[發明專利]一種燃料電池系統循環冷卻水裝置

有效

• 申請號: 201811240396.1
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109638312B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 王振;王兆聰;張海波;周琰;彭冰蓉
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H01M8/0267
• 分類號: H01M8/0267;H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04044;H01M8/04701;H01M8/04746;H01M8/04858
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種燃料電池系統循環冷卻水裝置，包括進行三級熱量傳遞和利用的純水循環支路、淡水循環支路和外部冷卻水循環支路；純水循環支路利用純水/淡水換熱器將熱量傳遞至淡水循環支路，淡水循環支路通過淡水加熱儲氫裝置和儲氧裝置，并將多余的熱量通過淡水/外部冷卻水換熱器傳遞至外部冷卻水循環支路；三級循環水可實現熱量層層傳遞；該裝置分級換熱、調節方便、熱量階梯利用，可有效提高系統能量綜合效率。

技術領域

本發明屬于能量再利用技術領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池系統的循環冷卻水裝置。

背景技術

不依賴空氣推進系統是指在不依賴外界的空氣也能提供推進動力和其他動力的能源系統。常規不依賴空氣推進系統主要利用自身攜帶的氧氣，為熱機或電化學發電裝置提供燃燒條件，完成能量轉換，提供航行所需的推進動力。不依賴空氣推進系統主要有燃料電池、熱氣機、閉式循環汽輪機、閉式循環柴油機共四類。

目前，國內外技術較為成熟、已進入實用階段的主要是燃料電池系統和斯特林熱氣機系統。相比而言，燃料電池系統主要有能量轉換效率高、系統振動和噪聲小、紅外輻射低性、反應物清潔等優勢。

不依賴空氣推進燃料電池系統一般包括質子交換膜燃料電池模塊、儲氫裝置、儲氧裝置、輔助裝置和監控裝置。在隔絕空氣的密閉空間中，儲氧裝置一般采用液氧集中儲存汽化技術；考慮到氫氣極易泄露，在密封環境內通常采用制氫或合金儲氫等安全性高的儲氫技術。

質子交換膜燃料電池模塊工作時會產生大量的熱量，同時液氧汽化需要一定的熱量，而且無論是金屬儲氫、甲醇重整制氫、有機液體脫氫也需要提供一定熱量。

為了滿足上述裝置的換熱需求，需要設計循環冷卻水裝置來傳遞熱量。

有的燃料電池系統循環冷卻水裝置針對每個設備單獨設計，循環冷卻水管路復雜；有的燃料電池系統循環冷卻水裝置雖然能夠針對每個設備的吸散熱特性系統設計，但換熱結構簡單，尚有進一步優化的空間。

發明內容

本發明的目的是充分利用燃料電池模塊放熱、儲氧裝置和儲氫裝置吸熱的特性，設計一種燃料電池系統循環冷卻水裝置，可以實現分級換熱，調節方便，熱量階梯利用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種燃料電池系統循環冷卻水裝置，包括進行三級熱量傳遞和利用的純水循環支路、淡水循環支路和外部冷卻水循環支路；所述的純水循環支路包括與質子交換膜燃料電池模塊出口連接的調壓膨脹水箱和去離子設備，所述的調壓膨脹水箱出水口連接有純水泵，所述的純水泵引出兩個支路，第一支路連接純水/淡水換熱器冷側入口，第二支路與質子交換膜燃料電池模塊進口連接，第二支路同時連接去離子設備，純水/淡水換熱器熱側出口與質子交換膜燃料電池模塊進口連接；所述的淡水循環支路包括儲水箱以及同時與儲水箱入水口連接的儲氫裝置和儲氧裝置，儲水箱通過淡水泵和流量傳感器連接的淡水/外部冷卻水換熱器熱側入口，淡水/外部冷卻水換熱器的冷側出口與純水/淡水換熱器介質入口連接，純水/淡水換熱器的介質出口通過溫度傳感器引出的三個支路，第一支路通過調節閥和流量傳感器連接儲氫裝置，第二支路通過第二調節閥和流量傳感器連接儲氧裝置，第三支路與儲水箱連接；所述的外部冷卻水循環支路包括同時與淡水/外部冷卻水換熱器的介質入口和介質出口連接的外部冷卻水裝置，所述的外部冷卻水裝置與淡水/外部冷卻水換熱器介質入口之間連接有入口調節閥。

所述的一種燃料電池系統循環冷卻水裝置，其淡水/外部冷卻水換熱器與純水/淡水換熱器之間連接有第一溫度傳感器。

所述的一種燃料電池系統循環冷卻水裝置，其調壓膨脹水箱與純水泵之間連接有第一壓力傳感器。

所述的一種燃料電池系統循環冷卻水裝置，其純水泵的兩個支路通過溫控閥引出。

進一步，所述純水泵的第二支路依次通過第一電導率傳感器、流量傳感器、第二溫度傳感器和第二壓力傳感器與質子交換膜燃料電池模塊進口連接。