[发明专利]利用燃料电池系统的水输出蒸发冷却散热器的系统和方法

说明书

本公开总体上涉及使用来自燃料电池系统的水输出来帮助散热器的散热和蒸发冷却的系统和方法。

相关申请的交叉引用

该非临时申请在35美国专利申请第119(e)和任何其它适用法律或法规下要求在2021年三月十五日提交的美国临时专利申请系列号为63/161223的益处和优先权，该申请的全部公开内容通过引用特此明确地并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及使用来自燃料电池系统的水输出来帮助散热器的散热和蒸发冷却的系统和方法。

背景技术

燃料电池系统因其有效利用燃料以产生直流(DC)和/或交流(AC)电功率而为人所知。某些燃料电池，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)，在提供电力以满足工业和市政需求的大规模电力系统中运行。其它的用于较小的便携式应用，例如为汽车、卡车或其它工业设备和车辆提供动力。其它常见类型的燃料电池包括磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)，所有这些燃料电池通常都以其电解质命名。

燃料电池通过在离子导电层上电化学结合燃料和氧化剂来产生电力。燃料电池通常以电串联方式聚集在燃料电池组装件中，以在有用的电压或电流下产生功率。因此，互连结构用于串联或并联连接或耦合相邻的燃料电池，以形成燃料电池堆或燃料电池系统。

燃料电池系统排出(reject)热并要求定期主动液体冷却。诸如管、阀和接头连接器之类的管道部件被耦合到燃料电池以引导诸如燃料、氧化剂、冷却剂和副产品之类的流体进入和离开燃料电池。进入燃料电池系统的冷却剂的温度被保持在一定范围内。

当系统由内燃机提供动力时，来自系统的热可通过至少两个路径控制和/或消散：(1)与引擎热连通的散热器，和(2)通过经由各种部件(例如(一个或多个)催化转化器、尾管等)排放加热的排气产物。不像具有稳健排气系统的引擎，来自由燃料电池系统供电的系统的热主要通过散热器排出。在大多数情况下，由燃料电池系统排出的热通过冷却剂排出。

虽然燃料电池系统通常在与引擎相比更低的冷却剂温度下运行，例如在约55℃至约90℃，但是在燃料电池系统中使用的散热器通常试图将在该更低的冷却剂温度下由燃料电池产生的热消散至环境温度。在正常情况下，燃料电池系统的冷却剂温度保持在约55℃至约90℃。冷却剂的温度与环境温度的温度相比的差异相对较小。因此，在大多数情况下，在由燃料电池系统供电的系统中要求大型散热器来散热。

水是大多数燃料电池系统的副产物。通常，水与来自燃料电池系统的排气一起输出、排出并从系统中丢弃。因此，需要有确定能够在燃料电池系统中散热的更好的方法。此外，还需要有一种更好的手段来处理在使用过程中来自燃料电池系统的水输出。

通过有效地使用来自燃料电池系统的水输出来冷却系统的受热部分，例如散热器，这可以通过蒸发(即，蒸发冷却)进一步散热。使用蒸发冷却可以导致改进的燃料电池系统、更好的车辆和燃料电池系统操作效率以及散热器的减小尺寸。根据操作条件，散热器的尺寸可以减小高达约40%。例如，散热器尺寸的减小可以在从约2%至约40%的范围内，包括其中包含的任何百分比。在一些实施例中，散热器尺寸的减小范围可以在从约5%到约40%、从约10%到约35%、从约15%到约30%、从约20%到约25%、从约10%到约40%、从约15%到约40%、从约20%到约40%、从约25%到约40%、从约30%到约40%以及从约35%到约40%的范围内。

本文描述了一种方法和系统(例如，车辆、动力系统或固定系统)，其利用来自燃料电池系统的水输出来对由燃料电池系统中的一个或多个提供动力的系统的散热器产生蒸发冷却效果。本公开涉及一种方法或系统，其可以减小燃料电池应用所需的散热器尺寸，因为将要求较少的空气流来实现排出热。本公开的方法或系统还可减少从散热器风扇汲取的功率，并且在热和/或干燥的环境温度和条件下尤其有效，此时通过散热器从燃料电池系统排热尤其困难。由于这些和其它原因，本说明书提供了一种用于出于通过蒸发冷却散热器来散热的目的而使用来自燃料电池系统的水输出的方法和系统。