CN221008992U - 用于燃料电池测试台的换热系统以及燃料电池测试台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料电池测试台的换热系统以及燃料电池测试台，换热系统包括：第一介质存储罐和第二介质存储罐均用于存储换热介质；三通节温阀和混合罐，三通节温阀具有第一介质进口、第二介质进口和介质出口；换热器，换热器具有连通的第一进口和第一出口，第一进口适于与燃料电池的电堆出口连通，第一出口与第二介质存储罐连通。通过三通节温阀调节流出第一介质存储罐和流出第二介质存储罐内的换热介质流量，使合适比例流量的换热介质流入混合罐，换热介质在混合罐内混合为合适的进堆温度，有利于温度的调节控制，减少热量的流失，节约了温度调控时长，降低了调温能耗，进而实现提高电堆换热效率的同时降低调温成本。

Description

用于燃料电池测试台的换热系统以及燃料电池测试台

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其是涉及一种用于燃料电池测试台的换热系统以及燃料电池测试台。

背景技术

相关技术中，使用燃料电池测试台对燃料电池进行相关测试，燃料电池测试台具有换热系统，电堆换热出来的高温换热介质经过换热系统的降温板换之后，将水温降到低于下一工况的入堆温度，再经过水箱里的电加热将换热介质加热到工况需要的温度。高温换热介质降温后再升温进入下一工况的方式，导致换热介质的温差较大，从而需要采用更多的电加热使换热介质温度升高，耗能增多，而且不利于入堆温度的调节控制，调节时间增长。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种用于燃料电池测试台的换热系统，减少了热量的流失，节约了温度调控时长，降低了调温能耗。

本实用新型进一步地提出了一种燃料电池测试台。

根据本实用新型实施例的换热系统，包括：第一介质存储罐和第二介质存储罐，第一介质存储罐和第二介质存储罐均用于存储换热介质，第一介质存储罐内的换热介质温度高于第二介质存储罐内的换热介质温度；三通节温阀和混合罐，三通节温阀具有第一介质进口、第二介质进口和介质出口，第一介质进口与第一介质存储罐连通，第二介质进口与第二介质存储罐连通，介质出口与混合罐连通，混合罐还适于与燃料电池的电堆入口连通；换热器，换热器具有连通的第一进口和第一出口，第一进口适于与燃料电池的电堆出口连通，第一出口与第二介质存储罐连通。

根据本实用新型实施例的换热系统，通过三通节温阀调节流出第一介质存储罐和流出第二介质存储罐内的换热介质流量，使合适比例流量的换热介质流入混合罐，换热介质在混合罐内混合为合适的进堆温度，有利于温度的调节控制，减少热量的流失，节约了温度调控时长，降低了调温能耗，进而实现提高电堆换热效率的同时降低调温成本。

在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括：第一温度控制器，第一温度控制器用于检测混合罐内换热介质温度，第一温度控制器被配置为根据检测的温度信息控制三通节温阀的开度。

在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括：第二温度控制器和第三温度控制器，第二温度控制器用于检测第一介质存储罐内换热介质温度，第三温度控制器用于检测第二介质存储罐内换热介质温度。

在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括：第一泵体，第一泵体连接在第一介质进口和第一介质存储罐之间，第一泵体用于将第一介质存储罐内的换热介质泵入第一介质进口。

在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括：第二泵体，第二泵体连接在第一出口和第二介质存储罐之间。

在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括：第一连通管路和第二连通管路，第一连通管路连通介质出口和混合罐，第二连通管路连通混合罐和电堆入口，第一连通管路的外侧和/或第二连通管路的外侧设有保温层。

在本实用新型的一些实施例中，保温层构造为保温棉层。

在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括：加热器，加热器具有加热器进口和加热器出口，加热器进口适于与介质源连通，加热器出口与第一介质存储罐连通。

在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括：制冷机和第三泵体，制冷机和第三泵体串联连接，换热器还具有连通的第二进口和第二出口，第二进口与第三泵体连通，第二出口与制冷机连通。

根据本实用新型实施例的燃料电池测试台，包括上述的燃料电池测试台的换热系统。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的换热系统原理图。

