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CN114927719A - 一种用于氢燃料电池的恒温调控装置 - Google Patents

一种用于氢燃料电池的恒温调控装置 Download PDF

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CN114927719A CN202210729513.0A CN202210729513A CN114927719A CN 114927719 A CN114927719 A CN 114927719A CN 202210729513 A CN202210729513 A CN 202210729513A CN 114927719 A CN114927719 A CN 114927719A
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田乾
吴朝阳
陈原
郑源
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程海正
王得文
卢毅
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Abstract

本发明属于氢能发电技术领域，公开了一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，包括：燃料电池本体、恒温换热装置和保温座。本发明所设计的氢燃料电池的恒温装置，能够通过恒温换热装置和保温座有效的实现对原料的加热和对设备的保温，还能够实现利用氢燃料电池反应后产生的废水废气中的热量维持自身温度稳定，提高了燃料电池所产生能量的利用效率，尤其是能够保障氢燃料电池在低温严寒环境中依然能够正常的运作，极大的拓展了氢燃料电池能够应用的范围。

Description

一种用于氢燃料电池的恒温调控装置
技术领域
本发明涉及氢能发电技术领域，具体为一种用于氢燃料电池的恒温调控装置。
背景技术
氢气在氧气中燃烧将会释放大量的能量，并且燃烧产物只有水，属于无污染的清洁能源，而且由于氢气热值远高于天然气，因此使用氢能来取代现有的天然气等化石燃料已经成为了一种趋势。为了更合理的安全利用氢能，现有的氢气主要以氢燃料电池的形式为汽车等产品进行供能，但是氢燃料电池的工作温度范围较小，难以在严寒或者酷热环境中使用，这就导致现阶段氢燃料电池应用领域较少，应用区域也受限，这就造成了氢能难以有效的作为清洁能源推广并替换掉现有的化石燃料，不利于改善我国的能源结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，该装置能够有效的实现对氢燃料电池进行保温和恒温。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，该恒温调控装置包括：
燃料电池本体，所述燃料电池本体的前端设置有用于提供原料的进氢管和进氧管，且燃料电池本体的后端设置有用于排出废气废液的排气管和排液管，所述排气管上通过第一配流阀连接有配气管，且排液管上通过第二配流阀安装有配流管；
恒温换热装置，所述恒温散热装置由串联的进流座、复合管和排流座组成，且复合管的中心处设置有与循环冷却器的进出口相连的冷却流道，所述冷却流道内设置有主导热片，且进流座和排流座上设置有与主导热片相连的第一加热器，所述进流座上开设有进气口、进流口和进液口，且排流座上开设有有排流口、排液口和排气口，所述进气口与配气管相连，且进液口与配流管相连，所述进流口与外部供氢或者供氧设备相连，且排流口与进氢管或者进氧管相连，所述复合管内设置有用于连接进气口和排气口的废气流道，且复合管内设置有用于连接进液口和排液口的废流流道，所述复合管内设置有用于连接进流口和排流口的原料流道，且进流口和排流口上均设置有第一温度检测传感器；
保温座，所述保温座卡紧在燃料电池本体外壁，且保温座上固定安装有控制器和蓄电池，所述控制器通过电缆分别与蓄电池、第一配流阀、第二配流阀、第一加热器、第一温度检测传感器和循环冷却器电性连接。
优选的，所述原料流道以螺旋形贴合缠绕在冷却流道上，且废气流道和废液流道以螺旋形贴合缠绕在原料流道的外侧。
优选的，所述控制器为S7-200型PLC控制器，且第一加热器为电加热器。
