一種利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及燃料電池散熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)峻，以及傳統(tǒng)能源帶來的環(huán)境污染問題的加劇，天然氣與氫能等新型能源的應(yīng)用逐步受到重視。燃料電池作為一種新型能源供給裝置，能夠高效、環(huán)保地將儲(chǔ)存在燃料與氧化劑內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)沒有污染物排出。在環(huán)境能源備受關(guān)注的今天，燃料電池的發(fā)展日益受到各國政府與科技人員的重視。
[0003]氫是燃料電池的最佳燃料，在未來的氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代，燃料電池是將氫能轉(zhuǎn)化為電能的最優(yōu)裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，簡稱PEMFC)，以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)，氫氣和氧氣分別作為燃料和氧化劑，陽極氫氣和陰極氧氣催化反應(yīng)生成水和熱，反應(yīng)伴隨電子流動(dòng)，直接產(chǎn)生電能。而溫度對燃料電池系統(tǒng)的性能有重要的影響；低溫時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)速率降低，電堆效率降低；高溫時(shí)，電堆內(nèi)產(chǎn)生液態(tài)水易蒸發(fā)，從而導(dǎo)致質(zhì)子交換膜失水干燥，影響離子的傳遞性能；因此燃料電池系統(tǒng)需在一定溫度范圍內(nèi)工作。
[0004]燃料電池散熱系統(tǒng)使電堆內(nèi)溫度保持的合理范圍內(nèi)，具有十分重要的作用。目前燃料電池系統(tǒng)的散熱方式與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相似，使用比熱容較大的水作為冷卻液，將低溫水通入電堆吸熱，利用散熱器為冷卻水散熱，從而實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。這種散熱方式具有冷卻液流量大、輔助系統(tǒng)寄生功率大等缺點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提出一種能夠維持電堆內(nèi)溫度平衡，且冷卻流量小、輔助系統(tǒng)寄生功率小、冷卻液余熱利用、空氣預(yù)加熱的利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)。
[0006]為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)，包括電堆，與所述電堆連接并用于給所述電堆供給空氣的陰極空氣供給模塊，還包括用于冷卻所述電堆并能夠?qū)λ鲫帢O空氣供給模塊中的空氣預(yù)加熱的冷卻液循環(huán)模塊。
[0008]優(yōu)選的，所述冷卻液循環(huán)模塊包括冷卻液儲(chǔ)罐、變頻水泵、離子過濾器、冷卻液冷凝器，所述冷卻液儲(chǔ)罐中裝有冷卻液，所述冷卻液儲(chǔ)罐的冷卻液出口連接所述變頻水泵的冷卻液入口，所述變頻水泵的冷卻液出口連接所述離子過濾器的冷卻液入口，所述離子過濾器的冷卻液出口連接所述電堆的冷卻液入口，所述電堆的冷卻液出口連接所述冷卻液冷凝器的冷卻液入口，所述冷卻液冷凝器的冷卻液出口連接所述冷卻液儲(chǔ)罐的冷卻液入口。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電堆的冷卻液入口與所述離子過濾器的冷卻液出口之間設(shè)置有第一溫度傳感器，所述電堆的冷卻液出口與所述冷卻液冷凝器的冷卻液入口之間設(shè)置有第二溫度傳感器，所述變頻水泵包括控制器，所述控制器與所述第一溫度傳感器、所述第二溫度傳感器連接，并通過所述第二溫度傳感器與所述第一溫度傳感器的溫度之差控制所述變頻水泵的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)流經(jīng)所述變頻水泵的冷卻液的流量。
[0010]優(yōu)選的，所述冷卻液冷凝器的冷卻液出口與所述冷卻液儲(chǔ)罐的冷卻液入口之間設(shè)置有散熱器。
[0011]優(yōu)選的，所述陰極空氣供給模塊包括風(fēng)機(jī)和膜加濕器，所述風(fēng)機(jī)的空氣出口連接所述冷卻液冷凝器的底部的空氣入口，所述冷卻液冷凝器的頂部的空氣出口連接所述膜加濕器的底部的空氣入口，所述膜加濕器的頂部的空氣出口連接所述電堆的空氣入口，所述電堆的空氣出口連接所述膜加濕器的側(cè)部的空氣入口。
[0012]優(yōu)選的，所述冷卻液冷凝器包括本體，以及從下至上貫穿所述本體的空氣通道，所述風(fēng)機(jī)的空氣出口連接所述空氣通道的底端入口，所述空氣通道的頂端出口連接所述膜加濕器的底部的空氣入口。
[0013]優(yōu)選的，所述冷卻液冷凝器的冷卻液入口位于所述本體的上部，所述冷卻液冷凝器的冷卻液出口位于所述本體的下部，所述冷卻液經(jīng)所述冷卻液冷凝器的冷卻液入口進(jìn)入所述冷卻液冷凝器后，圍繞所述空氣通道向下流至所述冷卻液冷凝器的冷卻液出口。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述空氣通道的數(shù)量為9個(gè)，且9個(gè)所述空氣通道為陣列排布。