附图标记：

换热系统100；

第一介质存储罐1；

第二介质存储罐2；

三通节温阀3；

第一介质进口301；第二介质进口302；介质出口303；

混合罐4；

燃料电池5；

电堆入口501；电堆出口502；

换热器6；

第一进口601；第一出口602；

第二进口603；第二出口604；

第一温度控制器7；

第二温度控制器8；

第三温度控制器9；

介质源10；

第一泵体11；

第二泵体12；

第三泵体13；

第一连通管路14；

第二连通管路15；

加热器16；

加热器进口161；加热器出口162；

制冷机17；

介质补充口18；

保温层19。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1描述根据本实用新型实施例的换热系统100。

如图1所示，根据本实用新型实施例的换热系统100，包括：第一介质存储罐1和第二介质存储罐2，第一介质存储罐1和第二介质存储罐2均用于存储换热介质，第一介质存储罐1内的换热介质温度高于第二介质存储罐2内的换热介质温度；三通节温阀3和混合罐4，三通节温阀3具有第一介质进口301、第二介质进口302和介质出口303，第一介质进口301与第一介质存储罐1连通，第二介质进口302与第二介质存储罐2连通，介质出口303与混合罐4连通，混合罐4还适于与燃料电池5的电堆入口501连通；换热器6，换热器6具有连通的第一进口601和第一出口602，第一进口601适于与燃料电池5的电堆出口502连通，第一出口602与第二介质存储罐2连通。

其中，换热系统100包括第一介质存储罐1和第二介质存储罐2，第一介质存储罐1和第二介质存储罐2均用于存储换热介质，换热介质用于与燃料电池5的电堆换热，换热介质可以为液态的换热介质，也可以为气态的换热介质。第一介质存储罐1内的换热介质温度较高，第二介质存储罐2内的换热介质温度较低，第一介质存储罐1内的换热介质温度高于第二介质存储罐2内的换热介质温度。换热系统100还包括三通节温阀3和混合罐4，三通节温阀3可以选择T形三通或者Y形三通，三通节温阀3用于三条相同或不同的管道汇流处，三通节温阀3可以通过改变介质流动方向实现分流或汇流的作用。在本申请中，三通节温阀3具有两个介质进口和一个介质出口303，具有汇流作用，通过调节三通节温阀3的两个介质进口开度，可以实现对换热介质流量的控制。两个介质进口分别为第一介质进口301、第二介质进口302，第一介质进口301与第一介质存储罐1连通，第一介质存储罐1内的换热介质可以通过第一介质进口301流至三通节温阀3，第二介质进口302与第二介质存储罐2连通，第二介质存储罐2内的换热介质可以通过第二介质进口302流至三通节温阀3。通过调节三通节温阀3的第一介质进口301和第二介质进口302的开度，可以控制第一介质存储罐1和第二介质存储罐2内不同温度的换热介质以合适的比例经过三通节温阀3，三通节温阀3的介质出口303与混合罐4连通，第一介质存储罐1内的换热介质和第二介质存储罐2内的换热介质分别通过第一介质进口301、第二介质进口302流入三通节温阀3，再通过三通节温阀3的介质出口303流入混合罐4，具有合适比例的不同温度换热介质在混合罐4内充分混合，以实现换热介质达到合适进堆温度的效果，有利于换热介质温度的快速调节控制，进而有利于提高电堆的换热效率。

混合罐4还与燃料电池5的电堆入口501连通，混合罐4内合适温度的换热介质通过燃料电池5的电堆入口501流入电堆，换热介质与电堆进行换热，有利于燃料电池5在适宜温度下的正常工作。换热系统100还包括换热器6，换热器6具有连通的第一进口601和第一出口602，第一进口601适于与燃料电池5的电堆出口502连通，第一出口602与第二介质存储罐2连通，换热介质通过第一进口601流入换热器6，换热介质可以在换热器6内与制冷介质进行对流换热，换热后低温的换热介质通过第一出口602流出换热器6并继续流回第二介质存储罐2，实现换热介质的循环。