优选的，所述保温座包括壳体，且壳体的内侧固定有与燃料电池本体贴合的均温贴合板，所述均温贴合板与壳体之间形至少三个环绕均温贴合板的导流腔，且导流腔内设置有与均温贴合板连接的散热片，所述均温贴合板上固定安装有辅助导热片，且壳体上固定安装有与辅助导热片连接的第二加热器，所述第二加热器与控制器电性连接，且导流腔的左右两侧分别连接循环冷却器的进出口，所述壳体上固定安装有插入导流腔的第二温度检测传感器，且第二温度检测传感器与控制器电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所设计的氢燃料电池的恒温装置，能够通过恒温换热装置和保温座有效的实现对原料的加热和对设备的保温，还能够实现利用氢燃料电池反应后产生的废水废气中的热量维持自身温度稳定，提高了燃料电池所产生能量的利用效率，尤其是能够保障氢燃料电池在低温严寒环境中依然能够正常的运作，极大的拓展了氢燃料电池能够应用的范围，因此具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构的侧视图；
图3为本发明复合管的内部结构示意图；
图4为本发明复合管的内部结构剖视图；
图5为本发明保温座的结构示意图；
图6为本发明保温座的结构剖视图。
图中：1、燃料电池本体；2、进氢管；3、恒温换热装置；311、进气口；312、进流口；313、进流座；314、进液口；321、排流口；322、排液口；323、排气口；324、排流座；331、复合管；332、废液流道；333、废气流道；334、原料流道；335、冷却流道；336、主导热片；4、保温座；401、辅助导热片；402、散热片；403、导流腔；404、均温贴合板；405、壳体；5、蓄电池；6、循环冷却器；7、第二加热器；8、第二温度检测传感器；9、排气管；10、第一配流阀；11、配气管；12、排液管；13、第二配流阀；14、配流管；15、控制器；16、第一加热器；17、第一温度检测传感器；18、进氧管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，该恒温调控装置包括：
燃料电池本体1，请参阅图1和图2，燃料电池本体1的前端设置有用于提供原料的进氢管2和进氧管18，且燃料电池本体1的后端设置有用于排出废气废液的排气管9和排液管12，排气管9上通过第一配流阀10连接有配气管11，且排液管12上通过第二配流阀13安装有配流管14；
恒温换热装置3，请参阅图1至图5，恒温散热装置4由串联的进流座313、复合管331和排流座324组成，且复合管331的中心处设置有与循环冷却器6的进出口相连的冷却流道335，冷却流道335内设置有主导热片336，且进流座313和排流座324上设置有与主导热片336相连的第一加热器16，进流座313上开设有进气口311、进流口312和进液口314，且排流座324上开设有有排流口321、排液口322和排气口323，进气口311与配气管11相连，且进液口314与配流管14相连，进流口312与外部供氢或者供氧设备相连，且排流口321与进氢管2或者进氧管18相连，复合管331内设置有用于连接进气口311和排气口323的废气流道333，且复合管1内设置有用于连接进液口314和排液口322的废流流道332，复合管331内设置有用于连接进流口312和排流口321的原料流道334，且进流口312和排流口321上均设置有第一温度检测传感器17，原料流道334以螺旋形贴合缠绕在冷却流道335上，且废气流道333和废液流道332以螺旋形贴合缠绕在原料流道334的外侧；
保温座4，请参阅图1、图2、图5和图6，保温座4卡紧在燃料电池本体1外壁，且保温座4上固定安装有控制器15和蓄电池5，控制器15通过电缆分别与蓄电池5、第一配流阀10、第二配流阀13、第一加热器16、第一温度检测传感器17和循环冷却器6电性连接，控制器15为S7-200型PLC控制器，且第一加热器16为电加热器；
请参阅图6，保温座4包括壳体405，且壳体405的内侧固定有与燃料电池本体1贴合的均温贴合板404，均温贴合板404与壳体405之间形至少三个环绕均温贴合板404的导流腔403，且导流腔403内设置有与均温贴合板404连接的散热片402，均温贴合板404上固定安装有辅助导热片401，且壳体405上固定安装有与辅助导热片401连接的第二加热器7，第二加热器7与控制器15电性连接，且导流腔403的左右两侧分别连接循环冷却器6的进出口，壳体405上固定安装有插入导流腔403的第二温度检测传感器8，且第二温度检测传感器8与控制器15电性连接。
