冷却模块、燃料电池以及车辆
阅读说明：本技术 冷却模块、燃料电池以及车辆 (Cooling module, fuel cell, and vehicle ) 是由 王俊宇 王江林 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃料电池的冷却模块以及燃料电池,所述燃料电池包括：溢水罐、水泵、散热器、氢换热器、节温阀；水泵的进水口与溢水罐的补液口连通,水泵的出水口与燃料电池的电堆的进水口连通；散热器的进水口与电堆的出水口连通；节温阀的第一进口与电堆的出水口连通,节温阀的第二进口与散热器的出水口连通,节温阀的出口与水泵的进水口连通,节温阀的出口可选择地与第一进口或第二进口连通；其中电堆、水泵以及节温阀限定出第一冷却循环,电堆、散热器、节温阀以及水泵限定出第二冷却循环,氢换热器与溢水罐限定出第一排气通路,散热器与溢水罐限定出第二排气通路。由此,可以提高燃料电池的工作稳定性并延长其使用寿命。(The invention discloses a cooling module of a fuel cell and the fuel cell, the fuel cell includes: the system comprises a water overflow tank, a water pump, a radiator, a hydrogen heat exchanger and a temperature-saving valve; the water inlet of the water pump is communicated with the liquid supplementing port of the overflow tank, and the water outlet of the water pump is communicated with the water inlet of the electric pile of the fuel cell; the water inlet of the radiator is communicated with the water outlet of the galvanic pile; a first inlet of the thermostatic valve is communicated with a water outlet of the galvanic pile, a second inlet of the thermostatic valve is communicated with a water outlet of the radiator, an outlet of the thermostatic valve is communicated with a water inlet of the water pump, and an outlet of the thermostatic valve is selectively communicated with the first inlet or the second inlet; the first cooling circulation is limited by the electric pile, the water pump and the temperature-saving valve, the second cooling circulation is limited by the electric pile, the radiator, the temperature-saving valve and the water pump, the first exhaust passage is limited by the hydrogen heat exchanger and the overflow tank, and the second exhaust passage is limited by the radiator and the overflow tank. Thereby, the operation stability of the fuel cell can be improved and the service life thereof can be prolonged.)
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种冷却模块、燃料电池以及车辆。
背景技术
相关技术中，燃料电池的冷却模块是保证电堆在工作的过程中，处于适宜的温度范围内，保证电堆在不同工况下，电堆的内部温度处于MEA反应活性的较高值。