具体地，当燃料电池5需要换热时，通过调节三通节温阀3的第一介质进口301和第二介质进口302开度，控制第一介质存储罐1和第二介质存储罐2内不同温度换热介质的配比，不同温度的换热介质通过三通节温阀3的介质出口303汇流入混合罐4，换热介质在混合罐4内充分混合达到合适的温度，实现对电堆入口501温度的调节控制，当燃料电池5电堆的入堆温度低于设定温度时，三通节温阀3的第一介质进口301开度增大，第二介质进口302开度减小，换热介质的入堆温度升高至设定温度时停止调节三通节温阀3，当燃料电池5电堆的入堆温度高于设定温度时，三通节温阀3的第一介质进口301开度减小，第二介质进口302开度增大，换热介质的入堆温度降低至设定温度时停止调节三通节温阀3。通过调节三通节温阀3的第一介质进口301和第二介质进口302开度有利于换热介质快速达到设定温度，节省调温时间，进而提高电堆的换热效率。

由此，通过三通节温阀3调节流出第一介质存储罐1和流出第二介质存储罐2内的换热介质流量，使合适比例流量的换热介质流入混合罐4，换热介质在混合罐4内混合为合适的进堆温度，有利于温度的调节控制，减少热量的流失，节约了温度调控时长，降低了调温能耗，进而实现提高电堆换热效率的同时降低调温成本。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，换热系统100还可以包括：第一温度控制器7，第一温度控制器7用于检测混合罐4内换热介质温度，第一温度控制器7被配置为根据检测的温度信息控制三通节温阀3的开度。

其中，换热系统100还可以包括第一温度控制器7，第一温度控制器7用于检测混合罐4内换热介质温度，第一温度控制器7可以根据检测到的混合罐4内换热介质的温度信息调节控制三通节温阀3的第一介质进口301和第二介质进口302开度。当第一温度控制器7检测到混合罐4内的换热介质温度低于设定的进堆温度时，第一温度控制器7控制三通节温阀3的第一介质进口301开度增大，第二介质进口302开度减小，直至第一温度控制器7检测到混合罐4内换热介质的温度升高至设定的进堆温度时，第一温度控制器7停止调节三通节温阀3。当第一温度控制器7检测到混合罐4内的换热介质温度高于设定的进堆温度时，第一温度控制器7控制三通节温阀3的第一介质进口301开度减小，第二介质进口302开度增大，直至第一温度控制器7检测到混合罐4内换热介质的温度降低至设定的进堆温度时，第一温度控制器7停止调节三通节温阀3。第一温度控制器7通过调节三通节温阀3的开度有利于换热介质快速达到设定温度，节省时间成本，进而提高电堆的换热效率。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，换热系统100还可以包括：第二温度控制器8和第三温度控制器9，第二温度控制器8用于检测第一介质存储罐1内换热介质温度，第三温度控制器9用于检测第二介质存储罐2内换热介质温度。

其中，换热系统100还可以包括第二温度控制器8和第三温度控制器9，第二温度控制器8实时监测来自第一介质存储罐1的高温换热介质温度，第三温度控制器9实时监测来自第二介质存储罐2的低温换热介质温度，通过第二温度控制器8和第三温度控制器9检测到的实时温度，第一温度控制器7可以更加准确地控制三通节温阀3的第一介质进口301和第二介质进口302开度，使第一介质存储罐1的高温换热介质和第二介质存储罐2的低温换热介质以更加适宜的比例汇流入混合罐4，使换热介质快速达到设定温度，进一步地节省时间成本，进而进一步地提高电堆的换热效率。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，换热系统100还可以包括：第一泵体11，第一泵体11连接在第一介质进口301和第一介质存储罐1之间，第一泵体11用于将第一介质存储罐1内的换热介质泵入第一介质进口301。

其中，换热系统100还可以包括第一泵体11，第一泵体11连接在第一介质进口301和第一介质存储罐1之间，当燃料电池5需要换热时，第一温度控制器7控制第一介质进口301开启，第一泵体11工作，将第一介质存储罐1内的高温换热介质泵入第一介质进口301，第一泵体11驱动第一介质存储罐1内的高温换热介质流动，便于高温换热介质流至三通节温阀3后进入混合罐4，在混合罐4内达到适宜的进堆温度，进而实现对换热介质温度的调节。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，换热系统100还可以包括：第二泵体12，第二泵体12连接在第一出口602和第二介质存储罐2之间。

