[实用新型]一种采用有机工质的燃料电池冷却系统

说明书

本实用新型提供一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，包括循环泵、燃料电池电堆、冷凝器、PTC加热器和控制装置，燃料电池电堆上设有进水口和出水口，燃料电池电堆内加入的冷却剂为低沸点的有机工质，冷凝器的出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与燃料电池电堆的进水口连通，燃料电池电堆的出水口与冷凝器的入口、PTC加热器的一端连通，PTC加热器的另一端与冷凝器的出口连通，控制装置控制PTC加热器和循环泵的打开或关闭；燃料电池电堆中的冷却剂的温度低于零度时，控制装置启动PTC加热器加热冷却剂；燃料电池电堆中的冷却剂的温度高于额定温度时，控制装置关闭PTC加热器，燃料电池电堆中的气态冷却剂流入冷凝器冷凝。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种采用有机工质的燃料电池冷却系统。

背景技术

燃料电池是一种高效率的能量转换装置，且使用过程中不产生任何污染物，有望成为未来理想的电能来源，其本质上是将储存在燃料(氢气)中的化学能转换为电能，理想转化效率为83％，目前实际效率一般在45～60％，而火电和核电的效率约为30～40％。燃料电池的反应生成物是水，基本不排放有害气体。

燃料电池需要合适的温度进行反应，温度过高或过低都会导致效率降低，因此，对燃料电池进行合理的热管理十分重要。一方面，在燃料电池将电能转换为电能的过程中会产生大量的热量，如果散热不及时则会对电堆的寿命和性能产生非常不利的影响。另一方面，燃料电池系统刚启动时温度较低(环境温度)，系统效率低；尤其当启动温度低于冰点时，电堆内反应生成的水可能会结冰，从而导致电堆永久性损坏；因此，燃料电池需要在启动阶段快速升温。

目前燃料电池散热方式以水冷和空冷为主，小功率电堆采用空冷即可满足散热需求，随着功率的提升，需要使用比热容更大的冷却水带走更多的热量，目前车用的燃料电池发动机系统主要使用水冷方式。随着燃料电池技术的进一步发展，功率和发热量不断攀升，冷却水用量越来越大，导致系统体积不断增加的同时，水泵的功率也不断增加。同时，冷却水量的快速增加对于系统快速启动十分不利，由于水的比热容较大，启动阶段需要提供大量的热量加热冷却水，冷启动时所需时间更长。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，该冷却系统能在确保燃料电池电堆散热的同时减小系统体积、降低循环泵功率、减少冷启动时间。

本实用新型提供一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，包括循环泵、燃料电池电堆、冷凝器、PTC加热器和控制装置，所述燃料电池电堆上设有进水口和出水口，所述燃料电池电堆内加入的冷却剂为低沸点的有机工质，所述循环泵位于燃料电池电堆和冷凝器之间，所述冷凝器的出口与循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与燃料电池电堆的进水口连通，所述燃料电池电堆的出水口与冷凝器的入口、PTC加热器的一端连通，所述PTC加热器的另一端与冷凝器的出口连通，所述控制装置控制PTC加热器和循环泵的打开或关闭；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度低于零度时，控制装置启动循环泵和PTC加热器，在循环泵的作用下，从燃料电池电堆的出水口流出的冷却剂流经PTC加热器被加热，然后返回燃料电池电堆；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度高于额定温度(额定温度为60-80℃)时，一部分汽化成为气态冷却剂，所述控制装置关闭PTC加热器，燃料电池电堆中的气态冷却剂流入冷凝器冷凝为液态冷却剂，然后在循环泵的作用下，液态冷却剂返回燃料电池电堆。

进一步地，所述循环泵与燃料电池电堆的进水口之间设置第一传感器，所述第一传感器用来检测流入循环电池电堆的冷却剂的温度和压力。

进一步地，所述燃料电池电堆的出水口与冷凝器之间设置第二传感器，所述第二传感器用来检测流出循环电池电堆的冷却剂的温度和压力。