CN220041927U - 船舶燃料电池的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种船舶燃料电池的冷却系统，涉及燃料电池冷却系统领域，其包括燃料电池系统、主循环冷却液系统及主换热系统；主循环冷却液系统包括主冷却管路及主水泵；主冷却管路沿电堆外周分布，将电堆产生的热量带离；主水泵驱使主冷却管路内的冷却液循环流动；主换热系统包括第一换热盘管、第一换热水箱及第一换热水泵；第一换热水泵用于将船舶外部的水持续泵入第一换热水箱；第一换热盘管与主冷却管路连通且置于第一换热水箱内；主冷却管路流动至第一换热盘管内的冷却液通过与第一换热水箱内部的水进行热交换，将热量带离。通过设置主循环冷却液系统及主换热系统，改善传统散热系统体积大、能耗高、噪音大的缺陷且更加适用于船舶。

Description

船舶燃料电池的冷却系统

技术领域

本申请涉及燃料电池冷却系统领域，具体涉及一种船舶燃料电池的冷却系统。

背景技术

水路交通载运工具绿色化是水运行业的技术前沿和未来趋势。从中长期来看，氢、氨等零碳燃料技术将是水路交通载运工具实现零排放的重要途径。氢动力船舶基于燃料电池的氢能应用模式，兼顾能源高效利用、零排放、船舶舒适度提升，可以适应未来绿色船舶市场需求，并且具有广阔应用前景。

在现阶段，氢燃料电池适用于多种内河船舶，可作为小型船舶的主动力，也可以作为大型船舶的辅助动力。氢燃料电池在运行时会产生大量的热量，需要搭配散热系统进行散热，当下传统的散热系统大多采用外置散热器、散热风扇及驱动水泵的组合完成散热，存在体积大、能耗高、噪音大等缺点，在空间较为有限的船舶中，其应用存在限制。

因此，需要一种新的船舶用燃料电池冷却系统，能够改善传统散热系统体积大、能耗高、噪音大的缺陷，更加适用于船舶。

实用新型内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种船舶燃料电池的冷却系统，能够改善传统散热系统体积大、能耗高、噪音大的缺陷，利用船舶的工作环境，实现更高效率的散热。

本说明书实施例提供以下技术方案：

本说明书实施例提供一种船舶燃料电池的冷却系统，包括燃料电池系统、主循环冷却液系统及主换热系统；

所述主循环冷却液系统包括主冷却管路及主水泵；

所述主冷却管路沿燃料电池的电堆外周分布，用于将电堆产生的热量通过冷却液带离；

所述主水泵用于驱使主冷却管路内的冷却液循环流动；

所述主换热系统包括第一换热盘管、第一换热水箱及第一换热水泵；

所述第一换热水泵用于将船舶外部的水持续泵入第一换热水箱的内部；

所述第一换热盘管与主冷却管路连通且置于第一换热水箱内部；

所述主冷却管路流动至第一换热盘管内的冷却液通过与第一换热水箱内部的水进行热交换，将冷却液内的热量通过第一换热水箱内部的水带离主冷却管路。

通过上述技术方案，设置主循环冷却液系统及主换热系统，利用第一换热水泵抽取船舶外部的水，如江、河、湖泊或者大海中的水，将水抽入第一换热水箱内部，以热交换的形式，使得第一换热水箱内部的水将冷却液中的热量带离，进而可以有效的带离电堆产生的热量，起到了冷却的效果，再者，相比于同功率的传统风冷散热系统，本申请提供的船舶燃料电池的冷却系统，在体积上更小、冷却效率更高、具有更小的噪音，并且充分利用了船舶的工作环境，实现了良好的散热效果。

