[发明专利]一种用于燃料电池传热均温的风冷式模块

说明书

本发明公开了一种用于燃料电池传热均温的风冷式模块；主要由燃料电池组件、翅片和风机系统组成；燃料电池组件包括端盖、膜电极、超薄均温板，多个膜电极和多个超薄均温板交替设置，每个膜电极的两侧分别设有超薄均温板，超薄均温板包括壳体、空腔体、吸液芯和工质；空腔体设置在壳体中，空腔体至少从壳体的一端伸出，空腔中设有吸液芯和工质；壳体的上表面或者下表面分别设有空气流道或氢气流道；超薄均温板的总体厚度不超过3mm；超薄均温板冷凝端上安装多个翅片。本发明超薄均温板的蒸发端既能够起到分隔反应气体，收集并传导电流；又将聚集在双极板表面的热流迅速传递并扩散到大面积的冷凝表面上，起到均温散热的效果。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池传热均温的风冷式模块。

背景技术

燃料电池被称之为继水电、火电和核电之后能持续产生电力的第四种连续发电方式，有着传统的火力发电难以比拟的诸多技术上的优点，它不经历热机卡诺循环过程而直接把燃料的化学能转变成电能，再通过电机来驱动车辆，当用内燃机带动发电机时，其效率仅为30％～40％；而燃料电池的效率可达50％～60％，其突出优点是减少污染排放，对于氢燃料电池，发电后的产物只有水，可实现零污染。所以燃料电池动力装置在环保与节能两方面的优势均极其突出。PEMFC在低温快速启动、比功率能量转换效率等方面的优越性能使其成为运载工具的首选电源，由于电解质采用高分子膜，具有构造简单、启动快、常温工作的优势，最适宜为汽车等交通工具提供无污染的动力电源。而PEMFC燃料电池堆的散热是影响燃料电池性能、寿命和运行安全的主要因素，也是下一代燃料电池技术的研发重点之一。

伴随着PEMFC化学反应生成电能的同时，还有部分化学能转化成热量，再加上电堆向外部输出电能时，由于自身内部也会产生极化热、欧姆热等热量，其中40％～50％的能量耗散将会产生热能，这些热能在PEMFC电堆内部积累导致电堆温度不断升高。温度对PEMFC性能的影响十分显著，PEMFC在运行中不断产生热量，如不及时排出多余的热量，其内部将逐渐升温，温度升高，有利于提高电化学反应速度和质子在电解质膜内的传递速度，获得更大的电流，电池性能变好，但温度高将使质子交换膜脱水，不满足膜的湿润条件，其电导率下降，电池性能变差，当温度接近100℃时，由于PEMFC采用的是聚合物电解质，质子膜的强度将下降，此时，如不及时降温，膜会出现微孔，使得氢气进入空气系统，危及运行安全，而且温度过高，水易呈气态，不利于膜电极内维持必要的水分。当电池内部温度过低时，输出电压将下降，电池组整体性能恶化。因此，维持PEMFC内部正常电化学反应的温度应保持在60～80℃，电堆内部要求各部分温度基本一致，以保证其工作性能。

现有技术中虽然已有相关PEMFC散热冷却的装置或系统，如冷却液循环排热、空气冷却和液体蒸发冷却、空冷加蒸发冷却。但这类系统由于需要风机、泵、换热器、管线以及其他附件而使结构过于庞大、复杂，同时它也使系统的投资增加。也有将热管应用于电子器件散热方面的文章和技术，但热管工作时将热源的热流从蒸发端传递到冷凝端，然后通过对流传热的方式将热量带走，由于热管的形状所限，其主要实现由蒸发端到冷凝端的一维方向传热。

中国实用新型专利CN203812974U公开了阵列热管式质子交换膜燃料电池热管理结构，中国发明专利申请CN103715441A公开了基于阵列热管相变传热的质子交换膜燃料电池热管理方法，但是该类现有技术存在有如下的问题：

1、基于燃料电池功率和尺寸的考虑，因此每个燃料电池单元做的非常薄，每个双极板厚度约为1～3mm。但是上述现有专利技术中在每个电池单元中插入安装一个铜制工作板，并将普通圆形热管安装在工作板内达到散热目的，这样会大大增加电堆的总体尺寸。

2、上述现有专利技术中热管采用普通圆管，普通圆形热管与工作板之间接触面积较小，换热效率不高，不能将大量的热量及时从燃料电池内部排出，严重影响电堆的正常工作。