[发明专利]一种相变胶囊悬浮/漂浮热管理和冷启动系统

说明书

本发明涉及一种相变胶囊悬浮/漂浮热管理和冷启动系统。在冷却液箱内装有悬浮/漂浮相变胶囊和冷却液的组合体系，悬浮/漂浮相变胶囊的密度与冷却液的密度相当，使其能够悬浮于冷却液中，吸热后密度降低，使其能够漂浮于冷却液表面；冷却液箱与燃料电池堆之间连接形成冷却液的循环回路。本系统通过悬浮/漂浮相变胶囊和冷却液的组合体系与燃料电池堆进行热交换，当燃料电池工作时悬浮/漂浮相变胶囊吸收大量的热量使冷却液为燃料电池堆循环降温，并存储热量，当燃料电池停止运行时悬浮/漂浮相变胶囊释放相变潜热为燃料电池堆保温，缩短燃料电池冷启动时的预热时间，从而同时达到为燃料电池降温和保温的作用，优化燃料电池的热管理和冷启动系统。

技术领域

本发明属于燃料电池热管理和冷启动技术领域，特别涉及一种相变胶囊悬浮/漂浮热管理和冷启动系统。

背景技术

当前，传统化石能源日趋枯竭，且由于化石能源的大规模消耗造成了严重的环境污染，从而急需一种环境友好的新能源。氢能是一种洁净新能源，质子交换膜燃料电池以氢气为燃料，能够将氢气中的化学能直接转换为电能，在发电过程中只排出水，是一种利用氢能的零排放发电装置。该燃料电池已经被广泛应用于固定式电站、便携式电源、汽车驱动电源等领域。

目前，广泛应用于质子交换膜燃料电池中的关键材料之一是基于全氟磺酸膜的质子交换膜。该膜材料需在水存在的条件下发挥质子传导的特性，这限制了质子交换膜燃料电池仅能在100℃以下运行，从而使得燃料电池系统需要热管理。当燃料电池系统在低于0℃条件下启动时，由于发电过程中生成的水会迅速结冰，造成膜电极被不同程度破坏，从而较大程度上缩短燃料电池的使用寿命，这就需要燃料电池在停止工作期间保持一定的温度，也就是需要冷启动系统。综合上述热管理和冷启动，在设计燃料电池的辅助系统时，需要一整套较为复杂的热管理和冷启动系统。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种相变胶囊悬浮/漂浮热管理和冷启动系统。

一种相变胶囊悬浮/漂浮热管理和冷启动系统，其为，冷却液箱3分为上部的保温区31和下部的散热区32；在冷却液箱3内装有悬浮/漂浮相变胶囊和冷却液的组合体系，所述悬浮/漂浮相变胶囊的密度与冷却液的密度相当，使其能够悬浮于冷却液中，吸热后密度降低，使其能够漂浮于冷却液表面而进入保温区；冷却液箱3的冷却液出口经液泵2连接至燃料电池堆1中的冷却液进口，燃料电池堆1中的冷却液出口连接至冷却液箱3的冷却液进口，形成冷却液的闭合循环回路；在冷却液箱3的冷却液出口设有金属筛6，所述金属筛6的孔径小于悬浮/漂浮相变胶囊的粒径。

一种实施方式中，本系统还设有散热风扇5用于对散热区32中的冷却液进行散热。

一种实施方式中，所述悬浮/漂浮相变胶囊以固液相变材料和气液相变材料作为胶囊的芯材。

一种实施方式中，所述固液相变材料采用石蜡；所述气液相变材料采用低沸点易挥发的醇类，包括甲醇和/或乙醇；所述悬浮/漂浮相变胶囊的囊壁膜采用弹性膜，包括聚乙烯膜或聚丙烯膜。

一种实施方式中，所述悬浮/漂浮相变胶囊的平均密度为0.8～1.1g/cm³。

一种实施方式中，所述悬浮/漂浮相变胶囊的粒径为1～10mm；选用的悬浮/漂浮相变胶囊粒径相当，或为不同粒径的混合。悬浮/漂浮相变胶囊形状可以为半球形、球形，但不限于某种特定外形。

一种实施方式中，所述冷却液采用醇/水混合液，所述醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇中的一种或几种；通过调节醇/水比例，使得醇/水混合液的密度与所述悬浮/漂浮相变胶囊的密度相当。

一种实施方式中，所述悬浮/漂浮相变胶囊和冷却液的组合体系的制备方法包括如下步骤：

1)分别制备固液相变材料、气液相变材料和囊壁膜；

2)囊壁膜包覆固液相变材料和气液相变材料，制备悬浮/漂浮相变胶囊；