优选的，还包括辅助冷却液系统和辅助换热系统；

所述辅助冷却液系统包括辅助冷却管路及辅助水泵；

所述辅助冷却管路沿燃料电池系统除去电堆外其余部件的外周分布，用于将燃料电池系统除去电堆外其余部件产生的热量通过冷却液带离；

所述辅助水泵用于驱使辅助冷却管路内的冷却液循环流动；

所述辅助换热系统包括第二换热盘管；

所述第二换热盘管与辅助冷却管路连接，所述辅助冷却管路流动至第二换热盘管的冷却液与第二换热盘管外部的水进行热交换，将冷却液内的热量通过第二换热盘管外部的水带离。

通过上述技术方案，设置辅助冷却液系统和辅助换热系统，对燃料电池除去电堆外的其余部件进行散热，提高整个燃料电池系统的散热效果。

优选的，所述辅助换热系统还包括第二换热水箱和第二换热水泵；

所述第二换热盘管置于第二换热水箱的内部，第二换热水泵用于将船舶外部的水持续泵入第二换热水箱的内部。

通过上述技术方案，设置第二换热水箱和第二换热水泵，将船舶外部的水抽取进第二换热水箱，使得第二换热盘管的冷却液通过抽取进第二换热水箱内的水进行热交换，可以更好的适应船舶不同的行驶环境，在适应能力上更好，工作时的可靠性更高。

优选的，所述主换热系统包括换热水泵控制器，所述第一换热水泵为自吸式船舶变频离心水泵，所述换热水泵控制器与所述第一换热水泵连接；

所述换热水泵控制器根据电堆的出口温度、燃料电池系统的瞬时工况和功率输出值，调节第一换热水泵的转速，以将电堆的工作温度控制在预设范围内。

通过上述技术方案，设置第一换热水泵为自吸式船舶变频离心水泵，利燃料电池系统自带的温度传感器及检测系统，检测电堆温度、燃料电池系统的瞬时工况和功率输出值，反馈至换热水泵控制器，以调节第一换热水泵的转速，进而控制第一换热水箱内水的流速，实现对第一换热盘管内的冷却液和第一换热水箱内水的热交换效率的控制，将电堆的工作温度控制在预设范围内，使得电堆在工作时能够保持适宜的温度。

优选的，所述主循环冷却液系统中还包括节温器和主水泵控制器，所述节温器、主水泵控制器和主水泵连接；

所述节温器和主水泵控制器配合，根据主冷却管路内的冷却液温度，调节主水泵的转速，以实现对主冷却管路内冷却液流速的控制。

通过上述技术方案，进一步的控制电堆热量的交换速率，可以更好的将电堆的工作温度控制在预设范围内，保持电堆在良好的工况下运行。

优选的，所述主循环冷却液系统还包括主冷却液箱，所述主冷却管路和所述主冷却液箱连通；

通过所述主水泵，使得冷却液在主冷却液箱、主冷却管路及第一换热盘管之间循环流动。

优选的，所述第一换热水箱顶部设有第一溢出口；

所述第一换热水泵工作时，所述换热水箱内部的水从顶部的溢水口呈不断溢出状态。

优选的，所述辅助冷却液系统还包括辅助冷却液箱，所述辅助冷却管路和所述辅助冷却液箱连通；

通过所述辅助水泵，使得冷却液在辅助冷却液箱、辅助冷却管路及第二换热盘管之间循环流动。

优选的，所述燃料电池系统的尾排设置有消音器。

通过上述技术方案，进一步降低燃料电池系统工作时产生的噪音。

优选的，所述主冷却管路与电堆外周接触的部分呈蛇形盘绕设置。

通过上述技术方案，在有限空间内，增加主冷却管路和电堆外周的接触面积，从而提高主冷却管路内的冷却液对电堆工作时产生热量的吸收效率。

优选的，第二换热水箱沿船舶行驶方向的前后分别设置有第二进水口和第二溢水口，以使得船舶外部的水相对第二换热水箱流入和流出。

通过上述技术方案，设置第二换热水箱，对船舶外部环境中的水草杂物进行过滤，提高辅助散热冷却的可靠性。

优选的，所述第二换热盘管直接置于船舶外部环境中，并且没入吃水线以下，使得流经第二换热盘管的冷却液直接与船舶外部环境中的水进行热交换。

通过上述技术方案，在船舶行驶环境的水质较好时，第二换热盘管能够直接与船舶外部的环境接触，与江、河、湖泊或者大海中的水直接进行热量交换。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

