一种带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统技术方案

本发明专利技术属于燃料电池车辆散热技术领域，具体涉及一种带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，包括燃料电池冷却装置、燃料电池反应水收集装置、板翅式换热器喷雾冷却装置和喷雾液态水回收装置。板翅式换热器下设置的液态水回收装置可以减少没有蒸发的液态水的浪费，提高水分的整体利用率。喷嘴的布置方向与换热器表面呈30

【技术实现步骤摘要】
一种带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统


[0001]本专利技术属于燃料电池车辆散热
，具体涉及一种带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统。

技术介绍

[0002]燃料电池汽车作为极具发展潜力的新能源汽车，以其清洁、高效、高功率密度等优势成为汽车领域研发重点之一。燃料电池热管理系统主要由过滤器、换热器、水泵和节温器等零部件组成。冷却液将燃料电池内部产生的热量带出，在散热器和风扇共同作用下将高温冷却液的温度降低。然而燃料电池工作温度较低，高温冷却液(60℃)与环境温度(35℃)温差仅为25℃左右，要小于内燃机冷却水工作的温差。因此燃料电池冷却水
‑
空气散热器的散热更为艰难。为满足散热需求，并保证散热器的尺寸不过于庞大，需要对散热系统进行优化升级。喷雾冷却将雾化后的小液滴喷洒到被冷却物体的表面，形成薄液膜后通过导热、强制对流、沸腾相变等传热方式来实现散热的技术。喷雾冷却具有散热能力高、冷却过程中温差小、工质需求量小、与固体表面之间没有接触热阻等优点，但现有喷雾冷却技术中仍存在喷雾冷却效率不高和液态水浪费的问题。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本专利技术要解决的技术问题是：如何克服现有喷雾冷却技术中的喷雾冷却效率不高和液态水浪费的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，所述冷却系统包括：燃料电池冷却装置、燃料电池反应水收集装置、板翅式换热器喷雾冷却装置和喷雾液态水回收装置；
[0007]所述燃料电池冷却装置包括：冷却水循环泵、冷却水循环管道、板翅式换热器、温度传感器和散热风机；其中，所述板翅式换热器出口连接温度传感器，所述温度传感器连接冷却水循环泵入口，所述冷却水循环泵出口连接燃料电池内部散热管道，所述燃料电池内部散热管道与储液罐入口连接，所述储液罐出口与板翅式换热器入口连接，储液罐用于在冷却水循环泵改变转速时，补充或者储存液态水；
[0008]所述燃料电池反应水收集装置包括：水分收集器、燃料电池反应水管道、喷雾水箱，所述水分收集器与燃料电池反应堆连接，所述水分收集器口与喷雾水箱连接，所述喷雾水箱出口与喷雾泵入口连接；
[0009]所述板翅式换热器喷雾冷却装置包括：喷雾泵、喷雾管道、喷头，所述喷雾泵入口与喷雾水箱连接，所述喷雾泵出口通过喷雾管道与喷头连接，喷头布置在板翅式换热器空气侧入口处；所述喷头用于将雾化液滴喷洒在板翅式换热器的翅片上进行强化换热；
[0010]所述喷雾液态水回收装置包括：液态水回收盒和水回收管道，所述液态水回收盒
布置在板翅式换热器下方，所述液态水回收盒与水回收管道连接，所述水回收管道与喷雾水箱连接。
[0011]其中，所述冷却水循环泵为变频离心泵。
[0012]其中，所述散热风机布置在板翅式换热器喷头侧。
[0013]其中，所述喷头布置方向与板翅式换热器表面呈30度角，以减少垂直角度带来的液滴飞出。
[0014]其中，所述板翅式换热器的散热风扇布局方式为平行式，散热风扇吹出的冷却风翅片通道的方向一致。
[0015]其中，所述冷却水循环泵用于调节水侧循环流量。
[0016]其中，所述液态水回收盒设置为中凹式，中心位置略低于周围，从而使得水能依靠重力经过水回收管道流向喷雾水箱。
[0017]其中，所述冷却水循环管道上设置的温度传感器，其信号由控制器收集，并调节变频循环水泵的转速以及喷雾泵的启停时间，从而调节总传热量。
[0018]其中，散热风机运行，燃料电池堆开始进行工作，冷却水循环泵工作，水分收集器开始收集燃料电池堆反应所产生的水，达到满足喷雾要求的一定水容量后，根据板翅式换热器出口水温判断是否需要启动喷雾冷却装置；当需要增强散热时，启动喷雾冷却装置，通过控制器控制喷雾泵的启停时间从而控制喷雾水量和喷雾间歇时间，根据温度传感器反馈的信号，控制器调整喷雾泵的启停时间以及冷却水循环泵的转速。
[0019]其中，喷雾冷却装置所需水量与喷雾间歇时间、喷雾面积比例、总传热量、空气相对湿度以及喷头布置角度的经验公式，如公式(1)所示；
[0020][0021]其中：
‑