冷却模块包括：水泵(提供流量和压力)、散热器(与外界大气换热的媒介)、节温器(调节大小循环)、去离子器(祛除冷却液中离子)、溢水罐(稳定系统压力)、热交换器(向其他模块提供热源)等部件，溢水罐设置有排气口和补液口，并且为承压式溢水罐，参与系统水循环。当系统中存在气体时，将通过排气管路输送到溢水罐中，保证系统平稳、高效运行。
然而，现有的冷却模块在工作过程中，尤其是小循环冷却过程中，排气管路内的气体可能回流到水泵内，可能会对水泵扇叶造成损伤，降低水泵的工作效率，甚至导致电堆内产生气泡，导致电堆出现局部干烧。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池的冷却模块，所述冷却模块可以避免排气管路内的气体进入水泵或电堆，提高电堆的工作稳定性、水泵的工作效率以及使用寿命。
本发明进一步地提出来了一种采用上述冷却模块的燃料电池。
本发明还提出了一种车辆，所述车辆具有上述燃料电池。
根据本发明第一方面实施例的燃料电池的冷却模块包括：溢水罐、水泵、散热器、氢换热器、节温阀；所述水泵的进水口与所述溢水罐的补液口连通，所述水泵的出水口与所述燃料电池的电堆的进水口连通；所述散热器的进水口与所述电堆的出水口连通，所述散热器的排气口与所述溢水罐的排气口连通；所述氢换热器的排气口与所述溢水罐的排气口连通；所述节温阀的第一进口与所述电堆的出水口连通，所述节温阀的第二进口与所述散热器的出水口连通，所述节温阀的出口与所述水泵的进水口连通，所述节温阀的出口可选择地与所述第一进口或所述第二进口连通；其中所述电堆、所述水泵以及所述节温阀限定出第一冷却循环，所述电堆、所述散热器、所述节温阀以及所述水泵限定出第二冷却循环，所述氢换热器与所述溢水罐限定出第一排气通路，所述散热器与所述溢水灌限定出第二排气通路。
根据本发明实施例的燃料电池的冷却模块，通过将节温阀设置在散热器的出口处，并使节温阀的第一进口或第二进口与出口连通，以在第一冷却循环过程中，避免水泵或电堆内进入气体，一方面，可以避免电堆出现干烧现象，提高电堆的工作稳定性，延长电堆的使用寿命；另一方面，可以避免水泵内进入气体，避免水泵的扇叶损伤并提高水泵的工作效率。
在一些实施例中，所述散热器的排气口与所述散热器的进水口同侧设置。
根据本发明的一些实施例，所述溢水罐的补液口通过第一水管与所述水泵的进水口连通，所述第一水管设置在所述节温阀的出口与所述水泵的进水口之间。
在一些实施例中，所述冷却模块还包括：去离子器，所述去离子器的进水口与所述水泵的出水口连通，所述去离子器的出水口与所述节温阀的第一进口和所述散热器的进水口连通。
进一步地，所述去离子器与所述电堆并联设置。
在一些实施例中，所述冷却模块还包括：风扇，所述风扇临近所述散热器设置。
根据本发明第二方面实施例的燃料电池包括：上述实施例中所述的冷却模块。
根据本发明第三方面实施例的车辆包括：上述实施例中所述的燃料电池。
本发明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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/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是根据本发明实施例的冷却模块与电堆的配合示意图。
附图标记：
冷却模块100，电堆200，
溢水罐10，水泵20，散热器30，氢换热器40，节温阀50，去离子器60，风扇70。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1描述根据本发明实施例的燃料电池的冷却模块100。
如图1所示，根据本发明第一方面实施例的燃料电池的冷却模块100包括：溢水罐10、水泵20、散热器30、氢换热器40、节温阀50。
其中，冷却模块100是保证电堆200可以在适宜的温度范围内工作，保证电堆200在不同工况下，能够保证膜电极(MEA)维持在反应活性的较高值，以使燃料电池可以稳定、可靠地工作。
具体而言，水泵20的进水口与溢水罐10的补液口连通，水泵20的出水口与燃料电池的电堆200的进水口连通；散热器30的进水口与电堆200的出水口连通，散热器30 的排气口与溢水罐10的排气口连通；氢换热器40的排气口与溢水罐10的排气口连通；节温阀50的第一进口与电堆200的出水口连通，节温阀50的第二进口与散热器30的出水口连通，节温阀50的出口与水泵20的进水口连通，节温阀50的出口可选择地与第一进口或第二进口连通。
这样，电堆200、水泵20以及节温阀50限定出第一冷却循环(小循环冷却)，电堆200、散热器30、节温阀50以及水泵20限定出第二冷却循环(大循环冷却)，氢换热器40与溢水罐10限定出第一排气通路，散热器30与溢水罐10限定出第二排气通路。
