[发明专利]用于燃料电池的冷却系统及散热方法

说明书

本发明提供一种用于燃料电池的冷却系统，其中该冷却系统无需任何去离子元件或部件，从而在降低该冷却系统的制造成本的同时，还减少了燃料电池的制造工艺步骤和降低了燃料电池的结构复杂度，和大幅度降低了整个燃料电池(系统)的维护难度。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，尤其涉及一种用于燃料电池的冷却系统。本发明还进一步涉及一种用于燃料电池的散热方法。

背景技术

燃料电池，尤其是质子膜交换燃料电池(或氢燃料电池)，能够直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，因而具有能量转化效率高,噪音低,污染小和寿命长等优点,日益受到人们的重视。然而，在实际运行中，燃料的相当大部分化学能被燃料电池转化成热能。在燃料电池中，热能的产生方式包括电化学反应热、电阻热和相变热等。如果不对燃料电池进行有效的热管理，随着燃料电池持续运行和电化学反应的不断发生，热量将在燃料电池堆内不断积累，最终导致燃料电池的流场板，甚至导致整个燃料电池堆的温度过高。燃料电池流场板的温度过高，会导致质子交换膜失去水分而失去其应有功能和催化剂催化效率的下降，而这将会导致燃料电池的电化学反应速度和输出功率快速下降，甚至可能会造成安全事故。因此，要使燃料电池能够持续地高效率运行，良好的热管理系统不可或缺。

根据冷却介质的不同，燃料电池可被分为空冷(热传递介质或冷却介质为空气等气体)燃料电池和水冷(热传递介质或冷却介质为水或水溶液等液体)燃料电池。对于输出功率较低的燃料电池，如输出功率不高于2kW的燃料电池，则采用空气冷却就能满足电池的冷却需要。对于输出功率较高的燃料电池，如当燃料电池的输出功率超过10kW时，则需要采用液体，如水或水溶液进行冷却。

如附图之图1和图2所示的是两种常见的现有用于燃料电池的(水)冷却系统。一般地，现有用于燃料电池的水冷系统包括水泵1、设置在燃料电池2的阴极流场板和阳极流场板之间的冷却通道、与冷却通道的两端分别相连通的水流管路3和与水流管路3相连接的热交换器4(或散热器)，其中流动在该冷却通道和水流管路3中的水(或其它热传递介质)将燃料电池的阴极流场板和阳极流场板产生的热传输至该散热器4，以便其通过空气或空气流将其散发出去，水泵或加压泵1维持和/或加速水流在冷却通道、水流管路3和/或散热器4中的流动。此外，由于燃料电池的阴极流场板和阳极流场板的导电性，冷却系统所使用的热传递介质需要保持低导电性甚至是绝缘性，以确保燃料电池的正常运行和能量转化效率。然而，为了确保散热效率，冷却系统的热传递介质流经的管路，尤其是散热器4，甚至是水流管路3，所使用的材料一般由金属材料制成。热传递介质，尤其是水性或含水热传递介质，长时间接触金属材质的散热器4和水流管路3后，会生成金属离子，并进入该热传递介质。为了防止热传递介质中金属离子的产生，人们尝试了诸多手段。例如，人们尝试向热传递介质中加入缓蚀剂的方式，来保护散热器4和水流管路3的内壁，以延缓两者的腐蚀。但是，这种添加缓蚀剂的方式仅能缓解金属离子的产生，并不能从根本上解决问题。此外，在长时间使用缓蚀剂后，由于一些不明原因，某些时候，缓蚀剂的缓蚀效果会大大降低。最后，缓蚀剂价格昂贵，导致燃料电池的制造成本较高。另外，人们还尝试了在散热器4和水流管路3的内壁镀层、对散热器4和水流管路3的内壁进行钝化处理或涂覆防腐蚀涂层。然而，散热器4和水流管路3为一体成型结构，且其管道较为细小。这些因素给对散热器4和水流管路3的内壁处理带来了很大困难。例如，在对散热器4和水流管路3的内壁进行镀层时，很难对散热器4和水流管路3的内壁深处部分进行镀层处理，或者此部分形成的镀层不均。对散热器4和水流管路3的内壁的钝化处理，不但消耗时间长，会降低其散热性能，也会出现钝化不均的现象。此外，使用酸性试剂对散热器4和水流管路3的内壁进行钝化时，还可能导致其被酸性试剂蚀穿。