喷雾水量，kg/s；R
t
‑
喷雾时间与喷雾间歇时间比例；R
s
‑
喷雾面积比例；Q
‑
总传热量，kW；
‑
空气相对湿度，％；θ
‑
喷头与板翅式换热器表面角度，度。
[0022](三)有益效果
[0023]与现有技术相比较，本专利技术有效利用燃料电池反应堆产生的水，利用水分收集装置为喷雾冷却系统提供水分，通过喷雾装置产生雾化液体喷向板翅式换热器，利用相变冷却原理提高换热器的换热性能，从而能够在保证总体换热量的情况下减少换热器的换热面积以及降低散热风机的出风量，从而降低整体系统体积以及能源需求。板翅式换热器下设置的液态水回收装置可以减少没有蒸发的液态水的浪费，提高水分的整体利用率。喷头的布置方向与换热器表面呈30度角，从而减少由于喷雾压力和喷雾速度造成的液滴飞出换热器，散热风机布置在换热器的平行侧，提高散热均匀性以及喷雾蒸发的速度，从而提高整体传热性能。
附图说明
[0024]图1为本专利技术喷雾蒸发冷却系统示意图；
[0025]图2为喷头与换热器角度示意图；
[0026]图3为喷雾液态水回收装置示意图；
[0027]图中标号名称：1.板翅式换热器，2.喷头，3.散热风机，4.液态水回收盒，5.温度传感器，6.冷却水循环泵，7.储液罐，8.燃料电池堆，9.燃料电池内部散热管道，10.水分收集器，11.喷雾水箱，12.喷雾泵，13.喷雾管道，14.控制器，15.燃料电池反应水管道，16.冷却水循环管道，17.水回收管道。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0029]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，所述冷却系统包括：燃料电池冷却装置、燃料电池反应水收集装置、板翅式换热器喷雾冷却装置和喷雾液态水回收装置；
[0030]所述燃料电池冷却装置包括：冷却水循环泵、冷却水循环管道、板翅式换热器、温度传感器和散热风机；其中，所述板翅式换热器出口连接温度传感器，所述温度传感器连接冷却水循环泵入口，所述冷却水循环泵出口连接燃料电池内部散热管道，所述燃料电池内部散热管道与储液罐入口连接，所述储液罐出口与板翅式换热器入口连接，储液罐用于在冷却水循环泵改变转速时，补充或者储存液态水；
[0031]所述燃料电池反应水收集装置包括：水分收集器、燃料电池反应水管道、喷雾水箱，所述水分收集器与燃料电池反应堆连接，所述水分收集器口与喷雾水箱连接，所述喷雾水箱出口与喷雾泵入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括：燃料电池冷却装置、燃料电池反应水收集装置、板翅式换热器喷雾冷却装置和喷雾液态水回收装置；所述燃料电池冷却装置包括：冷却水循环泵、冷却水循环管道、板翅式换热器、温度传感器和散热风机；其中，所述板翅式换热器出口连接温度传感器，所述温度传感器连接冷却水循环泵入口，所述冷却水循环泵出口连接燃料电池内部散热管道，所述燃料电池内部散热管道与储液罐入口连接，所述储液罐出口与板翅式换热器入口连接，储液罐用于在冷却水循环泵改变转速时，补充或者储存液态水；所述燃料电池反应水收集装置包括：水分收集器、燃料电池反应水管道、喷雾水箱，所述水分收集器与燃料电池反应堆连接，所述水分收集器口与喷雾水箱连接，所述喷雾水箱出口与喷雾泵入口连接；所述板翅式换热器喷雾冷却装置包括：喷雾泵、喷雾管道、喷头，所述喷雾泵入口与喷雾水箱连接，所述喷雾泵出口通过喷雾管道与喷头连接，喷头布置在板翅式换热器空气侧入口处；所述喷头用于将雾化液滴喷洒在板翅式换热器的翅片上进行强化换热；所述喷雾液态水回收装置包括：液态水回收盒和水回收管道，所述液态水回收盒布置在板翅式换热器下方，所述液态水回收盒与水回收管道连接，所述水回收管道与喷雾水箱连接。2.如权利要求1所述的带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，其特征在于，所述冷却水循环泵为变频离心泵。3.如权利要求1所述的带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，其特征在于，所述散热风机布置在板翅式换热器喷头侧。4.如权利要求1所述的带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，其特征在于，所述喷头布置方向与板翅式换热器表面呈30度角，以减少垂直角度带来的液滴飞出。5.如权利要求1所述的带水回收板翅式换热器的燃料电池喷雾冷却系统，其特征在于，所述板翅式换热器的散热风扇布局方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳卉，谷操，米晓童，刘洋，刘朔，赵春伟，李源浩，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：