[发明专利]一种用于大功率氢燃料电池堆的仿生相变冷却系统及方法

说明书

本发明涉及大功率氢燃料电池堆冷却技术，具体是一种用于大功率氢燃料电池堆的仿生相变冷却系统及方法。本发明解决了传统的大功率氢燃料电池堆冷却技术热交换能力差的问题。一种用于大功率氢燃料电池堆的仿生相变冷却系统，包括电堆、储水箱、储液箱、两个循环泵、电控三通阀、电加热器、两个散热器、两个仿生换热单元、水气分离器、三个温度传感器、控制器；所述仿生换热单元包括箱形壳体、两组半椭圆形冷却板、两根导液管、两根导气管。本发明适用于大功率氢燃料电池堆冷却。

技术领域

本发明涉及大功率氢燃料电池堆冷却技术，具体是一种用于大功率氢燃料电池堆的仿生相变冷却系统及方法。

背景技术

大功率氢燃料电池堆因具有功率密度高的特点，需要在高电流密度下运行，由此必然导致内部热量过度增加，从而不仅降低自身反应效率，而且缩短自身使用寿命。因此，为了提高大功率氢燃料电池堆的反应效率、延长大功率氢燃料电池堆的使用寿命，需要对大功率氢燃料电池堆进行冷却。而传统的冷却技术由于自身原理(其采用液体冷却方式)所限，普遍存在热交换能力差的问题，由此导致冷却效率低、冷却效果差。

研究表明：①鲫鱼(Carassius auratus)是我国最常见的淡水鱼类之一，在全国各地广泛分布。鲫鱼鱼鳃的鳃丝上密布着无数的鳃板，毛细血管极其丰富，形成极大的表面积。鲫鱼是变温动物，其可以通过鳃板，使自身流经鳃板的血液与流经鳃板的水快速进行热交换，由此使得自身温度保持在合适的范围，从而维持自身机能。②与液体冷却方式相比，相变冷却方式通过利用汽化吸热原理，具备了更强的热交换能力。

因此，若能通过仿生鲫鱼鱼鳃并结合相变冷却方式来对大功率氢燃料电池堆进行冷却，则必然能够提高冷却效率、改善冷却效果。基于此，有必要发明一种用于大功率氢燃料电池堆的仿生相变冷却系统及方法，以解决传统的大功率氢燃料电池堆冷却技术热交换能力差的问题。

发明内容

本发明为了解决传统的大功率氢燃料电池堆冷却技术热交换能力差的问题，提供了一种用于大功率氢燃料电池堆的仿生相变冷却系统及方法。

本发明是采用如下技术方案实现：

一种用于大功率氢燃料电池堆的仿生相变冷却系统，包括电堆、储水箱、储液箱、两个循环泵、电控三通阀、电加热器、两个散热器、两个仿生换热单元、水气分离器、三个温度传感器、控制器；

其中，储水箱中储存有水；储水箱的出口与第一个循环泵的入口连通；第一个循环泵的出口与电堆的加湿口连通；

储液箱中储存有冷却液；储液箱的出口与第二个循环泵的入口连通；第二个循环泵的出口与电控三通阀的入口连通；电控三通阀的第一个出口与电加热器的入口连通；电控三通阀的第二个出口与第一个散热器的入口连通；电加热器的出口、第一个散热器的出口均与第一个仿生换热单元的液体入口连通；

第一个仿生换热单元的液体出口与第二个散热器的入口连通；第二个散热器的出口与第二个仿生换热单元的液体入口连通；第二个仿生换热单元的液体出口与储液箱的入口连通；

第一个仿生换热单元的气体出口分别与电堆的空气入口、电堆的氢气入口连通；电堆的空气出口与第二个仿生换热单元的气体入口连通；第二个仿生换热单元的气体出口与水气分离器的入口连通；水气分离器的液体出口与储水箱的入口连通；

第一个温度传感器安装于第一个仿生换热单元的气体出口；第二个温度传感器安装于电堆的空气出口；第三个温度传感器安装于第二个仿生换热单元的气体出口；

控制器的输入端分别与三个温度传感器的输出端连接；控制器的输出端分别与两个循环泵的控制端、电控三通阀的控制端、电加热器的控制端、两个散热器的控制端连接；

所述仿生换热单元包括箱形壳体、两组半椭圆形冷却板、两根导液管、两根导气管；