[发明专利]一种低温环境的水冷燃料电池系统

说明书

一种低温环境的水冷燃料电池系统，包括，空间，其内部温度至少保持高于水的冰点，其外部环境温度低于水的冰点，电堆，其提供电化学反应区域，大循环管路经过电堆以通过水与电堆非接触地热交换的方式对电堆降温，大循环管路至少一段区域设置在空间外部，向电堆阴极提供空气的管路分出支路连通至大循环管路以在电堆停机时至少将大循环管路设置在空间外部内的水分吹扫进入空间内。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种低温环境的水冷燃料电池系统。

背景技术

燃料电池通过消耗氢气等燃料发电，具有效率高、环保等特点，用途广泛。燃料电池的基本原理为氢气与氧气发生电化学反应，产生电，同时生成物为水。当处于零度以下的低温环境时，水结冰将导致无法正常工作，甚至导致管道破裂，电堆损坏等严重后果。

为了解决水结冰的问题，常用的技术包括了以下几个方面：

1)对电堆和系统进行干燥吹扫，也就是等燃料电池停止工作后，先将电堆和系统中生成的水分吹干，再断电保存。

2)启动时先进行加热或进行逐步加载的低温启动控制，大幅度增加了启动的时间。

3)冷却系统采用耐低温的防冻液。

以上措施必须同时采用，造成的负面影响包括：

1)需要增加吹扫和加热的结构，并通过控制予以实现，增加了系统复杂性和成本；

2)启动和停机的过程增长，造成用户体验差，且启停期间所需要的辅助电源容量较大；

3)与利用水来冷却相比，采用防冻液冷却给电堆和系统结构设计增加了复杂性，且防冻液的流阻大，比热容小，散热效果比水差。另外，燃料电池专用的防冻液要求导电率低，因此成本较高，维护和补充也较困难。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种低温环境的水冷燃料电池系统，包括，空间，其内部温度至少保持高于水的冰点，其外部环境温度低于水的冰点，电堆，其提供电化学反应区域，大循环管路经过电堆以通过水与电堆非接触地热交换的方式对电堆降温，大循环管路至少一段区域设置在空间外部，向电堆阴极提供空气的管路分出支路连通至大循环管路以在电堆准备停机时至少将大循环管路设置在空间外部内的水分吹扫进入空间内。

优选地，大循环管道包括容器、泵、散热器，泵分别连通容器和电堆以将容器中的水送入电堆，电堆与散热器连通以将热交换后的水送入散热器降温，散热器回连至容器，其中，散热器设置在空间外部。

优选地，电堆通过电堆出水管道连通至三通阀在连通至散热器进水管道的方式连通至散热器，三通阀具有第一口和第二口，分别连通至电堆出水管道和散热器进水管道。

优选地，三通阀还具有第三口，其连接至小循环管道，小循环管道连通至容器。

优选地，空气压缩机通过电堆进气管道连通至电堆，在电堆进气管道上分离出的支路上设置有吹扫阀门。

优选地，支路连通至散热器进水管道，在电堆正常工作时，三通阀第一口与第二口被控连通，第三口被控关闭。

优选地，散热器通过散热器出水管道回连至容器，在电堆准备停机时，泵被控关闭，吹扫阀门被控打开以将散热器进水管道、散热器和散热器出水管道中的水分吹入容器。

优选地，在电堆开机时，泵被控打开，吹扫阀门被控关闭，三通阀的第一口和第三口被控连通，第二口被控关闭以使得容器的水进入电堆热交换后进入小循环管道回流至容器。