[发明专利]一种利用相变冷却的燃料电池散热系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池散热技术领域，尤其涉及一种利用相变冷却的燃料电池散热系统。

背景技术

随着全球能源危机愈发严峻，以及传统能源带来的环境污染问题的加剧，天然气与氢能等新型能源的应用逐步受到重视。燃料电池作为一种新型能源供给装置，能够高效、环保地将储存在燃料与氧化剂内的化学能转化为电能，同时没有污染物排出。在环境能源备受关注的今天，燃料电池的发展日益受到各国政府与科技人员的重视。

氢是燃料电池的最佳燃料，在未来的氢经济时代，燃料电池是将氢能转化为电能的最优装置。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)，以质子交换膜为电解质，氢气和氧气分别作为燃料和氧化剂，阳极氢气和阴极氧气催化反应生成水和热，反应伴随电子流动，直接产生电能。而温度对燃料电池系统的性能有重要的影响；低温时，电化学反应速率降低，电堆效率降低；高温时，电堆内产生液态水易蒸发，从而导致质子交换膜失水干燥，影响离子的传递性能；因此燃料电池系统需在一定温度范围内工作。

燃料电池散热系统使电堆内温度保持的合理范围内，具有十分重要的作用。目前燃料电池系统的散热方式与传统内燃机相似，使用比热容较大的水作为冷却液，将低温水通入电堆吸热，利用散热器为冷却水散热，从而实现热量转移。这种散热方式具有冷却液流量大、辅助系统寄生功率大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够维持电堆内温度平衡，且冷却流量小、辅助系统寄生功率小、冷却液余热利用、空气预加热的利用相变冷却的燃料电池散热系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用相变冷却的燃料电池散热系统，包括电堆，与所述电堆连接并用于给所述电堆供给空气的阴极空气供给模块，还包括用于冷却所述电堆并能够对所述阴极空气供给模块中的空气预加热的冷却液循环模块。

优选的，所述冷却液循环模块包括冷却液储罐、变频水泵、离子过滤器、冷却液冷凝器，所述冷却液储罐中装有冷却液，所述冷却液储罐的冷却液出口连接所述变频水泵的冷却液入口，所述变频水泵的冷却液出口连接所述离子过滤器的冷却液入口，所述离子过滤器的冷却液出口连接所述电堆的冷却液入口，所述电堆的冷却液出口连接所述冷却液冷凝器的冷却液入口，所述冷却液冷凝器的冷却液出口连接所述冷却液储罐的冷却液入口。

进一步优选的，所述电堆的冷却液入口与所述离子过滤器的冷却液出口之间设置有第一温度传感器，所述电堆的冷却液出口与所述冷却液冷凝器的冷却液入口之间设置有第二温度传感器，所述变频水泵包括控制器，所述控制器与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器连接，并通过所述第二温度传感器与所述第一温度传感器的温度之差控制所述变频水泵的转速，以调节流经所述变频水泵的冷却液的流量。

优选的，所述冷却液冷凝器的冷却液出口与所述冷却液储罐的冷却液入口之间设置有散热器。

优选的，所述阴极空气供给模块包括风机和膜加湿器，所述风机的空气出口连接所述冷却液冷凝器的底部的空气入口，所述冷却液冷凝器的顶部的空气出口连接所述膜加湿器的底部的空气入口，所述膜加湿器的顶部的空气出口连接所述电堆的空气入口，所述电堆的空气出口连接所述膜加湿器的侧部的空气入口。

优选的，所述冷却液冷凝器包括本体，以及从下至上贯穿所述本体的空气通道，所述风机的空气出口连接所述空气通道的底端入口，所述空气通道的顶端出口连接所述膜加湿器的底部的空气入口。

优选的，所述冷却液冷凝器的冷却液入口位于所述本体的上部，所述冷却液冷凝器的冷却液出口位于所述本体的下部，所述冷却液经所述冷却液冷凝器的冷却液入口进入所述冷却液冷凝器后，围绕所述空气通道向下流至所述冷却液冷凝器的冷却液出口。

进一步优选的，所述空气通道的数量为9个，且9个所述空气通道为阵列排布。

优选的，还包括与所述电堆连接并用于给所述电堆供给氢气的阳极氢气供给模块。

进一步优选的，所述阳极氢气供给模块包括减压阀和引射器，所述减压阀的氢气出口连接所述引射器的氢气入口，所述引射器的氢气出口连接所述电堆的氢气入口，所述电堆的氢气出口连接所述引射器的氢气入口。

本发明的有益效果为：