一种燃料电池列车余热利用系统的制作方法

1.本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池列车余热利用系统。


背景技术：

2.随着国家对新型能源的大力推广，为了早日达到“碳中和”目标，氢燃料电池已逐渐在汽车、轨道列车等多个领域投入使用，其在工作时唯一排放物为水，对环境十分友好。
3.氢燃料电池在运行时约有50％的能量转化为电能，同时会产生大量热能，因此其散热是需要重点关注的。目前常采用的散热方式是通过冷却液将电堆内的热量带出至散热风机处，但此方案会导致热能完全浪费。而目前列车在冬季运行时需要依靠空调供暖，若能直接将燃料电池余热用于客舱取暖，将有效降低冬季列车制热能耗，能极大提高氢燃料电池能量利用率。
4.目前已有氢燃料电池余热利用相关专利，但其存在较多缺点。将燃料电池系统、冷却水泵、主散热器和鼓风式加热器串联，通过鼓风式加热器的散热端向客舱吹出热风，但其控制仅有开关两种状态，无法根据环境温度与目标温度对鼓风式加热器的出风口温度进行精确控制；系统成本较高，且占用体积较大。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种燃料电池列车余热利用系统，能够充分利用燃料电池冷却液中的热量，在保证列车取暖需求的情况下降低电能消耗，提高整车能量利用效率。
6.为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种燃料电池列车余热利用系统，包括：氢燃料电池、燃料电池散热器、余热散热器、1号阀门、2号阀门和3号阀门；
7.氢燃料电池冷却液出口连接到三通管路入口，三通管路出口一端连接1号阀门入口，三通管路另一端连接2号阀门入口；1号阀门出口连接到余热散热器冷却液入口，余热散热器冷却液出口连接3号阀门入口，3号阀门出口与2号阀门出口汇合后连接到燃料电池散热器入口；燃料电池散热器出口的低温冷却液流向氢燃料电池；
8.外界空气与列车车厢内的空气混合后进入余热散热器空气入口，余热散热器气体出口空气进入车厢。
9.进一步的是，所述1号阀门和2号阀门采用电磁阀，3号阀门采用手动阀。
10.进一步的是，所述1号阀门、2号阀门和3号阀门均也可采用电磁阀。
11.进一步的是，还包括温度传感器，燃料电池内设置有冷却液入口温度传感器，客舱内设置有室内温度传感器，列车外部设置有室外温度传感器。
12.进一步的是，还包括主控制器，所述冷却液入口温度传感器、室内温度传感器和室外温度传感器均连接至主控制器，在所述主控制器上还连接有1号阀门、2号阀门和/或3号阀门的控制端。
13.进一步的是，所述余热散热器气体出口空气进入通向列出空调机组的出风端，所
述余热散热器气体入口空气进入通向列出空调机组的回风端。
14.采用本技术方案的有益效果：
15.本实用新型将氢燃料电池的余热通过2条支路分别供给余热散热器和燃料电池散热器，余热散热器与燃料电池散热器均通过风将热量带走，能有效降低系统复杂度，且更易于控制。
16.本实用新型采用氢燃料电池的余热作为客舱内的暖气来源，使氢燃料电池的能量利用率更高，有效节约了制热成本。
17.本实用新型直接采用气体与液体进行换热，简化了系统结构。余热散热器的液体管路为氢燃料电池的冷却液管路，燃料电池工作时产生的热量可传递至余热散热器，余热散热器的气体流道流过空气，可有效带走换热器翅片上的热量。该系统无需在客舱内铺设液体管道，也无需在客舱内布置多个换热装置，能极大减小体积，同时节约成本，提高系统可靠性。
附图说明
18.图1为本实用新型的一种燃料电池列车余热利用系统的结构示意图。
具体实施方式
19.为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
20.在本实施例中，参见图1所示，一种燃料电池列车余热利用系统，包括：氢燃料电池、燃料电池散热器、余热散热器、1号阀门、2号阀门和3号阀门；
21.氢燃料电池冷却液出口连接到三通管路入口，三通管路出口一端连接1号阀门入口，三通管路另一端连接2号阀门入口；1号阀门出口连接到余热散热器冷却液入口，余热散热器冷却液出口连接3号阀门入口，3号阀门出口与2号阀门出口汇合后连接到燃料电池散热器入口；燃料电池散热器出口的低温冷却液流向氢燃料电池；
22.外界空气与列车车厢内的空气混合后进入余热散热器空气入口，余热散热器气体出口空气进入车厢。
23.优选的，所述1号阀门和2号阀门采用电磁阀，3号阀门采用手动阀。
24.优选的，所述1号阀门、2号阀门和3号阀门均采用电磁阀。
25.作为上述实施例的优化方案，还包括温度传感器，燃料电池内设置有冷却液入口温度传感器，客舱内设置有室内温度传感器，列车外部设置有室外温度传感器。
26.还包括主控制器，所述冷却液入口温度传感器、室内温度传感器和室外温度传感器均连接至主控制器，在所述主控制器上还连接有1号阀门、2号阀门和/或3号阀门的控制端。
27.优选的，所述余热散热器气体出口空气进入通向列出空调机组的出风端，所述余热散热器气体入口空气进入通向列出空调机组的回风端。
28.为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：
29.列车正常运行时氢燃料电池工作，发电的同时并产生热量，热量经冷却液带出，从燃料电池冷却液出口流向三通管路。
30.余热散热器的进气口的空气由外界空气与客舱内的循环空气混合组成，其比例可在一定范围内调整。1号阀门和2号阀门的接口开度均可在0-100％间调整，但两者的开度总和应大于或等于100％。3号阀门用于在非冬季(长时间不使用余热利用功能)时手动切断管路的液体流动，减少氢燃料电池工作时向余热散热器的热传导。
31.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。


