[发明专利]空气直冷式氢电堆的冷却气流控制方法

摘要

本发明公开了一种空气直冷式氢电堆的冷却气流控制方法，其特征是在所述氢电堆系统中增加一个空气阻力分布控制板和使用回风方法，所述的空气阻力分布控制板乃系具有绝缘层的金属材料和/或有绝缘性能的聚合物的蜂窝板，其上带有蜂窝状通孔，通孔可以是三角形、四边形、圆形和/或六边形，板的厚度可视冷却效果通过减薄加工进行调整；所述的回风方法是指在氢电堆中加入冷却空气的回风通路，通过带有控制阀片的一条通道和/或多条通道将经过氢电堆加热的冷却空气返回部分或其全部，通过风扇由前端吸入，与新的冷却空气混合，对氢电堆进行冷却。本发明具有可降低燃料电池系统的重量、体积和造价、提高氢电堆的启动速度和降低系统防冻难度的优点。

主权项

1、一种空气直冷式氢电堆的冷却气流控制方法，其特征在于：在所述氢电堆系统中增加一个空气阻力分布控制板和使用回风方法，对于吹入式冷却方式，阻力板(4)位于风扇(1)与氢电堆(3)之间或氢电堆之后；对于吸入式冷却方式，阻力板(4)位于氢电堆(3)之前或氢电堆与风扇之间；其中：所述的空气阻力分布控制板乃系具有绝缘层的金属材料或绝缘的聚合物的蜂窝板，其上带有蜂窝状通孔，通孔可以是三角形、四边形、圆形和/或六边形的几何形状；板的厚度可按下述步骤进行调整：(1.1)先计算或测定风扇的风速在没有氢电堆和/或有氢电堆条件下的气流截面上的分布；(1.2)在氢电堆后紧贴电堆压上厚度均匀的阻力板原板，阻力板的开孔与氢电堆通孔可以是一致或不一致；(1.3)在特定环境温度和额定工况下，测定有阻力板和/或无阻力板的氢电堆各冷却空气孔道的气流温度和/或测定阻力板上流出的冷却空气的温度分布；(1.4)根据步骤(1.1)和步骤(1.3)对气流温度比较高的部位的阻力板进行减薄加工；所述减薄的一面是阻力板背离氢电堆的面；(1.5)在特定环境温度和额定工况下测定经过步骤(1.4)减薄的阻力板的各冷却空气孔道的气流温度和/或测定阻力板上流出的冷却空气的温度分布；(1.6)根据步骤(1.5)对气流温度比较高的部位的阻力板再次进行减薄加工；所述减薄加工的面仍是阻力板背离氢电堆的面；(1.7)重复步骤(1.5)和步骤(1.6)，直到测量的温度分布比较均匀，满足氢电堆稳定工作的条件；(1.8)如果阻力板原板的减薄部分已接近其全部板厚，则提高原板厚度或减小通孔孔径以及同时采用提高厚度和减小孔径后继续(1.2)到(1.7)的步骤，直到步骤(1.7)的温差条件得到满足；所述的回风方法乃系在氢电堆中加入冷却空气的回风通路(9)，通过单独的一条通道和/或多条通道(7)，并且具有截断、开通、控制流量的控制阀片(8)将经过氢电堆加热的冷却空气返回一部分或其全部，回到氢电堆前端，通过风扇由前端被风扇吸入，与新的冷却空气混合，对氢电堆进行冷却，温度可以接近上述特定温度，防止风冷对氢电堆产生冻结；其工艺步骤如下：(1.9)上述的回风控制依据是氢电堆排出的经过混合的冷却空气温度，如果排出冷却空气的温度低于系统设定的温度，则开启回风的阀片，降低新风的进入，待氢电堆回风温度接近系统的设定温度，再开启新风的进入；(1.10)对于低温环境下的启动，系统根据检测的氢电堆和环境温度，判断氢电堆如果出现冻结，则先使用完全的回风，同时开启回风通路中的加热器，当回风温度达到系统设定值，则允许氢电堆启动发电，停止加热。