩后的空气多余的热量，提高了电堆冷启动的效率，确保了电堆能够适应更寒冷的气候。
Description
技术领域
本实用新型属于氢燃料电池的技术领域，更加具体地说，是涉及一种燃料电池发电单元热管理系统。
背景技术
随着碳达峰及碳中和目标的确定，近年来我国的能源结构开始逐步转型，可再生能源在一次能源中的消费占比不断提高。在众多的新型能源中，氢能具有能量密度高、无污染和运输方便等特点，在未来无疑是具有更广阔的应用前景。目前，氢气最直接的利用方法是通过质子交换膜燃料电池将其所具有的化学能转化成电能。
实际工作时，质子交换膜燃料电池突破了传统热机卡诺循环的限制，是一种清洁高效的分布式电源，具有能量转换效率高、污染小、工作噪音低、低温启动快和操作方便等优点。质子交换膜燃料电池的工作原理是氢气和氧气发生电化学反应，生成水的同时输出电能和释放热能。由于单片质子交换膜产生的电压通常低于1.5V，因此，在实际建设发电单元时，需要将几百片的质子交换膜串联组成燃料电池电堆，再将多个燃料电池电堆组合形成较大规模的发电单元。
质子交换膜燃料电池是一种低温燃料电池，其最佳的工作温度在60～80℃之间。当温度过高或过低时，都会对燃料电池电堆的输出性能和使用寿命产生影响。燃料电池电堆在工作过程中不仅产生电能，同时伴随约有一半的能量以热能的形式输出。随着燃料电池发电单元规模的扩大，散热量也会随之扩大。因此，必须开发一套燃料电池热管理系统及时对大功率电堆进行冷却降温以保持最佳的工作温度。
发明内容
发明目的：针对现有技术中质子交换膜燃料电池发电单元散热量大的问题，能够进行有效地热管理以及热回收。同时降低系统的寄生功率，提高发电单元的发电效率，申请人设计了本实用新型。
技术方案：为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种燃料电池发电单元热管理系统，所述热管理系统包括L1和L2两个回路，所述回路L1上依次设置燃料电池电堆、过滤器A、冷却水箱、冷却泵、加热器、去离子器及三通阀，所述过滤器A与冷却水箱之间依次设置温度传感器A、压力传感器A、电导率测试仪，冷却水箱内设置液位开关，冷却水箱与冷却泵之间设置过滤器B，冷却泵与加热器之间设置过滤器C及流量计A，所述三通阀连通回燃料电池电堆，所述三通阀与回燃料电池电堆之间依次设置压力传感器B、温度传感器E。
进一步地，所述回路L1上连接回路L2，回路L2为集中散热系统，所述回路L2连接于L1的加热器及三通阀之间，所述回路L2上设置板式换热器，所述板式换热器上并联设置冷却塔，板式换热器与加热器之间设置温度传感器B，板式换热器与冷却塔之间设置温度传感器C，板式换热器与冷却塔之间设置冷却泵B，板式换热器与三通阀之间设置温度传感器D，所述三通阀与温度传感器D之间设置比例阀A，所述三通阀与比例阀A两者并联设置比例阀B。
再进一步地，所述燃料电池电堆上增设空气加湿器、板式换热器B及热回收利用装置，所述燃料电池电堆与空气加湿器之间设置温度传感器F、压力传感器C及节气门A，所述空气加湿器伸出两个支路，一路设置连接节气门B，另一路设置与板式换热器B连接，所述板式换热器B设置连接一路气流支路，所述气流支路上依次设置空气过滤器、流量计B及空压机，所述热回收利用装置分出两支路，1路与板式换热器B连接，另一路接入于过滤器A与冷却水箱之间。
实际工作时，当燃料电池电堆处于冷启动状态时，电堆的温度低于使用温度时，通过关闭比例阀A、比例阀B和集中散热系统，同时，利用板式换热器B，对阳极侧的氢气进行预热后再通入电堆。
当电堆启动完成，处于正常的工作状态时，通过调节三通阀以关闭回路L1，打开集中散热系统并调节比例阀A、比例阀B，保证电堆能够处于正常的工作温度。
有益效果：本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：
(1)、本实用新型充分回收利用了经过空压机压缩后的空气多余的热量，提高了电堆冷启动的效率，确保了电堆能够适应更寒冷的气候。
(2)、本实用新型利用集中型散热系统，不仅降低了散热的成本，同时降低了寄生功率，提高了发电单元的发电效率。
附图说明
图1为本实用新型一种燃料电池发电单元热管理系统的连接示意图。
具体实施方式