技术特征：
1.一种燃料电池列车余热利用系统，其特征在于，包括：氢燃料电池、燃料电池散热器、余热散热器、1号阀门、2号阀门和3号阀门；氢燃料电池冷却液出口连接到三通管路入口，三通管路出口一端连接1号阀门入口，三通管路另一端连接2号阀门入口；1号阀门出口连接到余热散热器冷却液入口，余热散热器冷却液出口连接3号阀门入口，3号阀门出口与2号阀门出口汇合后连接到燃料电池散热器入口；燃料电池散热器出口的低温冷却液流向氢燃料电池；外界空气与列车车厢内的空气混合后进入余热散热器空气入口，余热散热器气体出口空气进入车厢。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池列车余热利用系统，其特征在于，所述1号阀门和2号阀门采用电磁阀，3号阀门采用手动阀。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池列车余热利用系统，其特征在于，所述1号阀门、2号阀门和3号阀门均采用电磁阀。4.根据权利要求1-3任一所述的一种燃料电池列车余热利用系统，其特征在于，还包括温度传感器，燃料电池内设置有冷却液入口温度传感器，客舱内设置有室内温度传感器，列车外部设置有室外温度传感器。5.根据权利要求4所述的一种燃料电池列车余热利用系统，其特征在于，还包括主控制器，所述冷却液入口温度传感器、室内温度传感器和室外温度传感器均连接至主控制器，在所述主控制器上还连接有1号阀门、2号阀门和/或3号阀门的控制端。6.根据权利要求1所述的一种燃料电池列车余热利用系统，其特征在于，所述余热散热器气体出口空气进入通向列出空调机组的出风端，所述余热散热器气体入口空气进入通向列出空调机组的回风端。

技术总结
本实用新型公开了一种燃料电池列车余热利用系统，包括：氢燃料电池、燃料电池散热器、余热散热器、1号阀门、2号阀门和3号阀门；氢燃料电池冷却液出口连接到三通管路入口，三通管路出口一端连接1号阀门入口，三通管路另一端连接2号阀门入口；1号阀门出口连接到余热散热器冷却液入口，余热散热器冷却液出口连接3号阀门入口，3号阀门出口与2号阀门出口汇合后连接到燃料电池散热器入口；燃料电池散热器出口的低温冷却液流向氢燃料电池；外界空气列车车厢内的空气混合后进入余热散热器空气入口，余热散热器气体出口空气进入车厢。本实用新型充分利用燃料电池冷却液中的热量，在保证列车取暖需求的情况下降低电能消耗，提高整车能量利用效率。用效率。用效率。


技术研发人员：陈桥松 徐中来 申宇轩 张伟明 贺中立 张沁 王治安
受保护的技术使用者：四川荣创新能动力系统有限公司
技术研发日：2022.09.22
技术公布日：2022/12/27