阅读说明：本技术 燃料电池冷却分水装置及其控制方法 (Fuel cell cooling water diversion device and control method thereof ) 是由 刘丽华 高鹏云 安东宇 邵卫 梁栋 杜超 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了燃料电池冷却分水装置及其控制方法。本发明包括外壳、散热管和初级捕水器,外壳是圆柱形中空结构,外壳是封闭结构,外壳内有散热管；外壳底部安装冷凝水排水电磁阀,外壳的底部外壁面上具有尾气进气管,尾气进气管与外壳连通,尾气进气管靠近外壳的底部,外壳内有散热管,散热管为一个圆管盘旋而成；散热管的两端从外壳内部的底部穿出到外部。(The invention discloses a cooling water distribution device of a fuel cell and a control method thereof. The invention comprises a shell, a radiating pipe and a primary water catcher, wherein the shell is in a cylindrical hollow structure, the shell is in a closed structure, and the radiating pipe is arranged in the shell; the bottom of the shell is provided with a condensate water drainage electromagnetic valve, the outer wall surface of the bottom of the shell is provided with a tail gas inlet pipe, the tail gas inlet pipe is communicated with the shell, the tail gas inlet pipe is close to the bottom of the shell, a radiating pipe is arranged in the shell, and the radiating pipe is formed by spirally winding a round pipe; both ends of the radiating pipe penetrate out from the bottom of the inner part of the shell to the outside.)

燃料电池冷却分水装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，具体为燃料电池冷却分水装置及其控制方法。

背景技术

燃料电池是新型清洁能源，2019年以前只有少数企业和科研院所，军工和航天掌握此技术，测试器件和测试设备也相对简单，以主要功能为主，对整个测试过程控制不到位，不准确，不完善。考虑氢气产品的纯度问题和设备的等级要求，所有设备应为耐腐蚀材质，且长期使用也不可以产生杂质，故现有的工业产品中没有此类产品。测试产生的尾气基本没有处理，大部分为直接排出室外。氢气为可燃气体，需高空排出，尾气100％增湿，含有大量水分，需将水分离处理，否则会引起排气口滴水或水倒灌，导致严重后果。

中国专利公开号为CN101323247，公开了一种用于燃料电池客车排放的氢气的稀释装置，该装置由一个筒状主体、筒体内交错的隔板、光电传感器、风扇、氢气尾排管等组成，多块隔板可使氢空混合气混合的更加均匀，避免了混合气中氢气浓度局部过大，但此方案未有降温分水机构。中国专利公开号为CN110124436,公开了一种将安装在氢气低点的分水加热装置，但无降温功能，氢气从装置的上口进，上口出，只能去除部分已经液化的水汽。且在大流量的前提下，效果更差。中国专利号为CN109361003,公开了一种燃料电池用控湿分水器,旨在提供一种带有气体加压和冷却功能，并能根据需求自动调节分水量、控制气体湿度的燃料电池用分水器,此装置适用于电堆回流前氢分水部分,内有增压部分。无法使用在旨在提供电堆最好测试条件的电堆测试台中，也无法实验降温可控。

此外，已知的装置和设备都无法满足燃料电池电堆测试台的功能要求。燃料电池的性能测试和寿命测试需要燃料电池测试台，燃料电池测试台一般为实验室内测试，尾排按要求需高空排放，离人可接触区域需有一定距离。此测试设备在的尾气可能为低压，也可能为高压，流量可能为1升/MIN,也可能为5000升/MIN或更大,且一定要保证气体顺畅排出，不得有滞留或其它，防止对前端测试产生影响。尾气的处理主要是高温，水液化排出，及氢气排放问题。针对尾气的降温，去水，我们经过几次实验调整，最终研制发明了此尾气分水冷却系统。尾气通过此系统的处理，可高空排出，并能除去水分，并降温。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池冷却分水装置，针对测试电堆功能需求，和测试过程中的实际状况，提供燃料电池电堆测试台特有的尾气分水冷却装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

燃料电池冷却分水装置，包括外壳、散热管和初级捕水器；外壳是圆柱形中空结构，外壳是封闭结构，外壳内有散热管；外壳底部安装主排水管路，主排水管路上具有冷凝水排水电磁阀，靠近外壳的底部外壁面上具有尾气进气管，尾气进气管与外壳连通，尾气进气管靠近外壳的底部，外壳内有散热管，散热管为一个圆管盘旋而成；散热管的两端从外壳内部的底部穿出到外部，散热管的两端分别是冷却水出口和冷却水进口，散热管分成长散热管和短散热管，短散热管上部具有初级捕水器，初级捕水器呈环形的网状结构，初级捕水器套在长散热管上并在短散热管的上部；降温模块一的外壁面上具有电子液位计；二级捕水器呈圆形的网状结构，二级捕水器在长散热管的顶部，二级捕水器距离温模块一的顶部还有一段距离，外壳的上部具有尾气排气管，尾气排气管与外壳连通；散热管的两端分别从外壳的内部底部延伸出外壳的外部，在外壳底部的外部散热管的出口分别是冷却水出口和冷却水进口，冷却水出口和冷却水进口所在的管路上分别具有冷却水出口电磁阀和冷却水进口电磁阀；尾气排气管的上端边缘处安装有温度传感器一，尾气排气管的上安装有压力传感器，压力传感器在温度传感器一的下部，尾气进气管上安装温度传感器二。