1、通过设置主循环冷却液系统及主换热系统，利用第一换热水泵抽取船舶外部的水，如江、河、湖泊或者大海中的水，将水抽入第一换热水箱内部，以热交换的形式，使得第一换热水箱内部的水将冷却液中的热量带离，进而可以有效的带离电堆产生的热量，起到了冷却的效果；

2、相比于同功率的传统风冷散热系统，在体积上更小、冷却效率更高、具有更小的噪音，并且充分利用了船舶的工作环境，实现了良好的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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获得其它的附图。

图1是本申请中的一种船舶燃料电池的冷却系统的系统框图；

图2是本申请中的燃料电池系统的温度自动控制策略的流程图；

图3是本申请中的另一种实施例的辅助换热系统和辅助冷却液系统的示意图。

附图标记：1、主冷却管路；2、主水泵；3、节温器；4、主水泵控制器；5、主冷却液箱；6、第一换热盘管；7、第一换热水箱；8、第一换热水泵；9、换热水泵控制器；10、辅助冷却管路；11、辅助水泵；12、辅助冷却液箱；13、第二换热盘管；14、第二换热水箱；15、第二换热水泵；16、消音器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。

以下结合附图，说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图1所示，本说明书实施例提供一种船舶燃料电池的冷却系统，包括燃料电池系统、主循环冷却液系统、主换热系统、辅助冷却液系统及辅助换热系统。

燃料电池系统包括电堆、氢气回收系统、供氢系统、空滤、空压机的中冷器、空压机、空压机控制器、DCDC本体及整船PDU等其它部件。其中，氢气回收系统包括氢气回收管路、氢泵及液气分离器。

主循环冷却液系统包括主冷却管路1、主水泵2、节温器3、主水泵控制器4及主冷却液箱5。

其中，主冷却管路1沿电堆的外周分布，主冷却管路1与电堆外周接触的部分呈蛇形盘绕设置，可以在有限的空间内增加热交换的接触面积。

主冷却管路1与主冷却液箱5和主换热系统连通，主水泵2和节温器3及主水泵控制器4相连接，且主水泵2、节温器3及主水泵控制器4均安装在主冷却管路1上。主水泵2用于驱使主冷却管路1内的冷却液在主冷却液箱5和主换热系统之间循环流动。节温器3和主水泵控制器4相互配合，根据主冷却管路1内的冷却液温度，调节主水泵2的转速，以实现对主冷却管路1内冷却液流速的控制，同时也能够对电堆的工作温度进行调节。

主冷却管路1内的冷却液通过与电堆的热交换，将电堆产生的热量带离电堆，在流动至主换热系统时，通过主换热系统将热量带离。

主换热系统包括第一换热盘管6、第一换热水箱7、第一换热水泵8及换热水泵控制器9。

其中，第一换热盘管6与主冷却管路1连通，在主水泵2的作用下，冷却液在主冷却管路1、主冷却液箱5及第一换热盘管6之间循环流动。

第一换热盘管6置于第一换热水箱7的内部。第一换热水泵8与第一换热水箱7的进水管道连接，换热水泵控制器9与第一换热水泵8、电堆的温度传感器及检测系统连接。第一换热水泵8用于将船舶外部的水持续泵入第一换热水箱7的内部，以使得流经第一换热盘管6的冷却液能够与第一换热水箱7内部的水形成热交换，通过第一换热水箱7内的水将热量带出，起到对电堆的冷却效果。

需要说明的是，船舶外部的水指的是船舶行驶环境下的水，可以是江、河、湖泊或者大海中的水。

进一步的，第一换热水箱7顶部设置有若干个第一溢水口，当第一换热水箱7内的水位到达顶部时，第一换热水箱7内的水能够通过若干个第一溢水口溢出，持续不断的将交换得到的热量带离。

在其它一些实施例中，也可以将第一换热水箱7的空间设置的足够大，以此可以吸收更多的热量，或者，也可以在第一换热水箱7的内部设置液位传感器，当第一换热水箱7的内部水位达到一定高度后，将第一换热水箱7的水排除，以此达到将热量带离的目的。

