一种采用有机工质的燃料电池冷却系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，包括循环泵、燃料电池电堆、冷凝器、PTC加热器和控制装置，燃料电池电堆上设有进水口和出水口，燃料电池电堆内加入的冷却剂为低沸点的有机工质，冷凝器的出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与燃料电池电堆的进水口连通，燃料电池电堆的出水口与冷凝器的入口、PTC加热器的一端连通，PTC加热器的另一端与冷凝器的出口连通，控制装置控制PTC加热器和循环泵的打开或关闭；燃料电池电堆中的冷却剂的温度低于零度时，控制装置启动PTC加热器加热冷却剂；燃料电池电堆中的冷却剂的温度高于额定温度时，控制装置关闭PTC加热器，燃料电池电堆中的气态冷却剂流入冷凝器冷凝。

【技术实现步骤摘要】
一种采用有机工质的燃料电池冷却系统
本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种采用有机工质的燃料电池冷却系统。
技术介绍
燃料电池是一种高效率的能量转换装置，且使用过程中不产生任何污染物，有望成为未来理想的电能来源，其本质上是将储存在燃料(氢气)中的化学能转换为电能，理想转化效率为83％，目前实际效率一般在45～60％，而火电和核电的效率约为30～40％。燃料电池的反应生成物是水，基本不排放有害气体。燃料电池需要合适的温度进行反应，温度过高或过低都会导致效率降低，因此，对燃料电池进行合理的热管理十分重要。一方面，在燃料电池将电能转换为电能的过程中会产生大量的热量，如果散热不及时则会对电堆的寿命和性能产生非常不利的影响。另一方面，燃料电池系统刚启动时温度较低(环境温度)，系统效率低；尤其当启动温度低于冰点时，电堆内反应生成的水可能会结冰，从而导致电堆永久性损坏；因此，燃料电池需要在启动阶段快速升温。目前燃料电池散热方式以水冷和空冷为主，小功率电堆采用空冷即可满足散热需求，随着功率的提升，需要使用比热容更大的冷却水带走更多的热量，目前车用的燃料电池发动机系统主要使用水冷方式。随着燃料电池技术的进一步发展，功率和发热量不断攀升，冷却水用量越来越大，导致系统体积不断增加的同时，水泵的功率也不断增加。同时，冷却水量的快速增加对于系统快速启动十分不利，由于水的比热容较大，启动阶段需要提供大量的热量加热冷却水，冷启动时所需时间更长。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，该冷却系统能在确保燃料电池电堆散热的同时减小系统体积、降低循环泵功率、减少冷启动时间。本技术提供一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，包括循环泵、燃料电池电堆、冷凝器、PTC加热器和控制装置，所述燃料电池电堆上设有进水口和出水口，所述燃料电池电堆内加入的冷却剂为低沸点的有机工质，所述循环泵位于燃料电池电堆和冷凝器之间，所述冷凝器的出口与循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与燃料电池电堆的进水口连通，所述燃料电池电堆的出水口与冷凝器的入口、PTC加热器的一端连通，所述PTC加热器的另一端与冷凝器的出口连通，所述控制装置控制PTC加热器和循环泵的打开或关闭；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度低于零度时，控制装置启动循环泵和PTC加热器，在循环泵的作用下，从燃料电池电堆的出水口流出的冷却剂流经PTC加热器被加热，然后返回燃料电池电堆；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度高于额定温度(额定温度为60-80℃)时，一部分汽化成为气态冷却剂，所述控制装置关闭PTC加热器，燃料电池电堆中的气态冷却剂流入冷凝器冷凝为液态冷却剂，然后在循环泵的作用下，液态冷却剂返回燃料电池电堆。进一步地，所述循环泵与燃料电池电堆的进水口之间设置第一传感器，所述第一传感器用来检测流入循环电池电堆的冷却剂的温度和压力。进一步地，所述燃料电池电堆的出水口与冷凝器之间设置第二传感器，所述第二传感器用来检测流出循环电池电堆的冷却剂的温度和压力。进一步地，所述燃料电池冷却系统还包括数据接收装置，所述数据接收装置的接收端与第一传感器、第二传感器连接，所述数据接收装置的输出端与控制装置连接，所述数据接收装置用来接收第一传感器和第二传感器检测到的温度和压力数据，并将温度和压力数据发送给控制装置，所述控制装置根据接收的温度数据打开或关闭PTC加热器。进一步地，所述冷凝器的出口处设有第一电磁阀，所述冷凝器的入口处设有第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别与控制装置连接，所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度低于零度时，所述控制装置关闭第一电磁阀和第二电磁阀；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度高于额定温度时，所述控制装置打开第一电磁阀和第二电磁阀。进一步地，所述燃料电池电堆内加入的冷却剂选用正己烷、正戊烷或其他混合工质。进一步地，所述冷凝器的安装最低点高于燃料电池电堆的安装最高点。进一步地，所述燃料电池电堆与冷凝器之间设置安全阀。本技术提供的技术方案带来的有益效果是：本技术使用有机工质相变换热代替传统的水的显热换热，可大大减少冷却剂用量，从而较少燃料电池系统重量，增加燃料电池汽车续航能力；冷却剂用量的减少能够降低循环泵的使用功率，增加系统净输出功率；由于相变换热的换热系数远大于强制对流换热，因此可以减小冷凝器体积；冷却剂用量的减少也可以减小系统管道的体积；由于冷却剂用量的减少以及有机工质比热容远小于水，因此系统启动时温升更快，可减少系统启动时间；有机工质不导电，增加系统绝缘性能。