[发明专利]一种船用燃料电池冷却系统保护装置及方法

说明书

本发明提供一种船用燃料电池冷却系统保护装置，包括：船用燃料电池系统、船用燃料电池系统控制单元、外循环冷却水泵电机、外循环冷却水泵泵体；所述外循环冷却水泵泵体与三通调节阀连接；所述三通调节阀的另两端分别连接有一流量计；所述流量计的另一端连接有板式换热器及保持浸入水中的吸水管；所述流量计包括：流量计I及流量计II。本发明所述的装置及方法，采用双循环海(河)水冷却换热系统，避免海(河)水中的水藻等漂浮物对燃料外循环换热系统产生堵塞，通过监控与逻辑判断，有效地保证了海(河)水换热系统的正常运行，以防止燃料电池冷却系统冷却功能失效的发生。

技术领域

本发明涉及燃料电池的技术领域，具体而言，尤其涉及一种船用燃料电池冷却系统保护装置及方法。

背景技术

当前，船舶航行主要依靠船用柴油机提供动力，主要面临以下问题：燃料能量转换效率低，柴油机运行振动噪音大，燃烧排放污染物水平高，受化石能源价格波动影响严重等，同时进一步加剧了石油资源的枯竭以及生态环境的恶化。因此，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已经成为绿色船舶的重要发展方向。船舶电力推进技术是当前绿色船舶发展的重要方向之一，在军民应用领域均受到广泛关注。

由于燃料电池具有能量密度高，能量转化效率高，噪音低，系统功率高，环境友好，可进行室外使用及低温启动等优点，其适用于分布式发电系统，复合能源系统，以及重点攻关的汽车动力等应用领域，通过基于船舶规范设计的燃料电池系统对于船用场景具有很好的适配度，也可以说适合开发为船用能源供给系统。

对于氢燃料电池(PEMFC)发电系统一般由燃料电池电堆模块、氢气子系统、空气子系统、水热管理子系统和控制子系统等构成。燃料电池堆是系统的核心，承担把化学能转化成电能的任务；氢气子系统的任务是向燃料电池电堆提供正常工作所需的氢气；空气子系统提供燃料电池正常工作所需的空气；水热管理子系统能够保证燃料电池堆所需空气、氢气的温度和湿度，保证电堆在正常温度、湿度下工作；控制系统通过传感器检测的信号，利用一定的控制策略保证系统正常运行与按需执行规定动作。特别地，针对船舶应用的氢燃料电池发电系统，普遍采用环境水换热的方式以实现对燃料电池冷却水路的换热冷却，此方法在船用内燃机船用领域已普遍采用，但不同于传统内燃机，燃料电池对冷却水的敏感性及冷却安全性要求更高，冷却的失效和中断会对燃料电池产生致命损害，故需要对燃料电池的外循环冷却系统进行实时监控，并采取有效的保护手段，以满足船舶应用的切实需求。

通过大为innojoy专利检索，关键词设定：船用燃料电池OR冷却OR换热，共计检索到相关专利26项，其中绝大部分专利仅涉及船用燃料电池系统，或涉及船燃料系统与外界水的基本换热功能，并未包含相关保护功能及方法。在有限的相关专利中，关注船用综合动力系统、船用冷却系统控制及燃料电池冷却液泵的专利较多，具体对船用燃料电池外冷却系统的申请极少，而且专门针对船用燃料电池外冷却系统设置保护措施的专利几乎没有，因此本专利涉及的内容具有较高的创新性。

发明内容

根据上述提出，一般采用海水(或河水)进行换热冷却，但普遍未考虑在长期使用海水(或河水)进行冷却的过程中，藻类植物等堵塞板式换热器后带来的安全隐患，同时，燃料电池在运行过程中，水温需要精准控制，但作为冷却的源头，当海水泵发生故障时，缺乏对流量连续有效的监测手段及预防措施，因此本发明提供一种船用燃料电池冷却系统保护装置，包括：

船用燃料电池系统、与所述船用燃料电池系统连接的船用燃料电池系统控制单元、外循环冷却水泵电机、外循环冷却水泵泵体；所述外循环冷却水泵泵体与三通调节阀连接；所述三通调节阀的另两端分别连接有一流量计；所述流量计的另一端连接有板式换热器及保持浸入水中的吸水管；所述流量计包括：流量计I及流量计II；

当所述船用燃料电池系统控制单元给所述外循环冷却水泵电机供电后，所述外循环冷却水泵电机中的循环水泵开始工作；调节所述三通调节阀置于流量计I的一侧，海水或河水通过对应的吸水管流经对应的板式换热器完成循环；