[发明专利]燃料电池余热回收系统、燃料电池汽车及其工作方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池余热回收系统、燃料电池汽车及其工作方法。所述系统包括相变储热模块，燃料电池堆，燃料电池散热系统，氢气供应系统，空气供应系统。本发明回收燃料电池余热用于停车后燃料电池系统的保温和低温启动，具有结构简单，体积小、设计灵活、使用方便，无需维护，且易于管理等显著优点。因此，本发明具有极好的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池应用技术领域，特别是涉及燃料电池余热回收系统、燃料电池汽车及其工作方法。

背景技术

燃料电池能将存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转换成电能，不受卡诺循环的限制，通常转换效率在50％以上，被认为是21世纪首选的发电技术。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统用作汽车等交通工具的动力系统，在冬天时，可能会工作在0℃以下的环境，甚至是-40℃的低温。这样的低温环境下，电池不工作时，内部的水可能会结冰致使体积变大，导致燃料电池胀裂损坏，而且电池内部温度低于冰点时，没有自由水存在，燃料电池将面临启动失败，即使存在自由水，由于低温下燃料电池内催化剂活性很低，也很难启动发电向外输出电能。

燃料电池工作时会产生与发电量相当的余热废热，如果将燃料电池产生的热量蓄积起来在电池内部温度较低时加以利用，那么就可以有效延缓电池内部温度下降和防止结冰，从而增强燃料电池在寒冷地区的适应性，同时还可以实现电池低温启动，进一步提高能源综合利用率。

如果能提供一种充分回收利用汽车的燃料电池工作余热的技术方案，将是十分有意义的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种燃料电池余热回收系统，包括相变储热模块，燃料电池堆，燃料电池散热系统，氢气供应系统，空气供应系统；其中，燃料电池散热系统包括散热器，循环冷却泵和三通阀；空气供应系统包括空气泵，加湿器；

相变储热模块包含一个腔体，腔体内部填充相变材料，且留有部分未填充相变材料的真空空间，腔体内具有液体管道、气体管道；

燃料电池堆有冷却液出口、冷却液入口、空气入口、空气出口、氢气入口、氢气出口；

散热器设置有冷却液入口、冷却液出口；

加湿器具有干燥气体入口、气体出口、阴极排气入口、废气出口；

各部分的连接关系为：

燃料电池堆冷却液出口连接相变储热模块液体管道入口，三通阀入口连接相变储热模块液体管道出口，三通阀的一个出口连接燃料电池散热器冷却液入口，三通阀另一出口与燃料电池散热器冷却液出口一同连接冷却循环泵入口，冷却循环泵的出口连接燃料电池冷却液入口；氢气入口、氢气出口连接氢气供应系统；空气入口、空气出口连接空气供应系统；

空气泵出口连接相变储热模块气体管道入口，相变储热模块气体管道出口连接加湿器的干燥气体入口，加湿器的气体出口连接燃料电池堆空气入口，燃料电池堆空气出口连接加湿器阴极排气入口，空气加湿器废气出口排放废气。

进一步的，相变储热模块中，液体管道与气体管道浸没在相变材料中。

进一步的，液体管道与气体管道为螺旋排列结构的通路。

进一步的，相变储热模块的液体管道、气体管道由导热材料制作。

进一步的，燃料电池堆和/或相变储热模块和/或三通阀和/或它们之间的连接管道由隔热材料封装。

一种燃料电池汽车，设置有上述的燃料电池余热回收系统。

上述的燃料电池汽车的工作方法，包括：

利用余热为停车时燃料电池系统保温的流程；

利用余热实现燃料电池汽车快速冷启动的流程；