附图说明图1是本技术一种采用有机工质的燃料电池冷却系统的结构示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。实施例一：请参考图1，本技术的实施例一提供了一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，包括循环泵1、燃料电池电堆2、冷凝器3、PTC加热器4、数据接收装置(图中未示)和控制装置，循环泵1用来为燃料电池冷却系统提供流动动力和压力；冷凝器3能够使用强制风冷的方式将流入其内的气态冷却剂冷凝为液态冷却剂，冷凝器3可以是各种空冷或者液冷的换热设备；PTC加热器4具有恒温发热特性，其原理是PTC加热片加电后自热升温使阻值升高进入跃变区，PTC加热片表面温度将保持恒定值，该温度只与PTC加热片的居里温度和外加电压有关，而与环境温度基本无关，数据接收装置的输出端和控制装置无线连接。燃料电池电堆2上设有进水口21和出水口22，循环泵1位于燃料电池电堆2和冷凝器3之间，冷凝器3的安装最低点高于燃料电池电堆2的安装最高点，冷凝器3的出口与循环泵1的入口通过第一管道10连通，循环泵1的出口与燃料电池电堆2的进水口21通过第二管道11连通，燃料电池电堆2的出水口22与冷凝器3的入口通过第三管道12连通，燃料电池电堆2的出水口22与PTC加热器4的一端通过第四管道13连通，PTC加热器4的另一端与冷凝器3的出口连通，向燃料电池电堆2中加入的冷却剂为低沸点的有机工质，例如正己烷，冷却剂在整个燃料电池冷却系统中流动，一实施例中，冷凝器3、第一管道10、第二管道11、第三管道12、第四管道13和燃料电池电堆2中流动的冷却剂均为正己烷，且燃料电池冷却系统中正己烷的液位高于燃料电池电堆2的最高点。第一管道10上设置第一电磁阀5，第一电磁阀5设置在冷凝器3的出口处，位于循环泵1与PTC加热器4的管路交汇处的前端，第一电磁阀5打开时，循环泵1能够将冷凝器3中的冷却剂泵入燃料电池电堆2；第一电磁阀5关闭时，循环泵1无法将冷凝器3中的冷却剂泵入燃料电池电堆2；第二管道11上设置第一传感器6，第三管道12上设置第二传感器7、安全阀8和第二电磁阀9；第二电磁阀9设置在冷凝器3的入口处，位于燃料电池电堆2的出水口22与PTC加热器4的管路交汇处的后端，第二电磁阀9打开时，从燃料电池电堆2的出水口22流出的气态冷却剂流入冷凝器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，其特征在于，包括循环泵、燃料电池电堆、冷凝器、PTC加热器和控制装置，所述燃料电池电堆上设有进水口和出水口，所述燃料电池电堆内加入的冷却剂为低沸点的有机工质，所述循环泵位于燃料电池电堆和冷凝器之间，所述冷凝器的出口与循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与燃料电池电堆的进水口连通，所述燃料电池电堆的出水口与冷凝器的入口、PTC加热器的一端连通，所述PTC加热器的另一端与冷凝器的出口连通，所述控制装置控制PTC加热器和循环泵的打开或关闭；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度低于零度时，控制装置启动循环泵和PTC加热器，在循环泵的作用下，从燃料电池电堆的出水口流出的冷却剂流经PTC加热器被加热，然后返回燃料电池电堆；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度高于额定温度时，一部分汽化成为气态冷却剂，所述控制装置关闭PTC加热器，燃料电池电堆中的气态冷却剂流入冷凝器冷凝为液态冷却剂，然后在循环泵的作用下，液态冷却剂返回燃料电池电堆。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用有机工质的燃料电池冷却系统，其特征在于，包括循环泵、燃料电池电堆、冷凝器、PTC加热器和控制装置，所述燃料电池电堆上设有进水口和出水口，所述燃料电池电堆内加入的冷却剂为低沸点的有机工质，所述循环泵位于燃料电池电堆和冷凝器之间，所述冷凝器的出口与循环泵的入口连通，所述循环泵的出口与燃料电池电堆的进水口连通，所述燃料电池电堆的出水口与冷凝器的入口、PTC加热器的一端连通，所述PTC加热器的另一端与冷凝器的出口连通，所述控制装置控制PTC加热器和循环泵的打开或关闭；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度低于零度时，控制装置启动循环泵和PTC加热器，在循环泵的作用下，从燃料电池电堆的出水口流出的冷却剂流经PTC加热器被加热，然后返回燃料电池电堆；所述燃料电池电堆中的冷却剂的温度高于额定温度时，一部分汽化成为气态冷却剂，所述控制装置关闭PTC加热器，燃料电池电堆中的气态冷却剂流入冷凝器冷凝为液态冷却剂，然后在循环泵的作用下，液态冷却剂返回燃料电池电堆。


2.根据权利要求1所述的采用有机工质的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述循环泵与燃料电池电堆的进水口之间设置第一传感器，所述第一传感器用来检测流入循环电池电堆的冷却剂的温度和压力。


3.根据权利要求2所述的采用有机工质的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述燃料电池电堆的出水口与冷凝器之间设置第二传感器，所述第二传感器用...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天才，祖文强，杜玮，
申请(专利权)人：武汉泰歌氢能汽车有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42