更具体的，第一换热水泵8为自吸式船舶变频离心水泵。

其中，换热水泵控制器9根据电堆的出口温度、燃料电池系统的瞬时工况和功率输出值，调节第一换热水泵8的转速，以将电堆的工作温度控制在预设范围内。其中，电堆的出口温度由设置在电堆出口处的温度传感器获取，燃料电池系统的瞬时工况和功率输出值由燃料电池系统的检测系统检测获取，工作温度的预设范围在在70℃-80℃之间。

如图2所示，燃料电池系统的温度自动控制策略如下：

S1，燃料电池系统启动。

S2，持续监测并获取电堆的出口温度、燃料电池系统的瞬时工况和功率输出值。

S3，根据电堆的出口温度、燃料电池系统的瞬时工况和功率输出值，建立数学模型，对温度的升/降趋势做出预判，若温度出现上升趋势，则加大自吸式船舶变频离心水泵的转速，直至温度下降，若温度出现上升趋势，则降低自吸式船舶变频离心水泵的转速，直至温度上升，进而将温度波动范围控制在70℃-80℃之间。

通过燃料电池的温度自动控制策略、换热水泵控制器9及自吸式船舶变频离心水泵，可以实现将电堆的工作温度控制在预设范围内，使得电堆在工作时能够保持适宜的温度。

如图1所示，辅助冷却液系统包括辅助冷却管路10、辅助水泵11及辅助冷却液箱12。

辅助冷却管路10沿燃料电池系统除去电堆外其余部件的外周分布，用于将燃料电池系统除去电堆外其余部件产生的热量通过冷却液带离。其中，燃料电池系统除去电堆外其余部件包括空压机的中冷器、空压机、空压机控制器及DCDC本体等。辅助冷却管路10的部分结构还分布于主水泵2的外周，用于将主水泵2产生的热量通过冷却液带离。

辅助换热系统包括第二换热盘管13、第二换热水箱14和第二换热水泵15

辅助冷却管路10与辅助冷却液箱12和第二换热盘管13连接，辅助水泵11用于驱使冷却液在辅助冷却管路10、辅助冷却液箱12和第二换热盘管13之间循环流动。

第二换热盘管13置于第二换热水箱14内部。第二换热水泵15和第二换热水箱14连通，用于将船舶外部的水持续泵入第二换热水箱14的内部。

当辅助冷却管路10内的冷却液流经第二换热盘管13时，通过第二换热盘管13与第二换热水箱14内的水进行热交换，将冷却液的热量带出，从而实现将燃料电池系统中除去电堆外的其余部件及主水泵2的热量带出。

进一步的，第二换热水箱14顶部设置有若干个第二溢水口，当第二换热水箱14内的水位到达顶部时，第二换热水箱14内的水能够通过若干个第二溢水口溢出，持续不断的将交换得到的热量带离。

在其它的一些实施例中，如图3所示，第二换热水箱14也可以沿船舶的行驶方向前后分别设置有第二进水口和第二溢水口，将第二换热水箱14直接没入吃水线以下，以使得船舶外部的水顺着船舶的行驶方向进入第二换热水箱14和排出第二换热水箱14。再或者，在应用于一些水质较好的行驶环境中，也可以不设置第二换热水箱14，将第二换热盘管13直接置于船舶外部环境中，并且没入吃水线以下，使得流经第二换热盘管13的冷却液直接与船舶外部环境中的水进行热交换。

由于燃料电池的其它部件无需相对平稳的温度控制要求，具体的，第二换热水泵15可以选用船用自吸式普通离心水泵。

为了进一步的实现燃料电池系统的降噪，燃料电池系统的尾排处还设置有消音器16。

通过上述结构，一方面可以根据燃料电池系统的温度自动控制策略和自吸式船舶变频离心水泵，实现对电堆工作温度的控制，以使得电堆在较好工况下工作。另一方面，采用主循环冷却液系统、主换热系统、辅助冷却液系统及辅助换热系统，实现了对燃料电池系统的冷却，且相比于同功率的传统风冷散热系统，在体积上更小、冷却效率更高、具有更小的噪音，并且充分利用了船舶的工作环境，实现了良好的散热效果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，包括燃料电池系统、主循环冷却液系统及主换热系统；