燃料电池冷却分水装置的控制方法，包括如下步骤：

第一步，电堆进气加载，电堆出口有尾气排出。

第二步，温度判断：当尾气进气管温度超过45摄氏度时，冷却水进口电磁阀开启；当占空比为4/16时，开启冷水循环，执行冷却，进入第三步；当尾气进气管温度不超过45摄氏度时，冷却水进口电磁阀17关闭；

第三步，压力判定：冷却水进口装有压力传感器，当尾气排气管上的压力传感器检测压力超过10Kpa时，判断排气压力为异常，并报警；当检测压力不超过10Kpa时，进入第四步；

第四步，温度判断：当尾气排气管上的温度传感器一检测到尾气出口温度未超过55摄氏度时，冷却水出口电磁阀正常开启，占空比为4/16时，执行冷却；当温度超过55摄氏度时，冷却水出口电磁阀高频占空比为10/16时，开启或常开冷水循环，并自动提示调整球阀开度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的燃料电池分水冷却系统，实现了尾气降温分水的效果，并将液态冷凝水集中处理，减少了室外设施需求。配有此系统的测试台或测试设备，尾气的降温可达15度以上，尾气中相对湿度可由100％降到60％左右。带有此系统的测试台，氢气尾气，空气尾气都可以高空排出，外置管路不需要做特殊处理，无高温风险。

附图说明

图1为本发明剖视结构示意图；

图2为本发明立体结构示意图；

图3为本发明初级捕水器结构示意图；

图4为本发明二级捕水器结构示意图；

图5为本发明散热管的结构示意图；

图6为本发明控制原理结构图。

图中：1、尾气进气管，2、冷却水出口，3、冷却水进口，4、冷凝水排水电磁阀，5、电子液位计，6、初级捕水器，7、二级捕水器，8、尾气排气管，9、长散热管，10、短散热管，16、冷却水出口电磁阀，17、冷却水进口电磁阀，18、外壳，19、PLC，20、温度传感器一，21、压力传感器，22、温度传感器二，23、主排水管路。

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。基于本发明中的实施例，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1-6，本发明提供一种技术方案：燃料电池分水冷却系统主要由尾气进气管1、冷却水出口2、冷却水进口3、冷凝水排水电磁阀4、电子液位计5、初级捕水器6和二级捕水器7等部件组成。PLC19分别与冷凝水排水电磁阀4、电子液位计5、温度传感器一20、压力传感器21、温度传感器二22、冷却水出口电磁阀16与冷却水进口电磁阀17连接，图1-2未把PLC19与其他部件的连接关系画出。散热管为一个圆管盘旋而成，散热管分成长散热管9和短散热管10，散热管结构是现有的结构，故不在详述。PLC19控制器整个测试系统的运行，温度传感器一20、压力传感器21和温度传感器二22发来的信号，并控制冷却水出口电磁阀16和冷却水进口电磁阀17等功能器件的动作。尾气进入尾气进气管1后，经过长散热管9和短散热管10降温后，通过初级捕水器6，大部分水会在此步去除，尾气再次经过二级捕水器7后，进行第二次降温分水。当尾气进入到与室外相联的空腔时，会再次降温分水。排出出口的尾气的温度和压力能通过控制系统控制，PLC19会根据设定开启电磁阀，具体来说，即当燃料电池测试台输入指令加载，燃料电池电堆的温度已经达到目标温度。需要测试台来降温散热时，PLC19会自动开启，温度传感器一20、压力传感器21和温度传感器二22、冷却水出口电磁阀16和冷却水进口电磁阀17，让冷却水进入长散热管9和短散热管10，并监测进出气温度，调整进出水流量，也可以根据手动球阀调整冷却水的分配流量。当分水罐内达到顶液位时，PLC19会打开冷凝水排水电磁阀4，冷凝水排会排入测试台主排水管路23。冷却水出口2装有冷却水出口电磁阀16，如果出现排气不畅，压力会升高，PLC19会报警，并提示排气异常，停止测试。

燃料电池冷却分水装置的控制方法具体包括如下步骤：

第一步，电堆进气加载，电堆出口有尾气排出。

第二步，温度判断：当尾气进气管1温度超过45摄氏度时，冷却水进口电磁阀17开启；当占空比为4/16时，开启冷水循环，执行冷却，进入第三步；当尾气进气管1温度不超过45摄氏度时，冷却水进口电磁阀17关闭；

第三步，压力判定：冷却水进口3装有压力传感器，当尾气排气管8上的当压力传感器21检测压力超过10Kpa时，判断排气压力为异常，并报警；当检测压力不超过10Kpa时，进入第四步；

第四步，温度判断：当尾气排气管8上的温度传感器一20检测到尾气出口温度未超过55摄氏度时，冷却水出口电磁阀正常开启，占空比为4/16时，执行冷却；当温度超过55摄氏度时，冷却水出口电磁阀16高频占空比为10/16时，开启或常开冷水循环，并自动提示调整球阀开度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”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；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，除非另有明确的限定，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发明中的具体含义。

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。