进而，当燃料电池在较低的功率点工作时，燃料电池产生的热量较低，对冷却模块100的换热需求较低，冷却模块100通过第一冷却循环对电堆200进行冷却，当燃料电池在较高的功率点工作时，对冷却模块100的换热需求较高，冷却模块100通过第二冷却循环对电堆200进行冷却，且在第一冷却循环过程中以及第二冷却循环过程中，氢换热器40与溢水罐10组成的第一排气通路、散热器30与溢水罐10限定出的第二排气通路不间断的将电堆200反应过程中产生的废气排出。
需要说明的是，节温阀50的第一进口或第二进口可选择地与出口连通，以使冷却模块100可以在第一冷却循环和第二冷却循环之间切换，并通过使节温阀50设置在散热器30的出水口处，可以避免第一冷却循环过程中，第一排气通路和/或第二排气通路排出的气体通过散热器30回流至水泵20。
换言之，当冷却模块100处于第一冷却循环时，第一排气通路中的排出的气体无法沿着第二排气通路回流到水泵20的进口处，并使第一排气通路和第二排气通路排出的气体全部进入溢水罐10，在溢水罐10内的液体的气液分离作用下，将气体隔绝在溢水罐10的补液口外，从而避免气体回流道水泵20内。
进一步地，电堆200产生的气体可以通过电堆200的出气口，流经氢换热器40后经由溢水罐10排出或者可以通过电堆200的出气口流入散热器30后经由溢水罐10排出。
这样，可以提高电堆200内气体的排出效率，进一步地提高电堆200的工作稳定性，更为重要的是，当冷却模块100进行第一冷却循环时，第一排气通路、第二排气通路内的气体无法进入到水泵20的进水口，可以避免气体回流至水泵20，避免了第一排气通路和第二排气通路干涉回流，以提高电堆200的工作稳定性。
当冷却模块100处于第一冷却循环时，节温阀50的第一进口与节温阀50的出口连通，节温阀50的第二进口与节温阀50的出口断开，从而可以避免氢换热器40排出的气体通过散热器30进入水泵20，以避免气体进入水泵20或者电堆200。
根据本发明实施例的燃料电池的冷却模块100，通过将节温阀50设置在散热器30的出口处，并使节温阀50的第一进口或第二进口择一地与出口连通，以在第一冷却循环过程中，避免水泵20或电堆200内进入气体，一方面，可以避免电堆200出现干烧现象，提高电堆200的工作稳定性，延长电堆200的使用寿命；另一方面，可以避免水泵20内进入气体，避免水泵20的扇叶损伤并提高水泵20的工作效率。
优选地，散热器30的排气口与散热器30的进水口同侧设置。这样，可以进一步地提高隔绝效果，有效地避免气体通过散热器30回流至水泵20或电堆200。
如图1所示，溢水罐10的补液口通过第一水管与水泵20的进水口连通，第一水管设置在节温阀50的出口与水泵20的进水口之间。由此，一方面，使溢水罐10在第一冷却循环时，也可以进行补液，提高了冷却效果；另一方面，可以维持第一排气通路和第二排气通路的压力稳定，降低压力损失，以提高排气效果。
在一些实施例中，冷却模块100还包括：去离子器60，去离子器60的进水口与水泵20的出水口连通，去离子器60的出水口与节温阀50的第一进口和散热器30的进水口连通，去离子器60与电堆200并联设置。这样，在冷却模块100的冷却过程中，可以通过去离子器60将冷却液中的离子祛除，以使冷却液的纯净度更高，避免冷却液流动过程中，对电堆200造成不利影响，提高燃料电池的工作稳定性。
如图1所示，冷却模块100还包括：风扇70，风扇70临近散热器30设置。由此，通过风扇70产生的气体对散热器30进行强制通风换热，可以提高散热器30的散热效果，以提高冷却模块100的冷却效果。
根据本发明第二方面实施例的燃料电池包括：上述实施例中的冷却模块100。
根据本发明实施例的燃料电池，采用上述冷却模块100，可以避免电堆200出现干烧并可以延长水泵20的使用寿命，使燃料电池的使用寿命更长，工作稳定性更高。
根据本发明第三方面实施例的车辆包括：上述实施例中的燃料电池。
根据本发明实施例的车辆，采用上述燃料电池，所具有的技术效果与上述燃料电池一致，在这里不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
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发明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发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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