[0015]優(yōu)選的，還包括與所述電堆連接并用于給所述電堆供給氫氣的陽極氫氣供給模塊。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陽極氫氣供給模塊包括減壓閥和引射器，所述減壓閥的氫氣出口連接所述引射器的氫氣入口，所述引射器的氫氣出口連接所述電堆的氫氣入口，所述電堆的氫氣出口連接所述引射器的氫氣入口。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0018]本實(shí)用新型的利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)，包括電堆，與所述電堆連接并用于給所述電堆供給空氣的陰極空氣供給模塊，還包括用于冷卻所述電堆并能夠?qū)λ鲫帢O空氣供給模塊中的空氣預(yù)加熱的冷卻液循環(huán)模塊；其利用冷卻液循環(huán)模塊進(jìn)行電堆內(nèi)部的冷卻，并通過在冷卻電堆過程中吸熱的冷卻液循環(huán)至空氣處，對要進(jìn)入到電堆內(nèi)的空氣進(jìn)行預(yù)先的加熱，以提高快速反應(yīng)，提高效率，且維持了電堆內(nèi)溫度平衡，冷卻液將電堆內(nèi)的熱量重復(fù)利用，進(jìn)而冷卻液余熱得到了再次利用，冷卻流量小、輔助系統(tǒng)寄生功率小。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型的利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是圖1中的冷卻液冷凝器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1_風(fēng)機(jī)；2_冷卻液冷凝器；3_膜加濕器；4-電堆；5_第二溫度傳感器；6-引射器；7_減壓閥；8_散熱器；9_冷卻液儲(chǔ)罐；10_變頻水泵；11_第一溫度傳感器；12_離子過濾器；21-冷卻液入口 ；22_冷卻液出口 ；23_空氣通道。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0023]如圖1至2所示，一種利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)，包括電堆4，與所述電堆4連接并用于給所述電堆4供給空氣的陰極空氣供給模塊，還包括用于冷卻所述電堆4并能夠?qū)λ鲫帢O空氣供給模塊中的空氣預(yù)加熱的冷卻液循環(huán)模塊。該利用相變冷卻的燃料電池散熱系統(tǒng)，利用冷卻液循環(huán)模塊進(jìn)行電堆內(nèi)部的冷卻，并通過在冷卻電堆過程中吸熱的冷卻液循環(huán)至空氣處，對要進(jìn)入到電堆內(nèi)的空氣進(jìn)行預(yù)先的加熱，以提高快速反應(yīng)，提高效率，且維持了電堆內(nèi)溫度平衡，冷卻液將電堆內(nèi)的熱量重復(fù)利用，進(jìn)而冷卻液余熱得到了再次利用，冷卻流量小、輔助系統(tǒng)寄生功率小。
[0024]優(yōu)選的，所述冷卻液循環(huán)模塊包括冷卻液儲(chǔ)罐9、變頻水泵10、離子過濾器12、冷卻液冷凝器2，所述冷卻液儲(chǔ)罐9中裝有冷卻液，所述冷卻液儲(chǔ)罐9的冷卻液出口連接所述變頻水泵10的冷卻液入口，所述變頻水泵10的冷卻液出口連接所述離子過濾器12的冷卻液入口，所述離子過濾器12的冷卻液出口連接所述電堆4的冷卻液入口，所述電堆4的冷卻液出口連接所述冷卻液冷凝器2的冷卻液入口，所述冷卻液冷凝器2的冷卻液出口連接所述冷卻液儲(chǔ)罐9的冷卻液入口。
[0025]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電堆4的冷卻液入口與所述離子過濾器12的冷卻液出口之間設(shè)置有第一溫度傳感器11，所述電堆4的冷卻液出口與所述冷卻液冷凝器2的冷卻液入口之間設(shè)置有第二溫度傳感器5，所述變頻水泵10包括控制器，所述控制器與所述第一溫度傳感器11、所述第二溫度傳感器5連接，并通過所述第二溫度傳感器5與所述第一溫度傳感器11的溫度之差控制所述變頻水泵10的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)流經(jīng)所述變頻水泵10的冷卻液的流量。
[0026]優(yōu)選的，所述冷卻液冷凝器2的冷卻液出口與所述冷卻液儲(chǔ)罐9的冷卻液入口之間設(shè)置有散熱器8。
[0027]優(yōu)選的，所述陰極空氣供給模塊包括風(fēng)機(jī)I和膜加濕器3，所述風(fēng)機(jī)I的空氣出口連接所述冷卻液冷凝器2的底部的空氣入口，所述冷卻液冷凝器2的頂部的空氣出口連接所述膜加濕器3的底部的空氣入口，所述膜加濕器3的頂部的空氣出口連接所述電堆4的空氣入口，所述電堆4的空氣出口連接所述膜加濕器3的側(cè)部的空氣入口。
[0028]優(yōu)選的，所述冷卻液冷凝器2包括本體，以及從下至上貫穿所述本體的空氣通道23，所述風(fēng)機(jī)I的空氣出口連接所述空氣通道23的底端入口，所述空氣通道23的頂端出口連接所述膜加濕器3的底部的空氣入口。進(jìn)一步