所述主循环冷却液系统包括主冷却管路及主水泵；

所述主冷却管路沿燃料电池的电堆外周分布，用于将电堆产生的热量通过冷却液带离；

所述主水泵用于驱使主冷却管路内的冷却液循环流动；

所述主换热系统包括第一换热盘管、第一换热水箱及第一换热水泵；

所述第一换热水泵用于将船舶外部的水持续泵入第一换热水箱的内部；

所述第一换热盘管与主冷却管路连通且置于第一换热水箱内部；

所述主冷却管路流动至第一换热盘管内的冷却液通过与第一换热水箱内部的水进行热交换，将冷却液内的热量通过第一换热水箱内部的水带离主冷却管路。

2.根据权利要求1所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，还包括辅助冷却液系统和辅助换热系统；

所述辅助冷却液系统包括辅助冷却管路及辅助水泵；

所述辅助冷却管路沿燃料电池系统除去电堆外其余部件的外周分布，用于将燃料电池系统除去电堆外其余部件产生的热量通过冷却液带离；

所述辅助水泵用于驱使辅助冷却管路内的冷却液循环流动；

所述辅助换热系统包括第二换热盘管；

所述第二换热盘管与辅助冷却管路连接，所述辅助冷却管路流动至第二换热盘管的冷却液与第二换热盘管外部的水进行热交换，将冷却液内的热量通过第二换热盘管外部的水带离。

3.根据权利要求2所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述辅助换热系统还包括第二换热水箱和第二换热水泵；

所述第二换热盘管置于第二换热水箱的内部，第二换热水泵用于将船舶外部的水持续泵入第二换热水箱的内部。

4.根据权利要求1所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述主换热系统包括换热水泵控制器，所述第一换热水泵为自吸式船舶变频离心水泵，所述换热水泵控制器与所述第一换热水泵连接；

所述换热水泵控制器根据电堆的出口温度、燃料电池系统的瞬时工况和功率输出值，调节第一换热水泵的转速，以将电堆的工作温度控制在预设范围内。

5.根据权利要求1或4所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述主循环冷却液系统中还包括节温器和主水泵控制器，所述节温器、主水泵控制器和主水泵连接；

所述节温器和主水泵控制器配合，根据主冷却管路内的冷却液温度，调节主水泵的转速，以实现对主冷却管路内冷却液流速的控制。

6.根据权利要求1所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述主循环冷却液系统还包括主冷却液箱，所述主冷却管路和所述主冷却液箱连通；

通过所述主水泵，使得冷却液在主冷却液箱、主冷却管路及第一换热盘管之间循环流动。

7.根据权利要求1所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述第一换热水箱顶部设有第一溢出口；

所述第一换热水泵工作时，所述换热水箱内部的水从顶部的溢水口呈不断溢出状态。

8.根据权利要求2所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述辅助冷却液系统还包括辅助冷却液箱，所述辅助冷却管路和所述辅助冷却液箱连通；

通过所述辅助水泵，使得冷却液在辅助冷却液箱、辅助冷却管路及第二换热盘管之间循环流动。

9.根据权利要求1所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述燃料电池系统的尾排设置有消音器。

10.根据权利要求3所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述主冷却管路与电堆外周接触的部分呈蛇形盘绕设置。

11.根据权利要求3所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，第二换热水箱沿船舶行驶方向的前后分别设置有第二进水口和第二溢水口，以使得船舶外部的水相对第二换热水箱流入和流出。

12.根据权利要求2所述的船舶燃料电池的冷却系统，其特征在于，所述第二换热盘管直接置于船舶外部环境中，并且没入吃水线以下，使得流经第二换热盘管的冷却液直接与船舶外部环境中的水进行热交换。