[發明專利]氫空冷卻一體化機組及控制方法

在審

• 申請號: 202210408586.X
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114719558A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王少華
• 申請（專利權）人: 江蘇凌氫新能源科技有限公司
• 主分類號: F25D31/00
• 分類號: F25D31/00;F25D3/00;F25D17/02;F25D29/00;H01M8/04029;H01M8/04007;H01M8/0432;H01M8/04746
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本發明公開了一種氫空冷卻一體化機組及控制方法，包括制冷子系統、冷卻液循環子系統、空氣處理子系統和氫氣處理子系統；啟動時，依次為冷卻液循環泵、壓縮機、第二電磁閥，冷卻液循環泵將冷卻液存入蓄冷水箱，再開啟空氣冷卻液泵、氫氣冷卻液泵，在供口的管路上分別監測送風的流量溫度T1、T2；設定T1、T2的目標值，調節空氣冷卻液泵的運行頻率、空氣換熱器進口閥門開度和氫氣冷卻液泵的運行頻率、氫氣換熱器進口閥門開度，使T1、T2的監測值到達空氣溫度目標值；通過制冷子系統制取低溫冷卻液，冷卻液循環子系統分別提供給供燃料電池的空氣和氫氣，通過調節供入空氣換熱器及氫氣換熱器內冷卻液流量的方式，實現空氣及氫氣溫度的獨立調節控制。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池測試技術領域，更具體地說，它涉及一種用于燃料電池供氣調節的氫空冷卻一體化機組及控制方法。

背景技術

燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，又稱電化學發電器，是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之后的第四種發電技術。燃料電池可以按照等溫的電化學方式，直接將化學能轉化為電能而不必經過熱機過程，不受卡諾循環限制，因而能量轉化效率高，且具有無噪音、無污染、更安全的特點，是最有發展前途的發電技術。其中，氫燃料電池作為最熱門的研究對象，其工作原理是：將氫氣送到氫燃料電池的陽極板，經過催化劑的作用，氫原子中的一個電子被分離出來；失去電子的氫離子穿過質子交換膜，到達氫燃料電池陰極板，而不能通過質子交換膜的電子只能經外部電路，到達氫燃料電池陰極板，從而在外電路中產生電流；到達陰極板的電子與氧原子和氫離子重新結合為水。由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫同時給陰極板供應空氣，并及時把生成的水帶走，就可以不斷地提供電能。

氫燃料電池中通常會設置多個電堆組件，以增大電池的輸出功率。氫燃料電池反應時需要向電堆組件中通入氫氣與空氣作為原料。因為空氣和氫氣來源不同，以及試驗時空氣及氫氣會采用不同溫度試驗的原因，目前對燃料電池電堆及燃料電池系統的環境測試試驗中，通常是將供氫氣和供空氣采用不同的機組進行冷卻調溫，一臺氫氣預冷機組和一臺空氣冷卻機組，實現空氣和氫氣溫度的獨立調節和控制。這種配備兩臺機組的方法，不僅增加了初投資的費用，還增加了后期測試費用和維護保養費用。因此，考慮燃料電池電堆或系統的測試成本和效率，如何克服現有空氣和氫氣獨立機組的問題是業界亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供解決上述問題的一種氫空冷卻一體化機組及控制方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種氫空冷卻一體化機組，包括

制冷子系統，用于制取低溫冷卻液；

冷卻液循環子系統，用于分別提供給供燃料電池的空氣和氫氣，實現空氣及氫氣溫度的獨立調節控制；

空氣處理子系統，用于過濾空氣中的雜質和濕度；

氫氣處理子系統，用于單向、定量補給氫氣。

本發明進一步設置為：所述制冷子系統包括冷凝器、油分離器、壓縮機、氣液分離器、蒸發器、膨脹閥、第一電磁閥、經濟器、熱力膨脹閥、第二電磁閥、干燥過濾器、儲液器、單向閥、過濾器及第三電磁閥；

其中，制冷劑經由管路依次通過壓縮機、油分離器、冷凝器、儲液器、干燥過濾器，經濟器、第一電磁閥、膨脹閥、蒸發器、氣液分離器后又回到壓縮機形成制冷回路；

其中，經過干燥過濾器的制冷劑分兩路，一路流經經濟器、第一電磁閥、膨脹閥、蒸發器、氣液分離器后回到壓縮機；另一路流經第二電磁閥、熱力膨脹閥、經濟器后，由管路連接壓縮機上的中部吸氣口；

所述壓縮機的出口與蒸發器的進口之間設有旁通管路，所述第三電磁閥安裝在該旁通管理上，用于在低負荷時開通第三電磁閥進行熱氣旁通。