一种燃料电池热管理系统技术方案

本发明专利技术属质子交换膜燃料电池散热系统技术领域，为解决目前质子交换膜燃料电池内部温度场不均的问题，提供一种燃料电池热管理系统。燃料电池热管理系统包含通过热管与燃料电池连接的板式换热器，燃料电池与板式换热器中间设绝热隔板；板式换热器出水口依次通过水泵、节温器分别与余热回收换热器和散热器连接；余热回收换热器与散热器的出水口通过过滤器连接板式换热器入水口；余热回收换热器与散热器的出水口还连接有水箱。在燃料电池和板式换热器之间设置有绝热隔板，用于隔绝热量，避免填充工质未流动到冷凝段就液化回流。本发明专利技术燃料电池电堆的温度更均匀，散热速度快，散热系统无需使用去离子器，减少运维成本，可利用余热，系统的效率更高。系统的效率更高。系统的效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池热管理系统


[0001]本专利技术属于质子交换膜燃料电池散热系统
，具体涉及一种燃料电池热管理系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是一种高效的发电装置，其功率密度可以达到1.2W/cm2甚至更高，在发电的同时，散发大量的热量，按照效率为45%计算，需要散热量达到1.56W/cm2。
[0003]目前常用散热的办法是采用风冷和冷却液液冷，缺点是当燃料电池的功率很大时，燃料电池电堆内部的温度场均匀性较差，且需要的风量或冷却液流量都很大。当温度场不均匀时，电堆各单片电池的性能会受到影响，而且可能会出现局部温度过低、过高的现象，温度过低时存在水淹的风险，温度过高则可能导致燃料电池损坏。
[0004]目前燃料电池电堆的高度一般都不超过一米，若需要提高功率需要多个电堆，这导致电堆的控制变的复杂。所以，若燃料电池的热量可以高效的散发，对提高燃料电池的功率密度，提高单堆的输出功率都有很大的帮助。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决目前质子交换膜燃料电池内部温度场不均匀的问题，提供了一种燃料电池热管理系统。
[0006]本专利技术由如下技术方案实现的：一种燃料电池热管理系统，所述燃料电池热管理系统包含通过热管与燃料电池连接的板式换热器，燃料电池与板式换热器中间设置有绝热隔板；板式换热器出水口依次通过水泵、节温器分别与余热回收换热器和散热器连接；余热回收换热器与散热器的出水口通过过滤器连接板式换热器入水口；余热回收换热器与散热器的出水口还连接有水箱。
>[0007]所述热管设为蒸发段与冷凝段，蒸发段设于燃料电池的冷却流道上，冷凝段设于板式换热器的热流道上；冷却流道与热管的缝隙处、热流道与热管的缝隙处分别充填导热材料。
[0008]所述热管为直径3
‑
10mm的直管。
[0009]所述蒸发段与冷凝段为直扁管，冷却流道与热流道尺寸相同，为长方体直流道，深度为0.5
‑
2mm。
[0010]所述热管内循环回流制冷剂。
[0011]所述制冷剂为水、乙醇或R134a制冷剂。
[0012]所述导热材料为导热硅脂。
[0013]所述燃料电池电堆的多片单电池之间增加U形热管。
[0014]本专利技术通过热管将热量导到板式换热器，然后通过循环冷却液将热量带至散热器，并进一步将热量散发至空气中。在燃料电池和板式换热器之间设置有绝热隔板，用于隔绝热量，避免填充工质未流动到冷凝段就液化回流。本专利技术燃料电池电堆的温度更均匀，散
热速度快，散热系统无需使用去离子器，减少运维成本，可以利用余热，系统的效率更高。
附图说明
[0015]图1为本专利技术所述燃料电池热管理系统具体结构示意图；图2为单电池结构示意图。
[0016]图中：1
‑
热管；1.1
‑
蒸发段；1.2
‑
冷凝段；2
‑
燃料电池；3
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板式换热器；4
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绝热隔板；5
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水泵；6
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节温器；7
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余热回收换热器；8
‑
散热器；9
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过滤器；10
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水箱；11
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散热风扇；12
‑ꢀ
U形热管。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]除非另有定义，所有在此使用的技术和科学术语，和本专利技术所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。
[0019]本领域技术人员意识到的通过常规实验就能了解到的描述的特定实施方案的等同技术，都将包含在本申请中。
[0020]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0021]实施例1：一种燃料电池热管理系统，300mm*100mm的燃料电池，单片电压0.64V，电流密度2A/cm2，放热354W。
[0022]所述燃料电池热管理系统包含通过热管1与燃料电池2连接的板式换热器3，燃料电池2与板式换热器3中间设置有绝热隔板4；板式换热器3出水口依次通过水泵5、节温器6分别与余热回收换热器7和散热器8连接；余热回收换热器7与散热器8的出水口通过过滤器9连接板式换热器3入水口；余热回收换热器7与散热器8的出水口还连接有水箱10。
[0023]所述热管设为蒸发段1.1与冷凝段1.2，蒸发段1.1设于燃料电池2的冷却流道上，冷凝段1.2设于板式换热器3的热流道上；冷却流道与热管的缝隙处、热流道与热管的缝隙处分别充填导热材料。所述燃料电池电堆的多片单电池之间增加U形热管12。
[0024]采用直径为6mm的热管，蒸发段、绝热段、冷凝段均为50mm，热管在绝热隔板处弯折90
°
，热管的蒸发段、绝热隔板处、冷凝段形成∏型。所述蒸发段与冷凝段为直扁管，冷却流道与热流道尺寸相同，为长方体直流道，深度为0.5
‑
2mm。所述热管内循环回流制冷剂。制冷剂为水、乙醇或R134a制冷剂。蒸发段、绝热段、冷凝段温差为5℃，单根热管散热量约50W，因此每个单电池采用7根热管进行散热。
[0025]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述燃料电池热管理系统包含通过热管（1）与燃料电池（2）连接的板式换热器（3），燃料电池（2）与板式换热器（3）中间设置有绝热隔板（4）；板式换热器（3）出水口依次通过水泵（5）、节温器（6）分别与余热回收换热器（7）和散热器（8）连接；余热回收换热器（7）与散热器（8）的出水口通过过滤器（9）连接板式换热器（3）入水口；余热回收换热器（7）与散热器（8）的出水口还连接有水箱（10）。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池热管理系统，其特征在于：所述热管设为蒸发段（1.1）与冷凝段（1.2），蒸发段（1.1）设于燃料电池（2）的冷却流道上，冷凝段（1.2）设于板式换热器（3）的热流道上；冷却流道与热管的缝隙处、热流道与热管的缝隙处分别充填导热材料。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池热管理系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光平，徐旭东，郭丽，张帅，白昊，叶泽甫，马跃，朱竹军，袁志国，王超，
申请(专利权)人：山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：