工作原理：该装置采用了恒温换热装置3对向燃料电池本体1内运送的氢气和氧气进行恒温调控，同时利用保温座4对燃料电池本体1直接进行恒温调控，其中位于保温座4左侧的恒温换热装置B中的原料流道334用于运送氢气，位于保温座4右侧的恒温换热装置A中的原料流道334用于运送氧气。当燃料电池本体1需要工作时，控制器15首先通过第一温度检测传感器17和第二温度检测传感器8检测相应位置处的温度，当温度低于预设温度时，将会利用第一加热器16对复合管331内部进行加热，利用第二加热器7对保温座4内部进行加热，从而使设备整体恢复至合适的工作温度；当检测到温度低于预设温度时，控制器15通过循环冷却器6向导流腔403和冷却流道335内循环输送冷却气流，从而使设备整体恢复至合适的工作温度。当设备整体恢复至合适温度后，氢气和氧气即可通过外部设备送入相应的原料流道334内，随后被送入燃料电池本体1内进行反应，反应所产生的废气和水将分别通过排气管9和排液管12排出；如果此时设备需要通过第一加热器16和第二加热器7维持温度，则第一配流阀10和第二配流阀13将会将部分废气和废水通过配气管11和配流管14送入相应的废气流道333和废液流道332内，从而利用废气和废水内残余的热量来取代第一加热器16对原料进行加热，从而有效的维持设备整体处于适宜的工作温度中正常的工作，而进入复合管331内的废气和废水最终则从排气口323和排液口322被排出。通过这种方法不仅能够有效的提高了水氢燃料电池所产生的废气废水中热量的回收效率，而且还能够有效的稳定设备的工作温度，尤其是能够保障氢燃料电池在低温严寒环境中依然能够正常的运作，极大的拓展了氢燃料电池能够应用的范围，因此具有很高的实用价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，其特征在于，该恒温调控装置包括：
燃料电池本体(1)，所述燃料电池本体(1)的前端设置有用于提供原料的进氢管(2)和进氧管(18)，且燃料电池本体(1)的后端设置有用于排出废气废液的排气管(9)和排液管(12)，所述排气管(9)上通过第一配流阀(10)连接有配气管(11)，且排液管(12)上通过第二配流阀(13)安装有配流管(14)；
恒温换热装置(3)，所述恒温散热装置(4)由串联的进流座(313)、复合管(331)和排流座(324)组成，且复合管(331)的中心处设置有与循环冷却器(6)的进出口相连的冷却流道(335)，所述冷却流道(335)内设置有主导热片(336)，且进流座(313)和排流座(324)上设置有与主导热片(336)相连的第一加热器(16)，所述进流座(313)上开设有进气口(311)、进流口(312)和进液口(314)，且排流座(324)上开设有有排流口(321)、排液口(322)和排气口(323)，所述进气口(311)与配气管(11)相连，且进液口(314)与配流管(14)相连，所述进流口(312)与外部供氢或者供氧设备相连，且排流口(321)与进氢管(2)或者进氧管(18)相连，所述复合管(331)内设置有用于连接进气口(311)和排气口(323)的废气流道(333)，且复合管(1)内设置有用于连接进液口(314)和排液口(322)的废流流道(332)，所述复合管(331)内设置有用于连接进流口(312)和排流口(321)的原料流道(334)，且进流口(312)和排流口(321)上均设置有第一温度检测传感器(17)；
保温座(4)，所述保温座(4)卡紧在燃料电池本体(1)外壁，且保温座(4)上固定安装有控制器(15)和蓄电池(5)，所述控制器(15)通过电缆分别与蓄电池(5)、第一配流阀(10)、第二配流阀(13)、第一加热器(16)、第一温度检测传感器(17)和循环冷却器(6)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，其特征在于：所述原料流道(334)以螺旋形贴合缠绕在冷却流道(335)上，且废气流道(333)和废液流道(332)以螺旋形贴合缠绕在原料流道(334)的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，其特征在于：所述控制器(15)为S7-200型PLC控制器，且第一加热器(16)为电加热器。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池的恒温调控装置，其特征在于：所述保温座(4)包括壳体(405)，且壳体(405)的内侧固定有与燃料电池本体(1)贴合的均温贴合板(404)，所述均温贴合板(404)与壳体(405)之间形至少三个环绕均温贴合板(404)的导流腔(403)，且导流腔(403)内设置有与均温贴合板(404)连接的散热片(402)，所述均温贴合板(404)上固定安装有辅助导热片(401)，且壳体(405)上固定安装有与辅助导热片(401)连接的第二加热器(7)，所述第二加热器(7)与控制器(15)电性连接，且导流腔(403)的左右两侧分别连接循环冷却器(6)的进出口，所述壳体(405)上固定安装有插入导流腔(403)的第二温度检测传感器(8)，且第二温度检测传感器(8)与控制器(15)电性连接。
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