其中，换热系统100还可以包括第二泵体12，第二泵体12连接在第一出口602和第二介质存储罐2之间，当燃料电池5需要换热时，第二泵体12工作，与电堆完成换热后的换热介质会流过第一进口601，在换热器6内进行换热，第二泵体12可以继续驱动换热介质流动，便于换热器6内换热后的的低温换热介质经过第一出口602后流回第二介质存储罐2，低温换热介质在第二介质存储罐2内继续下一循环的换热，实现换热介质的循环，减少换热过程中的调温能耗，进而实现提高电堆换热效率的同时降低调温成本。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，换热系统100还可以包括：第一连通管路14和第二连通管路15，第一连通管路14连通介质出口303和混合罐4，第二连通管路15连通混合罐4和电堆入口501，第一连通管路14的外侧和/或第二连通管路15的外侧设有保温层19。

其中，换热系统100还可以包括第一连通管路14和第二连通管路15，第一连通管路14连通介质出口303和混合罐4，换热介质流出介质出口303后，通过第一连通管路14流入混合罐4，便于换热介质顺利流入混合罐4并进行充分混合，有利于换热介质达到合适的进堆温度。第二连通管路15连通混合罐4和电堆入口501，达到合适进堆温度的换热介质流出混合罐4后，通过第二连通管路15流至电堆入口501，便于换热介质从电堆入口501进入与电堆发生换热反应。第一连通管路14的外侧设有保温层19或第二连通管路15的外侧设有保温层19，或者第一连通管路14的外侧和第二连通管路15的外侧均设有保温层19，本申请以第一连通管路14的外侧和第二连通管路15的外侧均设有保温层19为例进行说明，如此设置有利于减少换热介质在第一连通管路14和第二连通管路15内流动时的热量流失，减少调温能耗，降低换热介质在第一连通管路14和第二连通管路15内流动过程中，因热量流失导致进堆温度低于预设温度的风险，进而降低燃料电池5因长期换热不充分导致寿命降低甚至爆炸风险，有利于燃料电池5换热的稳定性和安全性。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，保温层19可以构造为保温棉层。其中，保温层19可以构造为保温棉层、铝箔保温层或玻璃棉，本申请以保温层19构造为保温棉层为例进行说明，保温棉层是一种高效绝热材料，保温棉层具有重量轻、抗氧化、成本低、导热率低、柔软性好等特点。通过设置保温棉层，减少换热介质在第一连通管路14和第二连通管路15内流动时的热量流失，降低换热介质在第一连通管路14和第二连通管路15内流动过程中，因热量流失导致进堆温度低于预设温度的风险，还可以节约换热系统100的生产成本，提高换热系统100的经济性。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，换热系统100还可以包括：加热器16，加热器16具有加热器进口161和加热器出口162，加热器进口161适于与介质源10连通，加热器出口162与第一介质存储罐1连通。

其中，换热系统100还可以包括加热器16，加热器16用于加热换热介质，加热器16具有加热器进口161和加热器出口162，加热器进口161与介质源10连通，加热器出口162与第一介质存储罐1连通。当燃料电池5需要换热时，换热介质从介质源10流出，通过加热器进口161进入加热器16，换热介质在加热器16内加热为高温换热介质，加热后的换热介质通过加热器出口162流入第一介质存储罐1，高温换热介质储存在第一介质存储罐1内等待换热，当第一介质存储罐1内的高温换热介质不足时，也可以通过介质源10补充换热介质，有利于换热系统100的持续性工作，进而保证燃料电池5换热的稳定性。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，换热系统100还可以包括：制冷机17和第三泵体13，制冷机17和第三泵体13串联连接，换热器6还具有连通的第二进口603和第二出口604，第二进口603与第三泵体13连通，第二出口604与制冷机17连通。

