[发明专利]一种蜂窝陶瓷管风冷燃料电池两级复合辅助冷启动装置

说明书

本发明属于质子交换膜燃料电池相关技术领域，并公开了一种蜂窝陶瓷管风冷燃料电池两级复合辅助冷启动装置，该装置包括供气风扇、一级加热器、二级加热器以及多个电磁阀，其中该供气风扇设置在阴极风冷燃料电池的阴极附近用于向一级加热器提供进气空气，该一级加热器呈电阻丝的形式，用于对进气空气执行一次加热，该二级加热器呈蜂窝陶瓷氢氧催化加热器的形式，并用于与一级加热器配合使空气实现二次加热；此外，所述多个电磁阀用于对输送至电堆本体和/或二级加热器的氢气执行不同的控制组合，由此实现不同工况的操作。通过本发明，能够顺利实现开放阴极燃料电池堆低成本无损超低温冷启动及运行，同时具备结构紧凑、便于操控、适应性好等优点。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池相关技术领域，更具体地，涉及一种蜂窝陶瓷管风冷燃料电池两级复合辅助冷启动装置。

背景技术

目前，开放阴极质子交换膜燃料电池通常由若干个单电池串联组成电堆使用，单电池由双极板、膜电极、双极板组合而成。由于其开放阴极的结构特点，通过在阴极入口或出口前加装风扇，向电堆吹入或者吸入空气进入电堆阴极流道，达到为电堆阴极供给空气与散热目的。在低温环境下，风扇送入大量冷空气会导致电堆内温度过低，反应过程中产生的水液化堵塞气体流道，甚至在阴极催化层凝结成固态冰对膜电极造成不可逆的严重损坏，最终导致低温启动失败。

针对以上技术问题，现有技术中已经提出了一些解决方案。例如，CN201480012775.9公开了一种用于飞机上的电源并利用催化系统的燃料电池系统，催化剂系统通过接收和燃烧来自燃料电池组件或者氢存储器的氢，提供热量用以加热水温调节燃料电池内部运行温度。然而，该种催化燃烧器需要调节液冷燃料电池液体冷却回路温度来达到调节电池温度的目的，其系统结构复杂，并且需要多路换热器组合使用。

CN201911117794.9公开了一种桶套式催化燃烧器，利用氢氧催化燃烧反应放热，适用于高温质子交换膜燃料电池中的甲醇水蒸气重整制氢反应，为重整反应器提供热量。然而，进一步的研究表明，该方案直接使用了氢气催化燃烧放热再提供热量给重整反应器制氢，仅适用于调节重整反应器床层温度。此外，CN202110887306.3公开了一种提高风冷燃料电池电堆低温环境适应性的装置，该装置通过将风冷燃料电池阴极出口空气引回阴极入口，将燃料电池自身工作中释放的热量循环利用，实现风冷燃料电池低温环境无辅助进气加热。然而，该装置在温度过低的环境中使用局限性较强，在电池启动初期电堆未能提供热量，该装置只能维持一般低温环境的稳定运行，无法达到低温冷启动效果。

相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究和改进，以便更好地满足开放阴极燃料电池堆低成本无损超低温冷启动及运行的复杂需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种蜂窝陶瓷管风冷燃料电池两级复合辅助冷启动装置，其中通过紧密结合开放阴极燃料电池堆低成本无损超低温冷启动及运行的特定需求，引入电阻丝加热+陶瓷蜂窝催化加热的两级加热体系，同时对相关组件的具体结构及多种加热方式重新进行了设计，相应能够顺利实现开放阴极燃料电池堆低成本无损超低温冷启动及运行，同时具备结构紧凑、便于操控、适应性好等优点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种蜂窝陶瓷管风冷燃料电池两级复合辅助冷启动装置，其特征在于，该装置包括供气风扇(1)、一级加热器(2)、二级加热器(3)以及多个电磁阀，其中：

所述供气风扇(1)设置在阴极风冷燃料电池的阴极附近，用于向所述一级加热器(2)提供进气空气；所述一级加热器(2)呈电阻丝的形式，并用于对输送至此的进气空气执行一次加热；所述二级加热器(3)呈蜂窝陶瓷氢氧催化加热器的形式，并用于对流经所述一级加热器(2)的空气执行可控的二次加热；