下面通过一个最佳实施例，对本技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，一种燃料电池发电单元热管理系统，所述热管理系统包括L1和L2两个回路，所述回路L1上依次设置燃料电池电堆1、过滤器A2、冷却水箱6、冷却泵9、加热器12、去离子器22及三通阀21，所述过滤器A2与冷却水箱6之间依次设置温度传感器A3、压力传感器A4、电导率测试仪5，冷却水箱6内设置液位开关7，冷却水箱6与冷却泵9之间设置过滤器B8，冷却泵9与加热器12之间设置过滤器C10及流量计A11，所述三通阀21连通回燃料电池电堆1，所述三通阀21与回燃料电池电堆1之间依次设置压力传感器B23、温度传感器E24。
所述回路L1上连接回路L2，所述回路L2连接于L1的加热器12及三通阀21之间，所述回路L2上设置板式换热器14，所述板式换热器14上并联设置冷却塔16，板式换热器14与加热器12之间设置温度传感器B13，板式换热器14与冷却塔16之间设置温度传感器C15，板式换热器14与冷却塔16之间设置冷却泵B17，板式换热器14与三通阀21之间设置温度传感器D18，所述三通阀21与温度传感器D18之间设置比例阀A19，所述三通阀21与比例阀A19两者并联设置比例阀B20。
所述燃料电池电堆1上增设空气加湿器34、板式换热器B32及热回收利用装置28，所述燃料电池电堆1与空气加湿器34之间设置温度传感器F25、压力传感器C26及节气门A27，所述空气加湿器34伸出两个支路，一路设置连接节气门B(33)，另一路设置与板式换热器B 32连接，所述板式换热器B 32设置连接一路气流支路，所述气流支路上依次设置空气过滤器29、流量计B30及空压机31，所述热回收利用装置28分出两支路，1路与板式换热器B32连接，另一路接入于过滤器A2与冷却水箱6之间。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种燃料电池发电单元热管理系统，其特征在于：所述热管理系统包括L1和L2两个回路，所述回路L1上依次设置燃料电池电堆(1)、过滤器A(2)、冷却水箱(6)、冷却泵(9)、加热器(12)、去离子器(22)及三通阀(21)，所述过滤器A(2)与冷却水箱(6)之间依次设置温度传感器A(3)、压力传感器A(4)、电导率测试仪(5)，冷却水箱(6)内设置液位开关(7)，冷却水箱(6)与冷却泵(9)之间设置过滤器B(8)，冷却泵(9)与加热器(12)之间设置过滤器C(10)及流量计A(11)，所述三通阀(21)连通回燃料电池电堆(1)，所述三通阀(21)与回燃料电池电堆(1)之间依次设置压力传感器B(23)、温度传感器E(24)；
所述回路L1上连接回路L2，所述回路L2连接于L1的加热器(12)及三通阀(21)之间，所述回路L2上设置板式换热器(14)，所述板式换热器(14)上并联设置冷却塔(16)，板式换热器(14)与加热器(12)之间设置温度传感器B(13)，板式换热器(14)与冷却塔(16)之间设置温度传感器C(15)，板式换热器(14)与冷却塔(16)之间设置冷却泵B(17)，板式换热器(14)与三通阀(21)之间设置温度传感器D(18)，所述三通阀(21)与温度传感器D(18)之间设置比例阀A(19)，所述三通阀(21)与比例阀A(19)两者并联设置比例阀B(20)。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发电单元热管理系统，其特征在于：所述燃料电池电堆(1)上增设空气加湿器(34)、板式换热器B(32)及热回收利用装置(28)，所述燃料电池电堆(1)与空气加湿器(34)之间设置温度传感器F(25)、压力传感器C(26)及节气门A(27)，所述空气加湿器(34)伸出两个支路，一路设置连接节气门B(33)，另一路设置与板式换热器B(32)连接，所述板式换热器B(32)设置连接一路气流支路，所述气流支路上依次设置空气过滤器(29)、流量计B(30)及空压机(31)，所述热回收利用装置(28)分出两支路，1路与板式换热器B(32)连接，另一路接入于过滤器A(2)与冷却水箱(6)之间。
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