其中，换热系统100还可以包括制冷机17和第三泵体13，制冷机17用于制冷换热介质，制冷机17和第三泵体13串联连接，第三泵体13为制冷后的换热介质提供动力。换热器6还具有连通的第二进口603和第二出口604，第二进口603与第三泵体13连通，第二出口604与制冷机17连通，第三泵体13驱动制冷后的换热介质通过第二进口603流入换热器6，与电堆换热后的高温换热介质通过第一进口601流入换热器6，制冷后的换热介质和与电堆换热后的高温换热介质进行对流换热，对与电堆换热后的高温换热介质进行降温，降温后的高温换热介质温度降低，并通过第一出口602流出，回流至第二介质存储罐2，等待下一次的换热循环。制冷后的换热介质进行换热后温度升高，并通过第二出口604流回至制冷机17制冷，等待下一次的降温板换。如此设置可以持续向第二介质存储罐2内补充低温换热介质，有利于换热介质的制冷循环，节约温度调控时长，进而实现电堆换热效率的提高。

需要说明的是，第二介质存储罐2可以设置有介质补充口18，当第二介质存储罐2内的低温换热介质不足时，可以开启介质补充口18，向第二介质存储罐2内补充低温换热介质，有利于第二介质存储罐2内低温换热介质的可持续供应，进而有利于换热系统100的持续性工作，进一步地提高燃料电池5换热的稳定性。

根据本实用新型实施例的燃料电池测试台，包括上述实施例的燃料电池测试台的换热系统100。通过三通节温阀3调节流出第一介质存储罐1和流出第二介质存储罐2内的换热介质流量，使合适比例流量的换热介质流入混合罐4，换热介质在混合罐4内混合为合适的进堆温度，有利于温度的调节控制，减少热量的流失，节约了温度调控时长，降低了调温能耗，进而实现提高电堆换热效率的同时降低调温成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，包括：

第一介质存储罐和第二介质存储罐，所述第一介质存储罐和所述第二介质存储罐均用于存储换热介质，所述第一介质存储罐内的换热介质温度高于所述第二介质存储罐内的换热介质温度；

三通节温阀和混合罐，所述三通节温阀具有第一介质进口、第二介质进口和介质出口，所述第一介质进口与所述第一介质存储罐连通，所述第二介质进口与所述第二介质存储罐连通，所述介质出口与所述混合罐连通，所述混合罐还适于与所述燃料电池的电堆入口连通；

换热器，所述换热器具有连通的第一进口和第一出口，所述第一进口适于与所述燃料电池的电堆出口连通，所述第一出口与所述第二介质存储罐连通。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，还包括：第一温度控制器，所述第一温度控制器用于检测所述混合罐内换热介质温度，所述第一温度控制器被配置为根据检测的温度信息控制所述三通节温阀的开度。

3.根据权利要求2所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，还包括：第二温度控制器和第三温度控制器，所述第二温度控制器用于检测所述第一介质存储罐内换热介质温度，所述第三温度控制器用于检测所述第二介质存储罐内换热介质温度。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，还包括：第一泵体，所述第一泵体连接在所述第一介质进口和所述第一介质存储罐之间，所述第一泵体用于将所述第一介质存储罐内的换热介质泵入第一介质进口。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，还包括：第二泵体，所述第二泵体连接在所述第一出口和所述第二介质存储罐之间。

6.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，还包括：第一连通管路和第二连通管路，所述第一连通管路连通所述介质出口和所述混合罐，所述第二连通管路连通所述混合罐和所述电堆入口，所述第一连通管路的外侧和/或所述第二连通管路的外侧设有保温层。

7.根据权利要求6所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，所述保温层构造为保温棉层。

8.根据权利要求1所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，还包括：加热器，所述加热器具有加热器进口和加热器出口，所述加热器进口适于与介质源连通，所述加热器出口与所述第一介质存储罐连通。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于燃料电池测试台的换热系统，其特征在于，还包括：制冷机和第三泵体，所述制冷机和所述第三泵体串联连接，所述换热器还具有连通的第二进口和第二出口，所述第二进口与所述第三泵体连通，所述第二出口与所述制冷机连通。

10.一种燃料电池测试台，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的用于燃料电池测试台的换热系统。